2012年3月17日 星期六

地震力與反應譜分析

筆者認為,地震所產生效應,不是從"地震力"的觀點,而是從"地震反應"的觀點來看比較方便。事實上利用地震反應求解結構桿件變位或內力的最大值並進行檢核,就是"反應譜分析"的應用。
規範所提供的"工址設計水平加速度反應譜係數SaD"是單自由度結構在特定阻尼比(e.g.5%)下受震時之最大反應(加速度與g的比值)與結構週期的關係曲線(這樣的描述不算完全正確,但概念上可以這樣理解)。

簡單說,規範先幫我們求出台灣地震作用下各週期的單自由度結構產生的最大反應(加速度與g的比值),而多自由度結構反應可藉由各單自由度(振態)反應疊加而得(反應譜分析法)。當我們在sap中建完分析模型(多自由度結構),並且輸入規範的設計反應譜加速度(單自由度結構受震反應),sap就可以藉由反應譜分析法幫我們計算出分析模型(多自由度)的受震反應最大值(變位、內力)。

所以進行反應譜分析時,輸入的不是作用在結構的地震"力",而是受地震作用的結構"反應"。整個反應譜分析流程可以在規範解說裡查得。

反應譜分析注意事項:
(1)反應譜分析只求取結構反應的最大值,而非整個受振歷時的反應。
(2)反應譜分析是一種線性分析方法,不適用於探討結構非線性行為上。
(3)反應譜分析是一種統計類型的分析法,輸出反應只會有一個正值結果,這個結果代表反應可能的最大值。實際結構反應預期值在這個正值到負值區域內變化。作結構設計時,可利用載重組合(load combination)來考慮±P、±M22、±M33所有可能的組合情況。
(4)常用的模態組合方法有CQC法及SRSS法。通常認定CQC法的準確性、適用性優於SRSS法。

參考資料:
(1)地震工程及結構動力學教科書(e.g. written by Chopra or Clough and Penzien)
(2)公路橋梁耐震設計規範 (民98年)
(3)黃榮銘,微電子廠之地震分析,國立成功大學航空太空工程學系暨研究所碩士論文