國家地震工程研究中心既有之六層辦公大樓，自2019年底展開增擴建工程，預定於2020年十一月完工。本文主要探討二樓至七樓服務核樓板及鋼梁與既有 RC 結構接合處的設計與施工，為避免化學錨栓破壞 RC 梁柱交會區內部鋼筋，在接合處之鋼梁端下方新增一直托架與 RC 柱面上的 Ｔ型鋼件連接作為原接合設計。接合雖足以傳遞垂向剪力，設計地震作用所產生之梁軸力及層間位移作用下，梁軸力與接頭偏心造成額外彎矩，恐會對接合處錨栓造成過大拉力導致破壞。因此為進行一系列分析，採用13層 RC 與鋼構混合結構模型進行非線性動力歷時分析，採雙質心雙剛性樓板的 PISA3D 模型，得到二至七樓服務核與既有 RC 結構交界處之單一梁端最大軸力以及最大層間位移角，分別為165噸以及 1% 弧度。以上述力量和變形為設計需求，不考慮樓板協助抵抗此合力下，進行八組含原接合形式及七組補強方案 Abaqus 有限元素模型分析。接頭錨栓採只受拉之線性彈簧，另以只受壓線性彈簧為接頭端鋼板抵靠於 RC 面之邊界條件。以同步方式在梁端反曲點 3800mm 處施加軸拉 1.5mm 與面內向上 40mm 之位移控制組合，模擬設計地震下之設計需求。分析結果顯示原接合之直托架腹板產生明顯剪力降伏；此外多顆錨栓最大受力已超過 24mm HILTI 錨栓之極限強度20噸；並觀察到錨栓受力不均情形。在補強設計方案中以有或無斜托架與封板多種組合，比較結果後可知新增斜托架使鋼梁勁度提高，間接使錨栓總拉力以及梁端反曲點水平總力提高約20%；新增封板能使錨栓最大受力降低 30% 以上，且封板傳力使錨栓受力分佈均勻的效果顯著。本文藉由梁接頭與應力分析結果，在封板角落切除200×200mm應力很低之三角形區塊。本研究建議以雙腹側角鋼加勁及直托架封板切角式為最佳方案，除能夠符合設計需求外，可使梁發展出韌性較好之撓曲塑鉸，並提供未來檢視的開孔。PISA3D模型在新舊交界處之6DOF節點勁度設定為100tf/mm，經上述有限元素模型驗證後屬合理；交界處梁端強軸旋轉邊界條件應更改為固接。

為解決結構受震層間位移角分佈不均之問題，許多學者提出了不同的方法，如利用強脊系統（strongback system）來控制層間位移角，使其均勻分佈。研究顯示，目前對於強脊系統與主構架之間的勁度比並無明確之建議。因此本研究希望利用簡化分析模型對強脊系統進行大量的參數分析，提出有效的設計參數。 本研究以廣義建築模型（generalized building model，GBM）及含強脊系統之廣義建築模型（generalized building model with strongback，GBMSB）作為分析工具，以MATLAB軟體進行計算，探討強脊系統和原構架的適當勁度比及強脊系統的最佳層勁度分配法。研究針對在台北二區，第二類地盤的三、六、九和二十層建築進行參數分析，採用SRSS振態疊加法估算最大彈性層間位移角，並利用層間位移角的標準偏差作為均勻度指標，評估層間位移角分佈之均勻性，使層間位移角的標準偏差為最小之設計為最佳設計。分析結果顯示強脊系統為純剪力型式變形，且其層勁度呈線性遞減，並且於一樓加勁的勁度分配法效果最佳。 　　為了驗證參數分析之有效性，採用SAC研究計畫中的九層鋼構造抗彎矩構架，和國家地震工程研究中心台南實驗室的三層鋼筋混凝土構架試體作為驗證例。將原始結構模型（分別稱為SAC9和T3）、含最佳強脊系統之結構模型（分別稱為SAC9-SB和T3-SB）、及含非最佳強脊系統之結構模型，分別利用PISA3D結構分析程式進行475年回歸期的設計地震和2500年回歸期的最大考量地震的非線性反應歷時分析。結果顯示配置最佳強脊系統之SAC9-SB和T3-SB層間位移角之標準偏差平均值最小，能使層間位移角分佈最為均勻，且各樓層也更趨向於同一瞬間發生最大層間位移角，證明參數分析之有效性。

為了使建築物的各樓層層間位移角分布較為均勻，前人提出許多方法如Strong back型式之結構系統。而本研究則希望在不增加額外結構之構件的情況降低結構各層最大層間位移角之分布差異，研究中提出的設計方法採用林瑞良博士提出的廣義建築模型 (Generalized Building Model, GBM)作為分析工具。廣義建築模型可顯示出結構模型的撓曲及剪力變形之趨勢，將此趨勢利用彎剪變形因子??表示，並利用廣義建築模型找出該結構模型各層最大層間位移角分布最均勻時所對應之彎剪變形因子，以α_opt表示，之後將原結構模型之桿件重新設計直到彎剪變形因子??與α_opt相同後，比較調整後之結構模型與原始結構模型的層間位移角分布情形，希望能夠利用此最佳化方法降低結構模型之最大層間位移角分布的差異。 　　研究中採用振態疊加法中的SRSS法則進行最大層間位移角計算，利用所得之各層最大層間位移角的變異係數來評估其分佈均勻性。考量結構愈靠近底層重要性通常愈高，因此在計算變異係數時，採用各層之樓層剪力與基底剪力的比值作為計算標準差時各樓層之權重。 　　重新設計後，將最佳化之結構模型及原始結構模型利用PISA3D結構分析程式進行475年回歸期之設計地震的非線性反應歷時分析，比較最佳化結構模型及原始結構模型的最大層間位移角分布結果。 　　研究中所採用的驗證例為SAC鋼研究計畫 (FEMA355c, 2000)中的九層及二十層鋼構造抗彎矩構架，進行歷時分析時，地震歷時只施加於此3D結構模型之z向。利用此方法對九層結構模型進行最佳化分析後，最佳化之九層結構模型利用振態分析法所得最大層間位移角分布之變異係數比原結構模型小。進行20個歷時分析後，其中的14個歷時分析中所得到的最佳化之LA-9模型的最大層間位移角分布之變異係數比原始LA-9模型低，顯示此方法確實能夠有效地降低九層樓模型的各樓層最大層間位移角分布之差異性；但在進行二十層模型最佳化設計時，利用廣義建築模型所估算的動力參數，如振態參與因子及模態形狀與實際有限元素模型所得之結果皆存在明顯誤差，故利用振態分析法所得之最大層間位移角變異係數反而比原始LA-20模型高。但在進行20個歷時分析時，其中的12個歷時分析所得最佳化之LA-20模型的最大層間位移角分布之變異係數又比原始LA-20模型低，顯示此設計方法應用在LA-20模型之效果並不一致。 關鍵字: 層間位移角分布、廣義建築模型、振態疊加法、變異係數、非線性反應歷時分析、PISA3D。

地震工程研究中，常使用地震模擬振動台之實驗方法，以觀察安裝於振動台上待測試體之受震反應。地震模擬振動台藉由致動器推動剛性測試平台以重現地震位移歷時，然而因為振動台之衝程限制，常無法重現部分高樓層樓版反應或長週期地震歷時。本研究在不改變既有振動台容量之前提下，以一組被動轉移裝置，配合線性及非線性控制器之分析與設計，得以在轉移裝置上獲得較原振動台更大之總衝程，重現高樓層之樓版反應歷時。 　　線性控制器包括傳統的比例-積分-微分控制器、開迴路前饋控制器以及閉迴路線性二次高斯控制器，此外由於使用摩擦單擺系統做為被動轉移裝置，其阻尼比隨系統狀態之不同而變化，造成線性控制器之性能表現不佳，因此考慮阻尼比對控制器穩定性及系統表現之影響。本研究利用力平衡及庫倫摩擦理論建立運動方程式，得到非線性模型，再以該模型進行非線性控制器的設計，包含適應性前饋控制、增益補償法及ξ-scheduling方法。 　　本研究以一幢位於高雄市34層樓的鋼構造建築為例，使用所建之實驗技術重現該建築頂樓樓板之受震反應歷時，並使用正弦週期掃頻評估安裝控制器之效果，實驗結果可應用於不同尺度之地震模擬振動台，做為重現高樓層樓版反應或長週期地震歷時方法之重要參考。

