杜風 59 期 學術活動成果報導

2012 IDEERS 抗震大作戰

黎威昱、沈明毅

台大土木系結構組碩士生



1999年9月21日凌晨台灣中部地區發生了7.6級的大地震,921地震給台灣社會造成了巨大的人口傷亡和經濟損失,於此次地震之後隔震與耐震建築在台灣逐漸受到重視。

為推廣地震工程防災教育,鼓勵學生藉由參與科學競賽而激發創造力國家地震工程研究中心與英國文化協會從2001年開始於每年九月至十月間,合作舉辦由英國布里斯托大學(University of Bristol)。地震工程研究中心設計發展之地震工程模型製作校際競賽。參賽學生依據主辦單位訂定之模型製作規則,在現場藉由模型的製作展現創意與知識,並再最後將成品安裝至地震模擬振動台上藉由測試耐震之效率與其它參賽同學一分高下。而研究生組是2004年開始才列入抗震競賽中。

2012年第12屆抗震盃於9月14日至9月16日在國家地震工程研究中心舉行。此次比賽,總計共有研究生組20隊、大專組40隊及高中組40隊獲得參賽資格,總參賽人數將近500人,其中包含來自13個國家,184位師生組成38隊的國外隊伍報名參賽。國外參賽隊伍對此項競賽相當重視,由於一個國家僅有兩隊可以參加的限制,有些國外隊伍已在國內經過遴選後才來台灣參賽。

 

競賽場地 - 國家地震中心實驗場


競賽日程共有三天,第一天為研究生國際研討會,此研討會是讓研究生各組報告其設計概念、創意與實驗驗證等等;第二天則是報到、模型製作與審查,模型製作的時間共有6個半小時;第三天則是模型觀摩、抗震競賽與頒獎。

 

國家地震中心張國鎮主任開幕致詞


模型安裝與準備競賽


今年台大土木系研究生組共有兩隊隊伍參賽,分別為張國鎮老師與黃尹男老師所指導的碩二學生。G10為張老師所指導的學生,我們團隊碩二學生共有六人,在競賽的事前準備與模型設計、測試等等皆為六位共同參與,但受限於競賽限四人參加,最後參賽學生有隊長黎威昱,隊員黃振綱、沈明毅與Witarto,而陳冠中、王予均兩位同學在比賽前皆有共同參與。G11則是黃老師所指導的學生,隊長鄒謹謙,隊員陳明毅、詹鉅洋與彭書偉四位同學。

 

   
模型製作過程


由於張老師歷屆所指導的學生皆有參賽,在2008年拿過首獎,2011年得到第三名,在經驗的傳承較多,今年我們所設計之模型較為保守,主要之概念是觀察學長姊的模型,並修正其問題,且張老師希望我們不僅能夠積極參與比賽,同時要將此次比賽視作一項專案來進行,在準備比賽的時候就要對每項工作做好規劃,整個過程需嚴謹且具有邏輯性。

由於我們和黃老師的學生剛好在同一間研究室,所以在準備的過程中經常相互交流和討論,在抗震形式上我們都選擇隔震系統加減震系統。但在結構形式上的選擇則有較大差異,我們組最後選用的是比較保守的SMRF結構,由於結構形式的選擇比較保守,我們希望在阻尼器的選擇上發揮創意,提出以連通管用針筒加液體的形式。而黃老師學生決定使用極具創意的單核心柱結構,並利用黏性阻尼器進行消能。

 

(a) G10模型
(b) G11模型


研究生組的競賽規則較為複雜,我們需發揮我們在大學、研究所所學到的課程觀念,參加抗震盃是將結構動力學與被動控制等研究所課程內容實際應用的競賽活動,須具備反應譜分析、結構分析、隔減震設計設計與分析。

我們的研究流程為運用SAP2000進行建模,然後通過實驗要得到真實結構的性質,從而反過來修改模型參數。使得模型能夠有效模擬真實結構,並較為準確的模擬結構在地震下的反應。準備比賽的前段時間各項工作進行得比較順利,但當我們將結構放上振動台測試時,問題才真正的顯現出來。首先是隔震層滾輪與地板摩擦力過大隔震效果不佳,後來我們將底板由木板換成了壓克力板解決了這個問題。其次是阻尼器的效果與我們所預測的差距較大,但此時距離正式比賽只有五天了,所以最後我們不得不放棄之前的想法,而改用試誤法來決定針筒中加入液體的形式。我們在最後一個階段試驗了將近十種液體,但最後發現由針筒與膠管的接頭處的結合密封性不佳,在地震400gal左右時針管中的液體會漏出來,如果在最終比賽出現這種情況的話會被判立刻失敗。此時距離最終比賽只有三天時間,此時的各位組員已經身心俱疲,甚至感覺到了絕望。但在這種情況下,大家並沒有放棄還是堅持思考,尋求改進的方法,最後決定使用空針管而不加任何液體作為阻尼器,在最後的三天裡我們對阻尼器的個數和位置不斷的進行調整,這幾天中我們每個組員的睡眠時間加起來只有十個小時左右。皇天不負有心人,最後我們終於找到了解決方法。當我們的結構在試驗小振動台上平穩撐過800gal地震時,所有組員都發出了爽朗的笑聲,這是的我們似乎已經不太在乎比賽結果了,因為我們真的努力過,也用我們的汗水找到了答案。在正式的比賽中,我們的結構表現良好,最後的破壞模式與我們所預測的相差無幾,所有組員在獲勝的那一刻都卸下了心中的重擔,努力得到回報的感覺真好。

此次比賽途中我們組得到了許多的幫助,回頭看看這一路,感動滿滿。老師的諄諄教導;學長不斷提醒我們需要用分析數據而非用直覺來思考問題;黃老師的學生不停的與我們分享他們所發現的問題和心得;還有我們研究團隊的陳冠中和王予均這兩位同學,雖然他們沒有正式參與比賽,但是還是全力幫助我們準備比賽。

最後的競賽結果出爐,我們在最後的振動台測試表現良好,加上在規則上有仔細雕琢,各項之分數都有不錯的表現,最後由我們張老師所指導的團隊獲得了首獎;黃老師所指導的團隊亦有不錯的表現,一口氣拿下了最佳簡報獎、結構設計創意獎與最具冠軍項獎。此外,今年抗震大作戰高中組、大專組與研究所組,分別由新竹高工、中國科大與台灣大學三所學校所派出之台灣隊伍獲得首獎。


張國鎮老師比賽團隊合影 (G10)

 

黃尹男老師比賽團隊合影 (G11)


 

 

 

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