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1999年9月21日淩晨1时47分在中国台湾省南投县集集镇,发生了芮氏规模7.6的大地震,作者正远在160公里外的台北市,激烈的震动将众人从睡梦中惊醒,全台立即大停电,当时由国外的亲人打电话告知台北市东星大楼发生了倒塌及火灾,凌晨四时即驱车抵达灾变现场,只见倒塌的大楼及火灾正在蔓延,消防人员及工程师们积极的抢救,那一幕惊心动魄的情境是令人终生难忘的;到了上午由收音机中得知地震中央在南投县集集镇附近,当时广播中请求曾经受过震灾训练的工程师,尽快赶到灾区报到,协助救灾,作者立刻联络好友王庭华学长,相约驱车前往南投灾区,我俩在下午三时半左右抵达,是第一批到达灾区的工程师,望眼观去到处是断垣残壁,房屋倒塌、路面变形、桥梁变位,灾区情境不忍目睹,接连数日在灾区协助判定房屋大楼之安全性,将灾民从危险的地区迁到安全处所,特别是医院及公共集会堂,那时深切知道工程师的天职,就是用所学的专业来协助灾区的重建。後来花了近半年的时间,协助灾区房屋大楼的安全监定与补强设计,完成了一栋十六层的集合住宅大楼及一栋十二层的集合住宅大楼的灾後补强设计,当时台湾有关耐震补强的法令与规范有限,原本希望采用隔震结构系统的补强设计,却因为限於当时隔震设计的法令未订,无法成案,只有采用传统的钢板补强设计,当时就深觉抗震设计的重要性,如何预知预防及加强房屋抗震设计及施工品质,就是专业工程师追求的目标。因此当2002年时,有机会到学校进修时,毅然选择了结构工程与防灾研究所进修,期望能在防灾领域上有所学习。
中国台湾位处太平洋板块、菲律宾板块及欧亚大陆板块之交会地带,受到板块相互挤压作用的影响,大小地震频繁,每年有感地震平均多达七百次以上,根据中国台湾消防署统计,1958年至2004年间,地震灾害发生达21次,伤亡人数达1万5仟人,倒塌房屋近15万间,因南投县集集镇在1999年9月21日淩晨1时47分,发生了芮氏规模7.6,最大地震烈度达12级的大地震,致1999年统计死亡人数2,418人、失踪35人,受伤11,569人,房屋倒塌105,553间,因地震造成的伤害,极为严重。在防灾的领域中,防灾工程学已经是包含多元化领域的新学科,举凡自然与人为灾害的发生机制、灾害的预测预知、防灾工程设计与施工,紧急应变救灾措施等,都是息息相关,就地震防灾部分,地震预报及地震工程是必须齐头并进的,地震预报目前大多由政府部门及地方组织负责,是地震和地质人员的主要任务;而工程建设抗震和加固措施之制定,则是地震工程从业者的主要职责。根据灾害报告,地震灾害可在短暂的数十秒内造成大规模的毁灭性破坏,如何预防及降低灾害之影响,已是结构工程师在防灾课题上持续努力的目标。
因着近代科学技术之进步,结构设计方向趋向大型化、复杂化、高层化,结构设计从抗震设计进一步为减震设计,从硬式设计转变为柔性设计,从经济性、功能性的双重考虑下,应用新的防震技术成为近来结构工程师研究发展的主要方向。基於抗震防灾的目标是维护结构物之安全,进而保障使用人的生命安全。亦是身为结构工程师不可推诿责无旁贷的职责。本研究论文仅就地震工程学的基本观念、新式隔减震结构系统方面做进一步的探讨,着重於对减震系统结构之系统识别技术之应用做一深入之研究。为此本文主要进行以下研究内容:
1.第1章针对地震工程学在防灾领域的目标,及与地震相关之基本理论做一整理及文献之回顾。
2.第2章叙述减震理论做一简要之说明,并针对结构减震控制系统分类做一比较。
3.第3章对於减震结构系统做进一步之研究,从系统之机理、设计施工及管理维护做一研究。
4.第4章进行系统识别概论之简介,从沿革、控制系统设计及系统识别之基本程式,对於输入及输出资料之前处理,以及系统识别技术之种类。
5.第5章就结构系统识别方法之现况及文献回顾,并分别说明频域及时域识别方法。
6.第6章则进一步讨论结构系统识别之分析方法,从傅立叶转换、理论应用之ARX模式、参数估计法及Z转换。
7.第7章则提出系统识别相关案例之探讨,仍以ARX模式为主要讨论内容。
8.第8章以实际案例说明如何应用MATLAB程式分析来识别隔震结构系统建筑物之结构参数。
9.第9章以实际案例说明如何应用MATLAB程式分析来识别传统结构系统建筑物之结构参数。
10.第10章则叙述不同结构系统在系统识别後之相异点及系统识别技术在未来之发展及研究方向。