耐震規範中對立面不規則之建築結構有其定義與限制，另要求須以動力分析方法進行結構設計。採用習見之簡化分析方法，如模態側推分析法(Modal Pushover Analysis)或解耦合模態歷時分析法(Uncoupled Modal Response History Analysis)，除少數情形如底層較強或下半結構較強者外，對立面不規則結構進行地震反應分析之結果尚屬準確可應用。前人的研究建議，若立面不規則結構物之立面不規則特性來自底層較強或下半結構較強者，仍應使用嚴謹之整體結構有限元素模型非線性動力歷時分析法進行分析，而不應使用簡化分析方法。習見之簡化分析方法如上述二者，可歸類為單自由度簡化分析方法，原因為其結構在特定模態下之反應計算單純由該模態分布φn與求解相對應之單自由度系統運動方程式之反應Dn相乘而得。 本研究中將一立面規則之結構進行立面不規則特性之分配，使其分為上下二部分，稱為上結構與下結構，分配時僅將兩部分中其中一部分進行各樓層之質量、勁度及強度之改變，使原立面規則之結構形成立面不規則。此一經立面不規則特性分配之結構，在特定模態下之上下部結構非線性反應不以模態分布等比例產生反應，亦即其上下結構非線性反應不以單獨之單自由度反應Dn決定。 本研究提出雙自由度之簡化分析方法，以描述前述上下部結構反應在特定模態下不以模態成等比例之立面不規則結構物行為。建立雙自由度模態桿以模擬該模態雙自由度系統運動方程式之反應Dpn與Dbn。 驗證例中以規範FEMA355c建議之九層樓(基本週期2.78秒)及二十層樓(基本週期3.84秒)之鋼結構模型取其單向構架，進行立面不規則特性之分配為1.下半結構較強2.底層較強之3.下半結構較強且勁度較大2.底層較強且勁度較大之立面不規則結構四種模型，並以三種回歸週期(小地震72年、設計地震475年及最大考量地震2475年)之地震歷時各20個輸入進行分析。視整體結構有線元素非線性歷時分析反應為真值，並與簡化分析方法(單自由度與雙自由度方法)所得進行比較。 對於前人研究中不建議使用簡化分析方法之立面不規則結構物(底層較強或下半結構較強)，本研究証實在小地震作用下，結構多保持在彈性範圍內，雙自由度方法與單自由度方法等效。在最大考量地震及設計地震作用下，採雙自由度方法計算各樓層層間位移角之準確性，普遍優於單自由度方法；能將單自由度簡化分析方法對下部有較小層間位移角之樓層的高估誤差由15-40%降至4-9%，與真值比值之統計資料則較單自由度方法為集中。 本研究所提之雙自由度方法能有效提高習見簡化分析方法之準確性與適用性，可用於底層或下半結構強度較大之立面不規則結構的耐震分析。

當工程師進行結構設計時，為了節省分析時間，經常採用靜力分析取代動力分析來模擬結構的受震反應。由於質量中心位置、勁度中心位置、材料性質以及旋轉向地表加速度等不確定性因素，在結構分析時除了考慮質量中心與勁度中心之間的原始偏心量，無論是靜力分析或是動力分析，耐震設計規範規定需要再加上與地震力施加方向垂直之建築物平面尺度±5%的意外偏心量，以考慮上述之不確定因素。在考慮意外扭矩效應下，為降低靜力分析結果與動力分析結果之差異，耐震設計規範更將靜力分析中的意外偏心量再乘以意外扭矩放大係數。因此在考慮意外扭矩效應下，本研究評估以靜力分析估算建築物位移之可靠度，並且對於意外扭矩放大係數作出修正建議，期望使靜力分析所估算之位移能夠位於保守側。 本研究首先使用美國SAC計畫中三層、九層以及二十層樓建築做為示範構架，藉由調整結構之質量慣性矩來改變示範構架之頻率比，將頻率比調整至0.7、1.0、1.3以及1.6，並藉由改變結構質量中心在長向上的位置以改變其原始偏心量，將其長向之原始偏心量調整為0%至30%(每1%增量一次)，分別對示範構架進行靜力分析及動力分析，並且計算這兩種分析方式所得到之位移的差異值。採用易損性曲線之概念發展出差異曲線評估方法，將前述之位移差異值的絕對值表示成在各差異狀態下之超越機率，並且藉由此位移差異值的平均值來判斷靜力分析所得到的位移為高估或低估。研究發現，當考慮意外扭矩效應時，採用+5%意外偏心所得到的質量中心及柔度側位移較為保守、採用-5%意外偏心所得到的勁度側位移較為保守；當考慮原始偏心加上意外偏心效應時，靜力分析所估算的位移，除了對於三層樓建築稍微不保守外，對於九層及二十層建築均為保守，並且當建築總樓層數越高，靜力分析估算的位移就越保守。最後藉由計算靜力分析及動力分析位移差異值的標準差來顯示分析結果之變異性。第二部份對於意外扭矩放大係數提出改善方案，確保在考慮原始偏心加上意外偏心時，靜力分析估算所得之位移不小於動力分析所得之位移。本研究提出對於低矮樓層建築及中等高度樓層建築在頻率比小於一及等於一時的意外扭矩放大係數修正建議。

國家地震工程研究中心針對槽接式挫屈束制支撐構件及其與構架結構的接合細節，已完成試驗驗證並提出完整的設計流程與檢核方法[1, 2]。以結構設計人員為服務對象，提供雲端運算設計軟體服務Brace on Demand (BOD)，使用者可透過網址http://BOD.ncree.org.tw取得專屬BOD客戶端瀏覽器，執行雲端設計運算並快速取得設計結果。BOD系統根據使用者所提供的構架幾何條件、BRB構件降伏強度與等效勁度等設計需求，進行BRB構件及與隅板接合之完全自動化調整、設計與檢核等運算工作，並動態產生該專案之結構計算書與試算表。本文介紹BOD系統之運算流程，主要依據美國鋼結構設計[3]及鋼結構耐震設計規範極限設計法設計[4]，包含槽接式挫屈束制支撐、端部接合及隅板之詳細設計流程與檢核項目。

