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1、同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司1 1計算機在結構與地震工程計算機在結構與地震工程計算機在結構與地震工程計算機在結構與地震工程 之應用發展之應用發展之應用發展之應用發展聰悟聰悟台灣大學土木系名譽教授台灣大學土木系名譽教授 同棪工程顧問股份有限公司高級顧問同棪工程顧問股份有限公司高級顧問2008結構與地震工程研討會同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司2 2計算機在結構與地震工程之應用發展計算機在結構與地震工程之應用發展計算機在結構與地震工程之應用發展計算機在結構與地震工程之應用發展? ?1. 1. 結構靜分析結構靜分析 - - 地震係法地震係法? ?2. 2. 結構動
2、分析結構動分析 - - 反應時分析反應時分析? ?3. 3. 隨機振動分析隨機振動分析 - - 地震反應譜法地震反應譜法? ?4. 4. 土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析 - - 震譜按地質情況分震譜按地質情況分? ?5. 5. 地震危害分析地震危害分析 - - 地震微分區與近斷層效應地震微分區與近斷層效應? ?6. 6. 整體地震之模擬整體地震之模擬 - - 救災體系與維生線之建救災體系與維生線之建同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司3 31. 1. 1. 1. 結構靜分析結構靜分析結構靜分析結構靜分析 - - - - 地震係法地震係法地震係法地震係法 1.11.11.11.
3、1前電腦時代之結構分析與設計前電腦時代之結構分析與設計前電腦時代之結構分析與設計前電腦時代之結構分析與設計? ?作圖法作圖法 桁架結構之平衡圖桁架結構之平衡圖 續之作圖法直接繪出彎矩圖續之作圖法直接繪出彎矩圖? ?彎矩分配法彎矩分配法 似於勁法所建之方程式似於勁法所建之方程式 用用GAUSSGAUSS- -SEIDELSEIDEL反覆試算法反覆試算法 求解大型矩陣求解大型矩陣( (結構結構) )同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司4 41.2 1.2 1.2 1.2 後電腦時代之結構分析與設計後電腦時代之結構分析與設計後電腦時代之結構分析與設計後電腦時代之結構分析與設計? ?勁矩陣
4、法勁矩陣法? ?柔矩陣法柔矩陣法? ?混合矩陣法混合矩陣法? ?傳接矩陣法傳接矩陣法勁矩陣法以變位為未知較以的勁矩陣法以變位為未知較以的 平衡條件建方程式而成為主平衡條件建方程式而成為主 進而演變出非常好用的有限元素法進而演變出非常好用的有限元素法同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司5 51.3 1.3 1.3 1.3 偏微分方程之值方法偏微分方程之值方法偏微分方程之值方法偏微分方程之值方法? ?有限差分法有限差分法? ?有限元素法有限元素法? ?邊界元素法邊界元素法? ?無元素法無元素法( (無網格法無網格法) )同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司6 61.4 1.
5、4 1.4 1.4 電腦分析的瓶頸與解決之道電腦分析的瓶頸與解決之道電腦分析的瓶頸與解決之道電腦分析的瓶頸與解決之道 1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 記憶容之限制記憶容之限制記憶容之限制記憶容之限制? ?結構分段解析法結構分段解析法? ?矩陣機外儲存之解法矩陣機外儲存之解法? ?帶矩陣或稀疏矩陣之考慮帶矩陣或稀疏矩陣之考慮? ?分塊分塊( (子子) )矩陣之解法矩陣之解法同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司7 71.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 運算速之限制運算速之限制運算速之限制運算速之限制? ?平運算法平運算法 多處器或多台電腦多處器或多台電腦?
6、?一般情況會兼具記憶容之限制一般情況會兼具記憶容之限制? ?故需配合上述相關做法考慮平運算故需配合上述相關做法考慮平運算同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司8 81.5 1.5 1.5 1.5 非線性分析非線性分析非線性分析非線性分析 1.5.1 1.5.1 1.5.1 1.5.1 材非線性分析材非線性分析材非線性分析材非線性分析? ?配合各種材之應配合各種材之應- -應變應變( (- -變位變位) )關係關係 之各種值運算法則之各種值運算法則? ?彈塑性分析彈塑性分析 伏面伏面? ?BoucBouc- -WenWen法法 單自由之動分析單自由之動分析 SAP2000(SAP200
7、0(二维二维) ) + +伏面伏面( (多維多維) )? ?非體非體 破壞學破壞學 縫傳播縫傳播? ?分個體分個體 接觸面之為接觸面之為 大變位大變位同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司9 91.5.1 1.5.1 1.5.1 1.5.1 材非線性分析材非線性分析材非線性分析材非線性分析? ?非線性材之組成主要以試驗取得非線性材之組成主要以試驗取得? ?構件之為構件之為( (組成組成) )可由試驗取得可由試驗取得 或以上述方法分析取得或驗證或以上述方法分析取得或驗證同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司10101.5.2 1.5.2 1.5.2 1.5.2 幾何非線性分析
8、幾何非線性分析幾何非線性分析幾何非線性分析? ?考慮如上述之其他非線性因素考慮如上述之其他非線性因素, , 則只要最後的結果則只要最後的結果( (或變位或變位) ) 是根據最後的幾何位置是根據最後的幾何位置( (變形後變形後) ) 即會得到正確結果即會得到正確結果同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司11112. 2. 2. 2. 結構動分析結構動分析結構動分析結構動分析 - - - - 反應時分析反應時分析反應時分析反應時分析? ?結構動分析之受到重視並考慮於結構結構動分析之受到重視並考慮於結構 地震設計中主要是拜電腦之賜地震設計中主要是拜電腦之賜? ?因此後電腦初期之大學甚至研究