台灣是由歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊相互碰撞擠壓而成，每年會有15000至18000個大大小小的地震，因此在台灣設計建築結構時地震力是最重要的考量因素之一。現今社會越來越多造型獨特的建築，這些外觀特殊的建築往往會有平面不對稱的情形，受震時平移及旋轉的變形往往同時發生，角落位移有可能比質心位移還大甚多，且以傳統的靜力分析方法無法準確地預測其受震反應，因此常須採動力分析方得以檢核其耐震性能。隨著都市人口密度增加，高樓層建築也越來越多，許多高層建築加裝液態黏滯性阻尼器來增強其制震能力。本研究探討簡化的動力分析方法以計算加裝液態黏滯性阻尼器的平面不對稱建築之受震反應。以便用於初步設計、大量分析以及參數研究。 本研究主要分為兩個部分：一為具線性液態黏滯性阻尼器之非彈性平面不對稱建築的簡化分析，另一為具非線性液態黏滯性阻尼器之彈性平面不對稱建築的簡化分析。兩個部分均採用模態疊加法來計算結構之受震反應。第一部分，本研究利用動力分析軟體建立振態桿狀模型並設置雙線性參數以探討結構受震進入非彈性之反應。再比較本研究提出之簡化方法與傳統單自由度模態運動方程式運算結果之準確度。而第二部分使用數學軟體藉Newmark-β法計算具有外加非線性阻尼器的多自由度模態運動方程式。針對非線性外加阻尼項的計算，本文提出預測修正法以及等效阻尼係數法兩種簡化方法。預測修正法在分析過程中，預估了非線性項次的速度，並且修正上一步計算產生的不平衡力。等效阻尼係數法於Newmark-β法每一個計算步距計算每支非線性阻尼器對應於線性阻尼器之等效阻尼係數，再以此係數建置新的阻尼矩陣，進而求得下一步的結構反應。 上述兩個部份的研究均以PISA3D動力分析軟體建置有限元素模型之受震反應作為精確解比較其準確度。本研究第一部份中提出的簡化方法，在多數案例中誤差值均較傳統單自由度方法小，縱使有些分析案例峰值準確度沒有明顯優於或甚至劣於傳統簡化方法，但本研究提出之簡化方法預估之結構動態反應趨勢與有限元素模型分析得到的結果較相近。第二個部份之分析案例中，在阻尼指數 的情況，兩種簡化方法均有良好的表現，隨著 值增大，兩種簡化方法準確度均劇烈下滑。另外預測修正法於 的分析案例中受震反應隨著時間衰減的趨勢比較緩慢，等效阻尼係數法預測之受震反應隨著時間衰減的情形有比較精確的表現。兩種簡化方法均能有效地節省分析所需時間，等效阻尼係數法耗時約為有限元素法之16%，預測修正法耗時只為有限元素法之8%。

本研究探討在雙向平面不對稱建築受到雙向地震作用下的四個旋轉效應趨勢的原因。研究結果顯示振態平移與振態旋轉之間呈現非比例變形的現象以及振態偏心皆是了解這些旋轉效應趨勢的關鍵點。這些關鍵點是得自於採用三自由度振態系統來代表一個雙向平面不對稱建築的單一一個振態時所自動顯現出來的特性。並且，本研究提出一種可以有效地應用於平面不對稱建築的非線性歷時分析的「同形振盪器」。每一個同形振盪器是由一個剛性質量塊連接兩組彈簧阻尼盒裝置所構成，並且一個同形振盪器恰好可以代表原單向平面不對稱建築的一對振態。與一般僅能夠代表單一一個振態的單自由度振盪器相比較， 同形振盪器兼具有平移與旋轉的運動模式，更符合平面不對稱建築的受震行為。以少數幾個主要的同形振盪器取代多層樓單向平面不對稱建築的有限元素模型進行非線性歷時分析，可以顯著地增進分析的效率。

即時複合試驗結合了數值模擬與結構試驗兩種方法，基本原理與擬動態試驗相同，唯一不同的地方為此方法並不放慢實驗速度，試體在即時的狀態下運動，在數值模型取得試體反應後即運算出下一個步階位移，並驅動致動器施加目標位移於試體上，反覆進行至試驗結束。此方法可真實反應速度相依型構件在全結構下的真實受震行為。然而系統的時間延遲、致動器控制的精確度、試體與數值模型傳遞資料所需的時間，以及數值方法的運算速度與收斂性能等，皆為影響試驗結果的正確性，亦為相關研究人員極欲解決的問題。 本研究發展二階相位補償器以補償系統延遲，視為獨立於油壓致動系統的外迴圈控制器，並使用了適性控制理論，使此二階補償器能在實驗過程中自動調整其延遲常數，達成有效且即時的延遲補償。此外，為了修正量測位移與目標位移造成的誤差所導致的系統不平衡等效外力，本研究提出了補償恢復力器將此外力於下一個積分步進行修正。 本研究進行了數個即時複合試驗。應用於速度不相依型與速度相依型試體，實驗結果證明，本研究所提出的油壓致動器補償法，能夠得到穩定且準確的即時複合試驗結果。最後，為了更進一步改善致動器控制的精確度，本研究將適性控制理論應用於前饋與回饋控制器方法上，並以一個九層樓的抗彎構架進行即時複合試驗，其控制各樓層加速度反應的磁流變阻尼器由實驗即時控制並量測所得。實驗結果證明藉由適性控制理論的應用，改善了既有的前饋與回饋控制器方法，並提升了即時複合試驗結果的正確性。 此研究所開發的即時複合試驗技術，除了可提供國內研究人員進行地震工程研究的一種新方法，更可節省試體製作的成本，對於節能減碳與永續發展，有莫大的助益。

本研究針對雙向平面不對稱建築受到雙向地震作用下的受震反應控 制，提出雙向耦合式調諧質量阻尼器(BiCTMD)。 BiCTMD 是從三自由度 振態系統開發而來，三自由度振態系統代表一個雙向平面不對稱建築的單 一一個振態。本研究經由檢視加裝BiCTMD 的建築結構的?率反應函數振 幅之降低，確認BiCTMD 能夠有效減少彈性雙向平面不對稱建築的受震反 應。 本研究的數值例顯示一棟加裝BiCTMD 的二十層樓雙向平面不對稱建 築的屋頂兩側邊的最大位移均有顯著的降低。此外，本研究指出BiCTMD 可以有效降低非彈性平面不對稱建築的應變能需求，亦即，BiCTMD 可以 有效降低平面不對稱建築的受震損傷。

過去數十年來，在結構工程研究領域中，研究人員廣泛利用擬靜 態試驗法(quasi-static structural testing)對結構構件及結構系統進行各種 測試，以求能更深入了解待測試體之力學行為。相對於其他結構試驗 法，擬靜態試驗法之所以在結構實驗室中被廣泛運用，其原因主要包 括下列二者：(1)以本試驗法進行結構試驗，所需之硬體設備相對來說 較為經濟。(2)本試驗法能提供研究人員高度彈性。舉凡試體結構大小 與幾何、試驗流程安排等諸項直接影響試驗設置之因素，相較於其他 試驗法，在擬靜態試驗法中，較容易透過修改控制軟體、搭配使用不 同硬體等方式達成試驗目的。然而，在此陳述的擬靜態試驗法所能提 供的高度彈性卻並不常見於傳統結構試驗室中，主要的原因是由於截 至目前為止，在控制軟體建構上，欠缺了一個有彈性、容易擴充且已 解決多數擬靜態試驗法中所面臨問題的軟體架構(software framework)。 本研究嘗試建立此一軟體架構，期望此軟體架構能解決大部份於 進行擬靜態試驗時所會遭遇到的問題。因而在需要建立一個新的結構 實驗室控制軟體以進行擬靜態試驗時，能直接使用此軟體架構所提供 之功能，進而容易地達成實驗目的之要求。 為能建立此一軟體架構，本研究首先審視了目前在結構實驗室 中，已經實作出之擬靜態試驗之特性。同時列出了一個理想中的擬靜 態試驗法所能提供的功能。本研究接著進行了物件導向分析、設計與 實作。透過物件導向分析，找出了執行擬動態試驗法時若干重要概念， 並將之抽象化為底層基礎類別。另外，亦探討了這些基礎抽象類別彼 此間之互動模式，並由探討結果進行物件導向設計與實作，最後提出 一軟體架構。 本研究利用提出之軟體架構，以C++程式語言建立了一實驗控制 軟體。此實驗控制軟體大量利用本研究所提出之軟體架構，並建立幾 個客製化之類別，以能控制國家地震工程研究中心反力牆與強力地板 結構實驗室中所使用之硬體設備。 本研究利用上述實驗控制軟體，在實驗室中實際以之控制實驗設 備，進行了兩個系列的擬靜態試驗，包括反覆載重試驗，與雙向擬動 態試驗。試驗皆已順利完成，證明了本研究所提出之軟體架構之有效 性。

本研究主要之目的在於設計一套完整碰撞實驗系統，透過實驗所量 測數據包括五大項目，分別為(1)塊體碰撞前速度、(2)兩塊體相對幾何座 標、(3)實驗構架幾何位置、(4)碰撞過程加速度、(5)高速攝影機影像分析。 除此之外，也必需進行碰撞實驗系統預測試實驗，確保量測數據能達到 預期所要求精度與合理性。碰撞實驗系統組成主要分為三部分，第一部 分為單擺碰撞實驗裝置系統，第二部分為釋放裝置系統，第三部分為細 部裝置。單擺碰撞實驗裝置系統，主要是由懸臂支撐鋼架與吊掛鋼索所 組成，釋放裝置系統則是由垂直於地面鋼架與快速釋放裝置所組成，細 部裝置則為細節部份的安裝配置零件。本研究所採用量測儀器包含(1)測 速計，(2)光學影像量測系統，(3)雷射測距槍，(4)加速規，(5)高速攝影機 等。經由預測試實驗與正式實驗結果可得知，高速攝影機確實能量測到 塊體接觸狀態與碰撞速度，塊體碰撞運動軌跡線確實能達到直線碰撞運 動，並且塊體碰撞之後塊體邊緣有破裂或損毀現象發生。實驗所量測得 到碰撞速度與理論求得的相當接近，證明碰撞實驗系統設計合理性與精 確性。在本實驗中訂定了一套吊掛塊體之定位程序，按此程序吊掛塊體 可有效控制達面-面對心狀態。此外，本研究也利用實驗結果回歸出一條 碰撞衝量回歸公式，可利用此經驗公式計算不同碰撞速度下之碰撞衝量。

本報告說明雙向平面不對稱結構非彈性反應譜程式的開發背景、架 構、輸入及輸出檔的說明與案例驗證等。採用此程式進行雙向平面不對稱 結構非彈性反應譜研究的結果另見於本中心報告NCREE-11-009。

本研究提出雙向平面不對稱結構受雙向地震力作用下的反應譜(簡稱 為SAS)。首先將等強度SAS 與傳統等強度反應譜進行比較，發現由於非 彈性結構的振態旋轉與振態平移不成比例，會造成傳統等強度反應譜明顯 高估平面不對稱結構的振態韌性需求，並且傳統等強度反應譜也無法考慮 振態平移與振態旋轉間的互制效應。其次，本研究對於三自由度振態參數 對於雙向平面不對稱結構的韌性需求進行了廣泛的參數分析。最後，本研 究對於樓層平面側邊的最大位移與殘餘位移的正規化反應譜進行探討，發 現在僅考慮單一振態下，單自由度振態系統有時會高估兩倍的樓層平面側 邊的最大位移量。

高層建築結構中加裝挫屈束制支撐（Buckling Restrained Brace, BRB），其抗震安全性能較傳統斜撐構架設計更佳，而在鋼構用量方面得以較傳統抗彎構架更為節省。此外，在高科技廠房之興建或補強上，挫屈束制支撐能解決堆疊式長跨廠房耐震性不良之問題。具眾多優點的挫屈束制支撐近幾年於國內外皆已受到重視，以挫屈束制支撐構架系統（Buckling Restrained Braced Frame, BRBF）作為主要耐震建築系統之應用實例亦迅速增加，國內以國立台灣大學團隊與國家地震工程研究中心共同研發之「搭接組合式挫屈束制支撐」應用最為廣泛，應用至少50案新建或補強建築結構，已製造安裝約10000組（統計至2010年4月）。本研究主要目的為尋找最佳BRB脫層材料，使應用技術已屬成熟的BRB，更具備經濟性、可靠性與優良施工性。研究結果顯示，最佳脫層材料依序為，黏性橡膠、高密度泡棉板、矽膠板與橡膠板，藉由此項研究更優化目前已應用廣泛之BRB，以作為工程實務應用之參考。

在過去的研究中已證實採用三個自由度的振態運動方程式進行振態歷時分析，可以有效求得具非比例阻尼的雙向平面不對稱結構的受震反應。除了結構本身因加裝阻尼器所造成的非比例阻尼，另一種常見造成系統具有非比例阻尼的原因則是考慮土壤結構互制(SSI)效應。本研究提出以多自由度的振態運動方程式來分析具有SSI效應之彈性平面不對稱結構的受震反應。所考慮的系統為一置於彈性無窮半平面上的雙向平面不對稱結構並且同時受雙向地震力作用。土壤與結構間的互制力是採用與頻率無關的土壤彈簧與土壤阻尼器來模擬。首先，推導多自由度的振態運動方程式，並由逐步積分法求解該振態運動方程式以得到各振態歷時反應，再將各振態歷時反應作算數相加則可得到系統的總反應。此種多自由度的振態運動方程式仍保有原土壤結構系統非比例阻尼的特性，故本研究所發展的近似求解方法具有傳統振態分析的優點，亦即僅須考慮少數幾個前面振態的反應，即可得到精確的分析結果，而此方法又能夠同時考慮土壤結構系統的非比例阻尼效應。最後，以一棟四層樓建築在兩種不同土壤狀況下作為分析案例，證實所提分析方法的有效性。

本研究提出一個即時參數最佳化之擬動態實驗方法，以改善在實驗結構具重覆性子結構的情況下，實驗子結構與數值子結構的特性不一致的問題。即時參數最佳化之擬動態實驗方法與傳統擬動態實驗方法的不同在於，數值子結構的特性可以根據即時的實驗子結構實驗結果，利用多變數非線性最佳化的方法，在擬動態實驗過程中立即地修正數值子結構的材料參數或結構特性參數。 本研究以一個雙橋柱的橋樑結構作為驗證範例。由於本研究尚未進入執行真實實驗階段，所有的驗證都是以數值方法進行電腦模擬。本驗證執行三個不同的擬動態測試：傳統擬動態實驗測試，即時參數最佳化之擬動態實驗測試，以及全結構實驗之測試。電腦模擬驗證的結果顯示，本研究提出的即時參數最佳化之擬動態實驗測試，能在擬動態實驗初步階段，即以最佳化方法取得較適當的材料參數，得到比較準備的擬動態實驗結果。

特殊同心斜撐構架(SCBF)主要由斜撐構件受拉降伏與受壓挫屈進行消能以有效抵抗地震，傳統斜撐與接合板設計將使斜撐朝面外方向挫屈變形，容易對包覆斜撐之牆面造成破壞，甚至對建築結構內之器物及人員生命安全造成嚴重威脅。本研究透過斜撐與接合板間加入一連接板，使斜撐轉變為面內方向挫屈變形，藉由兩層樓實尺寸構架試驗以觀察斜撐受力變形反應，並利用有限元素分析軟體ABAQUS建立模型模擬試體反應，建立一套含斜撐面內挫屈之構架設計程序，提供工程師設計參考。 本研究採用先前曾於國家地震工程研究中心測試過三次同心斜撐與一次挫屈束制支撐之梁柱構架，試體高6.66公尺，寬6.7公尺，斜撐排列形式為一X型，斜撐尺寸為H175x175x11x7.5，與第二次同心斜撐試驗採用之斜撐相同，並於斜撐二端各加入一連接板導致斜撐長度略短，接合板則採用AISC建議之均佈力法(UFM)進行設計。試驗則藉由千斤頂在頂樓樓板施力，進行反覆側推測試。 由試驗發現東側兩支斜撐先後發生挫屈後，西側兩支斜撐相隔甚久才發生挫屈，造成前述東側兩支斜撐挫屈累積非線性應變過大提早出現局部挫屈現象，最後導致細微裂縫發展而斷裂。推測其主因為斜撐長度較短，韌性行為較差。為提升整體結構系統的韌性，於確保破壞發生於斜撐構件前提下，採平衡設計的觀點，容許斜撐、接合板與連接板共同進入非線性階段；本研究亦探討如何增長斜撐長度，以能發展出較佳的挫屈行為。本研究提出一改良設計方法，以Generalized UFM進行接合板設計矩形接合板不受傳統UFM限制，以達經濟效益。最後考慮將連接板與接合板相連之淨斷面問題由連接板移至相接之十字截面中，如此斜撐與連接板可於工廠進行精密焊接而兩端各保留5公分之空隙以方便現地組裝，可以省去貼板且對斜撐之柔度分佈與挫屈行為有正面幫助。