9、所因此後電腦初期之大學甚至研究所 少有結構動分析之課程少有結構動分析之課程? ?彈性反應譜彈性反應譜? ?塑性反應譜塑性反應譜同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司12123. 3. 3. 3. 隨機振動分析隨機振動分析隨機振動分析隨機振動分析 - - - - 地震反應譜法地震反應譜法地震反應譜法地震反應譜法? ?反應譜相容之地震時反應譜相容之地震時? ?功密頻譜功密頻譜? ?地震紀之收集分析與應用地震紀之收集分析與應用? ?震區之劃分與震大小震區之劃分與震大小? ?震與地震規模及距之關係震與地震規模及距之關係同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司1313? ?壓波壓波剪波
10、剪波 ( (水平，垂直水平，垂直) )? ?波在均勻介質走直線波在均勻介質走直線? ?在介質改變的介面會反射及折射在介質改變的介面會反射及折射 全反射如鏡子或在水中入射角太大全反射如鏡子或在水中入射角太大) () (對光波對光波) ) 全折射全折射 ( (同様的介質之假設介面同様的介質之假設介面) )? ?反射或折射會產生同波種反射或折射會產生同波種 ( (壓波剪波壓波剪波) )? ?入射點與接收點間只有有限的波傳徑入射點與接收點間只有有限的波傳徑 根據每一徑計算到達時間及波形變化根據每一徑計算到達時間及波形變化? ?介質變化層次愈多介質變化層次愈多，距愈遠波傳徑愈多距愈遠波傳徑愈多4. 4.
11、 4. 4. 土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析 4.1 4.1 4.1 4.1 動分析二方法動分析二方法動分析二方法動分析二方法 4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 波傳法波傳法波傳法波傳法同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司14144.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 振動法振動法振動法振動法? ?振態之疊加振態之疊加? ?富轉換富轉換? ?半半( (無限無限) )空間空間? ?層土壤半空間層土壤半空間同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司15154.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 有限元素法有限
12、元素法有限元素法有限元素法 無限邊界的問題無限邊界的問題無限邊界的問題無限邊界的問題? ?用反射邊界用反射邊界? ?用邊界元素法用邊界元素法同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司16164.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 有限元素法有限元素法有限元素法有限元素法 地震波引致之作用問題地震波引致之作用問題地震波引致之作用問題地震波引致之作用問題? ?單支承單支承( (同步同步) )輸入震波輸入震波 - - M H M H a_grounda_ground, , (=)? ?多支承多支承( (同步同步) )輸入震波輸入震波 擬靜態反應擬靜態反應M d M d a_ga_g,
13、(d:, (d:影響線影響線) ) 由輔助結構導出之直接作用由輔助結構導出之直接作用(1981)(1981) DRM (Domain Reduction Method)(1984,2003)DRM (Domain Reduction Method)(1984,2003)同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司17174.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 有限元素法有限元素法有限元素法有限元素法 元素尺寸的問題元素尺寸的問題元素尺寸的問題元素尺寸的問題? ?波長之波長之1/101/10? ?波速固定波速固定, ,頻加倍波長減半頻加倍波長減半? ?元素元素( (結點結點, ,未知
14、未知) )目目8 8倍倍? ?矩陣元素個矩陣元素個3232倍倍(64(64倍倍) )? ?直接求解時間直接求解時間128128倍倍(512(512倍倍) )同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司18184.1.4 4.1.4 4.1.4 4.1.4 土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析土壤結構互制動分析 主要應用於核電廠等大型結構主要應用於核電廠等大型結構主要應用於核電廠等大型結構主要應用於核電廠等大型結構? ?由於核電廠之安全標準較高由於核電廠之安全標準較高. .? ?美國原子能委員會主導由台電配合先後美國原子能委員會主導由台電配合先後 在花與東建核電廠之在花與東
15、建核電廠之1/41/4模型從事振動試驗模型從事振動試驗 並廣徵與土壤結構互制動分析有關之研究學者並廣徵與土壤結構互制動分析有關之研究學者, , 程式開發者與核電廠設計者各做二次預估程式開發者與核電廠設計者各做二次預估: :? ?第一次由試驗所得之土壤反應頻譜第一次由試驗所得之土壤反應頻譜 盲目預估結構之反應頻譜盲目預估結構之反應頻譜? ?第二次公布試驗所得之結構反應頻譜第二次公布試驗所得之結構反應頻譜 再次分析結構之反應頻譜再次分析結構之反應頻譜同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司19194.1.5 4.1.5 4.1.5 4.1.5 高鐵與捷運之振動分析高鐵與捷運之振動分析高鐵與捷運之振動分析高鐵與捷運之振動分析 - - - - 環境振動影響評估環境振動影響評估環境振動影響評估環境振動影響評估? ?地下隧道或地面軌道之情形地下隧道或地面軌道之情形? ?高架結構之情形高架結構之情形同棪工程顧問股份有限公司同棪工程顧問股份有限公司20205. 5. 5. 5. 地震危害分析地震危害分析地震危