鋼板剪力牆是一較新型的抗側力系統。當薄鋼板發生剪力挫屈後，會產生拉力場行為，拉力場的形成可維持該系統後挫屈階段的勁度與強度，而鋼板能藉?反覆拉力場行為來消散外力所輸入的能量。本研究首先對三座鋼板剪力牆系統進行有限元素分析，透過有限元素細緻的網格劃分來探討結構進入非線性期間的行為，同時又與試驗結果進行強度與勁度之比對。由於有限元素分析較耗時，為了讓鋼板剪力牆系統得以推廣，一種適合工程界使用的簡化模型顯得相當重要，本研究對目前最常使用的板條與等效斜撐模型的適用性進行探討，並對兩種模型加以修正，而提出了三種修正模型，其名稱分別為修正板條模型、修正等效斜撐模型與修正牆板與構架互制模型，研究結果顯示三種修正模型能有效地提升分析的精確性。本研究依據不同的鋼板拉力場角度進行分析，發現拉力場角度對分析結果影響小，且若周圍梁柱的容量充足時，其影響程度更低。含連接梁的鋼板剪力牆能透過連接梁的連接，使該系統內柱的柱軸力有效地降低。本研究透過PISA3D及ABAQUS分析軟體的協助，証實連接梁可設計成剪力連桿或彎矩連桿，對鋼板剪力牆系統提供額外的消能機制。本研究建議含連接梁鋼板剪力牆之設計只需額外考慮連接梁的作用，其設計方法可依據一般型鋼板剪力牆系統加以適度調整。

碳纖維強化高分子複合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer、簡稱CFRP）具備高拉力強度、高耐久性和不改變補強構件外觀等優點，為近年來廣泛應用之結構補強材料，然而過去研究成果顯示，若RC柱尺寸過大，將無法提供有效圍束而發生面外鼓出現象影響補強效果，因此本研究提出以碳纖維包覆配合使用所研發之碳纖維錨栓(CFRP Anchor)補強工法以克服此缺點。 本研究試驗針對承受雙曲率彎矩和軸向壓力之老舊建築RC柱構件進行補強研究，箍筋少量配置且無法滿足現行規範之耐震特別規定要求；五組試體分兩類進行補強，第一類兩組試體為碳纖維包覆和碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強試體剪力與韌性，第二類兩組試體為雙向碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強剪力、韌性和彎矩強度，另規劃一組為標準試體，試驗方式為對試體反覆側向加載，並形成上下等值之雙曲率彎矩，並對試體施加高軸向壓力。 試驗結果標準試體如一般老舊建築柱為脆性撓剪破壞；第一類針對剪力強度與韌性能力進行補強之試體試驗結果顯示碳纖維包覆配合使用碳纖維錨栓之補強工法，可提升補強柱構件韌性與消能能力，延後碳纖維貼片斷裂發生時機，並改善碳纖維非預警性炸開之破壞模式；第二類針對剪力強度、韌性及彎矩強度補強試體試驗結果顯示，補強試體初始勁度有所提升，但因試驗過程中發生縱向碳纖維和基礎鍊結之碳纖維錨栓斷裂而使彎矩強度無法提升至設計目標。 本研究發展之碳纖維包覆暨碳纖維錨栓補強工法、設計理論與碳纖維錨栓設計和製作方法已經大尺寸補強試驗證實其合理性與實用性，可供工程實務設計參考與使用。

台灣地區位於亞太平洋地震帶上，介於歐亞大陸板塊與菲律賓板塊之交界處，因板塊運動而致使地震發生頻繁，據1901-2006年由中央氣象局統計的地震資料顯示，有97次的地震災害形成財產損失，有52次的地震災害導致人員傷亡，而1999年所發生的921集集大地震更對社會經濟、人民生命安全造成極大的傷亡，然以現今的科學技術而言，地震仍無法進行事前預估而先行避難，需藉由地震觀測網和歷史地震資料與當地的地質條件判定可能存在的危險區以先行規劃地震災害避難措施。 中央氣象局有鑑於台灣因其獨特之地理位置易受地震災害侵擾，於全台廣佈測站監測地震活動，理論上可透過地震之P波與S波的速度差先行規劃地震災害避難措施而減少災害損失並提高人民之生存率，但傳統的地震監測技術需透過地震觀測網之數個測站觀測資料聯合運算以得出地震震源位置、地震規模等相關數據，然此機制後端之運算主機需接收各測站的監測數據經彙整分析後方可得上述參數，對於離震央30公里內者無法提供事前預警，故國家地震工程研究中心將發展強震預警系統以彌補此塊缺失。 強震預警系統將以體波震源參數法(方案：I-A)、類神經網路分析-地震參數推估(方案：I-B)、結構物受震反應公式推演(方案：II-A)、利用境況模擬技術預估結構物反應(方案：II-B)以及類神經網路分析-結構物受震反應(方案：II-C)等五種研究方式依照其各自之研發時間需求而進行相關政策推廣，在物理模型方面，研究者以體波震源參數分析法結合程式開發整合至地震觀測測站運算核心，令測站能於收到P波資料之3秒內推估後續S波之主要頻率、地震規模與震度，並交由後續之結構物受震反應分析模組推算警戒區域內之建物安全性以決定相應之避難行動，又地震與結構物間本身為高度非線性相關，本計畫將以人工智慧中的類神經網路分析模式進行地震參數推估與結構物受震反應計算之研究，希能透過這些研究方法提高近震央端之地震預警可行性，進而保障人民生命財產安全，達到減災防治之成效。

振態運動方程式是結構動力的基礎，而結構動力在地震工程中扮演極重要的角色。每一個振態運動方程式都有一個相對應的單自由度(SDOF)振態系統，因此振態運動方程式與SDOF振態系統被視為是組成多自由度結構體運動的最基本要素。由於具備高效率的計算與簡易的觀念，振態歷時分析已被廣泛應用於各種結構的受震反應分析。雖然只有彈性結構具有不變的振態，但藉由振態側推分析，可以得到原多自由度結構屋頂位移與基底剪力的受力變形關係，由此非線性受力變形關係曲線，非彈性的SDOF振態系統亦被提出。此種非彈性的SDOF振態系統已廣泛地應用於地震工程當中，例如採用非彈性反應譜來估計多自由度結構的受震反應需求。在近幾年，一種能夠考慮結構高振態貢獻的振態分析已被發展與廣泛討論。然而，在振態側推分析雙向平面不對稱結構時，同時有兩個屋頂平移與基底剪力及屋頂旋轉與基底扭力的三種受力變形關係存在，並且當原多自由度結構進入非彈性時，代表前述三種受力變形關係的側推曲線在加速度—位移反應譜(ADRS)格式中會有分叉的現象產生。因此傳統SDOF振態系統無法同時模擬前述雙向平面不對稱非彈性結構的三種受力變形關係。本研究將雙向平面不對稱結構的振態運動方程式進一步分解成一組三個藕和的運動方程式，此一組三個藕和的運動方程式即稱為三個自由度(3DOF)振態運動方程式，並建立對應於此振態運動方程式的3DOF振態系統。利用3DOF振態運動方程式可精確求得3DOF振態系統的彈性參數，而藉由前述三種受力變形關係的側推曲線可以求得3DOF振態系統的非彈性參數。本研究證明採用3DOF振態系統對雙向平面不對稱結構進行振態歷時分析較採用傳統SDOF振態系統有效。本研亦究證實利用3DOF振態運動方程式可有效分析具非比例阻尼的雙向平面不對稱彈性結構的受震反應。

特殊同心斜撐構架藉由斜撐構件受拉降伏與受壓挫屈兩種力學特性，來抵抗側力與消散外力所輸入之能量。本研究為一國際合作計畫，由美國華盛頓大學西雅圖分校團隊先進行試體設計，而實驗則在國家地震工程研究中心測試。研究動機是希望透過實驗觀察，瞭解特殊同心斜撐構架之受力反應，並建立ABAQUS有限元素分析模型來研究特殊同心斜撐構架之結構行為。目的是希望建立一套有限元素分析程序，以供後續實驗與分析參考。 本研究之試體為一實尺寸兩層特殊同心斜撐鋼構架，試體高度為6.66公尺，寬度為6.7公尺，斜撐排列之幾何形狀為X型。試驗總共進行三次，使用相同梁柱構架，替換不同形式之斜撐與接合板。HSS-8t與HSS-2t兩次試驗之斜撐斷面皆為HSS125x125x9鋼管，但採用不同方式設計接合板。WF-8t試驗則是使用斷面為H175x175x7.5x11作斜撐構件，而接合板設計方式與HSS-8t相同。本研究分別建立三次試驗之有限元素分析模型，進行各試體之反覆側推分析。文中將詳細介紹分析模型之材料、分析元素、邊界條件、初始缺陷與施力方式。 由試驗結果顯示此種同心斜撐系統的確能提供良好的消能能力，頂層位移角容量接近正負3%弧度，而X型配置之斜撐挫屈行為會互相牽動，所有斜撐皆發生挫屈，不會產生弱層現象。結構變形與破壞集中於斜撐與接合板，斜撐最大面外變形可達40cm，但並未對梁柱造成明顯破壞，為一可用之抗側力系統。由有限元素分析結果顯示分析模型可以準確分析特殊同心斜撐構架之斜撐後挫屈行為，對於斜撐挫屈、接合板凹折與斜撐局部挫屈行為皆可模擬。將斜撐與梁柱構架承擔之基底剪力分離後，發現在頂層側位移角小於0.28%弧度之前，斜撐可承擔90%以上之基底剪力，而當頂層位移角大於2%弧度後，斜撐承受之基底剪力約為60%，顯示特殊同心斜撐構架主要仍由斜撐承擔大部分之側力。

2008年5月12日下午2時28分，中國四川省汶川縣發生規模8.0之地震，其震央位於東經103.258°、北緯31.119°，距離成都市西北西方約90公里。汶川地震重創四川、重慶、甘肅、湖北、陜西與雲南等地區，造成至少69000人死亡、370000人受傷、18000人失蹤，約536萬戶建築倒塌、2100萬戶建築損毀，直接經濟損失高達人民幣8451億元。在交通設施方面，共計約28000公里的道路、656座橋梁嚴重損毀，成都雙流機場也因跑道震裂而被迫暫時關閉。汶川地震造成重大災害之縣市集中在鄰近震央的阿壩藏族羌族自治州、成都市、德陽市、綿陽市以及廣元市等地級行政區。 為能蒐集汶川地震之震災資訊，國家地震工程研究中心隨即於震後兩週派遣柴駿甫博士與林主潔博士，結合台灣工程界菁英共同組團，以「台灣工程界協助震災重建家園協會－川震服務先遣勘查團」名義，於5月27日啟程前往四川成都，在四川省科學技術協會以及四川省各級台辦的接待安排下，與當地土木建築界的專家們舉辦座談交流，並深入災區進行勘災作業。隨後，本中心又再度派遣葉勇凱博士與林克強博士，於6月29日隨同「台灣工程界協助震災重建家園協會－川震服務團」啟程前往四川成都，勘查災區建築受損情況，並出席在四川省建築科研院舉辦之「川台工程界地震受損房屋修復加固研討會」，分別針對台灣在校舍補強及現行規範的情形提出簡報。與此同時，本中心蔡克銓主任亦受福州大學邀請前往映秀災區進行勘查。7月15日，本中心黃世建組長與劉光晏博士亦應香港科技大學之邀，連同台灣大學、香港科技大學以及University of British Columbia等學校之教授，啟程前往四川成都，由四川大學土木系接待並規劃勘災考察路線。此外，本中心劉季宇博士代表蔡主任，受邀以WSSI (World Seismic Safety Initiative)專家的身份，前往北京、四川成都與自貢等地區，參與10月26-31日舉行之RADIUS+10－Phase 1任務。本報告係概述汶川地震之震源機制，並匯整本中心各勘災團隊有關建物與橋梁的勘災成果，藉由他山之石，期能對國內地震工程研究有所啟發與警惕。

本研究提出一個同步數值更新之複合實驗方法，以改善在實驗結構具重覆性子結構的情況下，實驗子結構與數值子結構的特性不一致的問題。同步數值更新之複合實驗方法與以往一般的複合實驗方法的不同在於，數值子結構的特性可以根據實驗子結構的即時實驗結果加以更新或修正。 本研究為國家地震工程研究中心(以下簡稱本中心)與美國中部地震中心(Mid-America Earthquake Center，簡稱MAE Center)的跨國合作研究。在相同的同步數值更新之複合實驗方法流程基礎上，兩研究中心採用不同的方法來修正數值子結構的數值模型。本中心採用數值最佳化的方法，配合力與位移歷史曲線的誤差檢查機制，來修正數值模型；MAE Center則採用類神經網路的方法來修正。 本報告為同步數值更新之複合實驗方法研究工作之第一年階段性進度報告。大部份研究工作是在本報告第一作者於美國中部地震中心進行短期研究訪問期間，與該中心主任Elnashai教授討論之下所完成。本研究的後續工作與更進一步的研究成果，將會撰寫於後續的研究報告中。

本研究利用有限元素分析程式對雙鋼管混凝土構件試體進行分析，以探討特定空心比及大徑厚比下之雙鋼管混凝土構件，在同時承受軸力與彎矩單獨加載或聯合作用下之行為反應，並與實驗結果進行比較。試驗與分析結果顯示，空心比0.6、直徑厚度比達150之DS-2-2系列試體於25%軸向應力下仍具有良好之彎矩強度與韌性能力，顯示此種大徑厚比之雙鋼管混凝土柱構件適合應用於軸向力低卻有高側向勁度與高彎矩強度需求之橋梁墩柱。

本研究與MTS公司合作，在國家地震工程研究中心擴建的空間中，建造一多自由度多功能構件試驗系統(Multi-Axial Testing System, MATS)，以便供隔減震構件研究學者使用。MATS為六個自由度的試驗系統，除垂直向載重外，亦有施加水平載重、側向載重及三個方向彎矩之能力，使MATS能模擬構件實際之受力或變形情況。MATS可進行多種不同型式構件之試驗，本研究以四種構件為設計標準，包括隔震支承墊、柱構件、速度型阻尼器以及斜撐構件。 MATS設計所考慮之試驗極限狀況主要分為兩種，其一為垂直載重較大(40MN)、水平載重較小(4MN)但水平位移很大(1.2m)之試驗，考慮的試體為隔震支承墊，試驗中水平位移與垂直載重可同時施加；另一種試驗狀況為垂直載重較小甚至沒有垂直載重，但水平載重較大(8MN)與水平位移中等(0.5m)之試驗，考慮的試體為斜撐構件。研究中針對MATS中垂直向千斤頂需求、載重平台、預力錨錠與反力樑進行詳細分析與設計。MATS系統共配置13個美國MTS公司專利的千斤頂，分為7個垂直向、4個側向與2個下壓千斤頂，此種千斤頂能提供推力，卻不能施加拉力，且載重平台滑動時產生之摩擦力很小，能方便多自由度之構件試驗。7個垂直向千斤頂透過載重平台對試體施垂直載重，包括中央1個pressure balanced型式最大載重為30MN之千斤頂，與周邊6個hydrostatic型式最大載重為5MN之千斤頂。4個側向千斤頂最大載重為1MN，用以控制載重平台之側移，2個下壓千斤頂最大載重則為2MN，當垂直載重較小時，能提供垂直向下壓載重，維持系統穩定，側向與下壓千斤頂皆為hydrostatic型式之千斤頂。 MATS採預力混凝土雙A型構架，構架柱皆施加33600kN之預力，此外鋼造載重平台與反力橫樑亦使用SAP分析軟體進行分析，以了解其應力與變形量，其中反力橫樑在最大荷載時變形量限制為5mm，旋轉量限制為0.001弧度。在未來的實際使用中，只要是構件的力學行為符合試驗系統容許範圍，例如樑柱接頭試驗與剪力牆試驗亦可利用MATS進行。

許多校舍與騎樓式建築於921集集地震中發生嚴重的損壞，於諸多原因中，底層柱構件發生破壞為造成嚴重破壞的主要原因之一，底層柱構件通常承受較大之軸壓力與彎矩，在地震力作用下，可能產生柱構件潰散或彎矩破壞外，亦可能因短柱效應而發生剪力破壞，進而造成整棟建築結構之嚴重損傷。本研究針對此類鋼筋混凝土柱構件進行構件行為與耐震補強研究，採用國內業界常使用之碳纖維包覆補強，以及國家地震工程研究中心研發之八角形鋼板包覆補強等方法進行試驗以驗証其補強效果，而所得試驗結果亦可檢驗與修正現有之補強分析與設計方法。此外，本研究使用自行製作之碳纖維錨栓，可有效地改善傳統碳纖維補強之耐震行為。同時，本計劃與日本琉球大學進行研究合作，引進日本學者所研發之預力鋼棒補強方法，藉由學術合作與交流，以提升國內補強技術。

近年來，國內外許多研究都顯示鋼板剪力牆系統為一經濟性之耐震系統，少量的鋼板即能顯著地提升結構物抵抗側向力的勁度與強度。然而，對於鋼板剪力牆構架周圍梁柱構件的容量設計迄今尚未有一套明確且完整的結論，這也是目前國內外相關研究團隊的相當關注的焦點。另一方面，瘦長型鋼板剪力牆（高寬比大於1）在建築應用上有其優點，過去對於瘦長型鋼板剪力牆的研究仍屬有限。有鑑於此，本研究對於鋼板剪力牆系統周圍梁柱構件提出一套簡易且可靠的容量設計方法，並藉由數值分析以及結構試驗的方法驗證其適用性。另一方面，本研究透過結構試驗的方法來觀察瘦長型鋼板剪力牆之耐震行為表現。 本研究的另一個重點在於研發束制型鋼板剪力牆的耐震設計。在鋼板高度方向每隔一段距離處，藉由螺栓於鋼板兩面以兩支水平放置的鋼管緊緊將鋼板夾住，而鋼管的兩端利用鉸接形式與柱構件的翼板相接。在過去研究亦顯示束制構件能有效降低鋼板在發展拉力場時所伴隨的面外變形量。數值分析結果顯示：在加裝束制構件後，能降低鋼板剪力牆系統在受側力時之柱構件的彎矩與剪力需求以及梁構件的軸力需求，並且提升鋼板在構架側向變形時發展拉力場的效應，讓整片鋼板更均勻、更充分地被拉伸，進而提升整體剪力牆系統的勁度、強度以及消能能力。研究顯示適當地加裝束制鋼管能減少周圍構件的尺寸，進而設計出更具經濟性的鋼板剪力牆系統。本研究亦對束制型鋼板剪力牆的耐震設計提出建議。 本研究已於國家地震中心完成四座兩層樓瘦長型鋼板剪力牆構架之結構試驗，四座試體跨度皆為2.14公尺、總高度為6.5公尺（高寬比接近1.5），均採用厚度2.6公厘之LYS低降伏強度鋼板。其中兩座試體裝有束制構件，另外兩座則無，試驗的變化參數則為周圍梁柱構件之尺寸。試驗結果顯示本研究所提出之容量設計方法能有效地預測在鋼板剪力牆構架在側推過程中其周圍梁柱構件上塑鉸發生的位置及其出現之先後順序。試驗結果亦驗證前述束制型鋼板剪力牆具有更優越的耐震行為表現

本研究研發創新橋接方法，連接不同地震工程網路同步複合實驗系統，以解決目前全世界各實驗室使用不同且不相容實驗系統界面而造成無法進行合作實驗的問題。此方法建立一個通用的網路同步複合實驗架構，並在此架構下，提出不同系統的訊息轉譯機制。透過此方法，任何兩個不相容的實驗系統可以進行一個合作式的網路同步複合實驗，而不需修改各實驗系統的原始程式。依照此方法，本研究實作出一個雙向轉換模組(Translator)，連接本中心研發的ISEE實驗系統與美國NEES計畫的UI-SimCor實驗系統，使本中心得以與美國使用UI-SimCor系統的NEES實驗室進行合作式網路同步複合實驗。本研究以2006年我國與加拿大之大型橋柱合作實驗為範例，以軟體模擬ISEE與UI-SimCor之合作實驗，成功地驗證本方法的可行性。

本報告說明目前本中心開發的結構非線性分析平台PISA3D (Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D systems)，VISA3D (Visualization for Inelastic Structural Analysis for 3D systems)與GISA3D (Graphical Interface of Inelastic Structural Analysis for 3D)的軟體架構、軟體主要功能與實際應用案例。PISA3D是一個以有限元素法為基礎的非線性結構動力分析引擎，其輸入與輸出的界面以文字檔為主。VISA3D為PISA3D提供一個結構分析後處理的圖形界面。藉由VISA3D的開發經驗，本中心開發GISA3D環境作為功能更完整的PISA3D前、後處理的圖形環境。 本報告並介紹本中心提出的下一代結構分析軟體PISA3D的軟體架構，以提升未來PISA3D軟體的計算速度性能與其軟體的維護性。本報告呈現PISA3D新架構之物件導向分析與設計階段的成果。

鋼板剪力牆是藉由鋼板易挫屈的特性，使鋼板發生挫屈之後產生拉力場(Tension Field)，由鋼板所形成的拉力場來抵抗側力並消散外力所輸入的能量，多項實驗證明其具有良好的韌性與抗剪能力，可以有效地消散地震能量。本研究以國家地震工程研究中心已完成之鋼板剪力牆之實體構架進行有限元素分析模擬，研究之目的是希望能透過比STRIP MODEL簡化模型更精準的FEM板殼元素分析方式來研究鋼板剪力牆結構行為。 本研究分析項目為:(1)分析模型建立與模擬未束制型試體的挫屈行為與進入非線性時之反應，(2)利用模擬方式分析束制型鋼板剪力牆行為反應，(3)針對抗彎構架之樑是否要採取樑翼切削設計的效用做出評估，(4)探討鋼板剪力牆耐震行為與周圍抗彎構架(MRF)之樑容量設計，並檢核其軸力-彎矩(P-M)互制行為。 本研究結果顯示：有限元素法可以準確分析鋼板挫屈後拉力場行為，MRF之樑使用樑翼切削設計時，對耐震行為有其效果；而針對不同模型進行非線性側推之分析，發現在滿足彎矩需求下設計外圍MRF，於極限狀態下MRF承擔之基底剪力比例約為系統50%；而設計不滿足彎矩需求的弱樑，得知MRF由於不能承受拉力場的完全發展，使鋼板拉力場無法發揮至極限強度，因而降低剪力牆的耐震能力。

本文簡介本中心開發的網路實驗平台ISEE之擴充，與其應用於我國與加拿大網路合作式橋樑實驗。本實驗利用網路擬動態實驗技術，模擬一座中空鋼管混凝土橋樑系統承受不同地震力的動態反應。橋樑系統的其中三個縮尺橋柱試體分別置於本中心、國立臺灣大學、加拿大Carleton大學實驗室，而其餘結構體與整體動態反應則由修改過的OpenSees或PISA3D擬動態數值分析引擎即時地計算。本實驗利用ISEE平台，整合三地的實驗軟硬設備，並即時播放實驗畫面、橋樑動態反應與數值/實驗數據比較。本實驗一方面完成全世界最大的中空鋼管混凝土橋柱實驗，並藉由此合作實驗之事前準備工作，進一步強化與加拿大Carleton大學的合作實驗能力，驗證ISEE平台的跨國合作實驗能力。本報告僅介紹與本實驗相關的網路平台架構與軟體與性能測試，對於本實驗之中空鋼管混凝土橋柱實驗結果與數值模擬，請參考Lin 等人(2007)與Tsai等人(2006)等文章。

PISA3D(Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D System)為一非線性靜動態三維結構分析程式。此程式以C++程式語言撰寫，採物件導向之概念，搭配Design Patterns建立一個彈性的程式架構，使得此軟體具有高度的可擴充性及可維護性。本研究在此程式中擴充新的動力分析方法以及非線性結構元件，提供原有程式無法進行的分析、提升程式的運算效率，並且能與原有程式函式庫作結合，搭配組合下強化整個程式的分析功能。論文內容亦介紹物件導向開發的程式架構，討論其程式彈性及擴充性。 本研究對PISA3D功能上的擴充項目主要有下列兩點： 1.在PISA3D的非線性動力分析方法中，新增Operator Splitting(OS)分析方法。此演算法利用Predictor-Corrector的技巧，使得結構進入非線性時，不需更新結構整體勁度矩陣，在結構受震產生非線性行為時，此法可大量減少程式運算所需的時間，並且兼顧分析的準確性。 2.擴充PISA3D的結構元件庫，包括： (1)三維旋轉彈簧，可同時模擬三向結構梁柱交會區的Panel Zone效應。 (2)六個自由度的無長度接點元件，其六個自由度可定義不同材料特性，各自發生不同的非線性反應。 (3)可定義Open長度，純受壓不受拉之Gap元件。 以柔度法為基礎的Fiber BeamColumn Element。此方法以Force Interpolation Function配合在桿件及斷面階層的疊代流程，解決了勁度法以Shape Function造成Discretization Error的問題，使得分析者能用較少的纖維即可模擬出準確的非線性行為，並且能考慮不同形式的橫向載重對元件的影響，而不只是以固端力來考慮。此元件將桿件同時延軸向及斷面上細分為許多較小的元素，使用者透過不同纖維元素的性質及其位置的安排，可模擬出異於塑鉸模型所提供的勁度及強度性質，以及塑性區在軸向及斷面上的擴展現象。可精確模擬複合材料斷面(如鋼筋混凝土)構件的材料非線性行為。

鋼板剪力牆在外國已有許多學者進行研究，其應用不論是在新建結構物或者是結構物的補強方面，也漸受重視。雖然鋼板剪力牆是很有效且兼經濟性的抗側力系統，但過去對於多層樓鋼板剪力牆構架的研究，並未有過實尺寸的實驗研究，而常都是以縮尺的方式來設計試體，進行實驗探討其行為，這樣的試體，其可能發生的問題在於無法完全反映出在實際應用上所會遭遇到的困難，以此種思維為出發點，本研究以一實尺寸兩層樓的鋼板剪力牆構架進行子結構擬動態實驗，希望能從此次的實驗找出在實際應用上可能發生的問題，並將根據此次實驗的結果，提出有關剪力牆板周圍梁柱容量設計的建議。 本研究目的在於探討多層樓鋼板剪力牆的耐震行為，其中包括尋求較為適當的分析模型、周圍梁柱的行為探討以及束制構件的設計問題，其研究項目如下所列：(1)分析模型研究( TensionOnly Material之開發)，(2)梁柱設計方法(合成梁效應、容量設計建議)，(3)加勁型鋼板剪力牆束制構件之設計，(4)網路擬動態試驗技術。試驗試體採用一實尺寸兩層樓鋼板剪力牆構架，跨度8公尺，高度4公尺，所採用之鋼板厚度分別為3公釐(1F)及2公釐(2F)，所用之材質為求一般應用之普遍性，是採用SS400鋼板(材料特性與A36相近)，其餘鋼材則是採用A572材料。 研究結果顯示，使用本研究所提出之拉力場形成角度修正公式，應可得到較接近實際狀況的結果，利用PISA3D程式建立模型時，使用新開發之TensionOnly material來模擬strip model中拉力桿件的行為，能夠準確模擬未束制鋼板剪力牆的行為。利用本研究所提出之彎矩估算方法，可以準確估出梁上彎矩，供容量設計使用，至於柱彎矩之計算，在未來仍須進行近一步探討，在設計時，考慮樓板效應，以合成梁的概念來設計剪力牆周圍的梁斷面，可以得到較為經濟的設計結果，試體在2005年4月建構完成，預計在2006年2月進行試驗。

近幾年來有關挫屈束制支撐(BRB)之研究，均證實此種消能斜撐為一種十分有效的耐震消能元件。因其在受壓時並不會產生挫屈的現象，所以在反覆加載之下可以產生飽滿的遲滯迴圈行為，而能消散大量的能量。因此近幾年來在台灣、日本與美國此種斜撐皆已漸受廣泛的採用。但在過去的這些研究當中，往往是以單軸拉壓的方式進行挫屈束制支撐構件試驗，而在整體構架試驗結果方面仍顯不足。此外，由在2003年於國家地震工程研究中心所進行的實尺寸三層樓之挫屈束制支撐CFT/BRB構架試驗，可得知接合板若依習見設計方法而不採適當的加勁將有可能發生挫屈。因此為進一步研究接合板的耐震設計方法並考慮真實結構物受雙向地震作用下之受力與變形對接合板的效應，本研究進行一座實尺寸二層挫屈束制支撐構架雙向受震之擬動態子結構試驗。 本研究探討挫屈束制支撐與其接合在結構中之行為外，亦探討網路子結構擬動態實驗技術。而本研究的主要項目有：1)探討整體構架之耐震設計方法，比較試驗所得與數值分析的結果。2)檢討挫屈束制支撐於構架中之耐震行為，包括斜撐消能情形、斜撐累積塑性韌性表現、斜撐端部轉角與斜撐韌性等。3) 探討接合板之耐震行為與ABAQUS有限元素分析結果，包括接合板之設計方法、側向變形計算方法。試驗顯示斜撐之接合板在經過加勁後，歷經三組不同危害度(50年超越機率分別低於50%, 10% 與2%)之雙向地震歷時後，構架中完全無挫屈或其他的明顯破壞現象產生，驗證有限元素分析及所提設計方法的可用性，試驗結果顯示可使用有效長度係數K=1.0 於Whitmore與Thornton之方法來設計加勁後之接合板。挫屈束制支撐於構架中行為表現良好，幾乎承受全部樓層剪力之外，一樓BRB之累積塑性韌性CPD值已超過140。

預力系統結合預力鋼腱與消能元件之特性，藉由鋼腱中之初始預力而具備自行覆位的能力，並藉由消能元件之降伏產生遲滯消能行為，因此整體預力式建築結構系統具有自行復位、殘餘變位小及擁有遲滯消能的能力。近年來，預力系統在日本和美國逐漸被受重視，目前在台灣針對此類型結構的研究已有初步試驗結果及數值分析研究，並有為期三年的整合型研究專案於國家地震中心（NCREE）進行。 本文首先介紹預力結構系統的特性及其力學行為；接著敘述本研究中所進行之三座實尺寸預力接頭試驗之設計、經過與結果。實尺寸預力接頭試驗後主要結論有三：（1）預力接頭於面外之穩定性不佳，於梁接柱端會產生面外偏移，建議加上束制機制；（2）消能鋼棒之殘餘力會造成預力接頭之強度衰減，尤其會造成其解壓彎矩折減達七成左右；（3）將樓板系統於柱心處垂直梁軸向切開可使預力系統之反應機制正常運作。

二十世紀末的資訊產業革命，軟體與硬體技術一日千里的快速成長，於是乎誕生新一代互動式的「使用者圖形介面(Graphical User Interface，簡稱GUI)」，並宣告視窗化的時代全面到來，因此結構分析程式理當跟隨潮流，進行使用者圖形介面系統的整合工作。最早期的結構分析程式使用者介面多採「文字方式」作為人機溝通的基礎，不但建構模型時需要恪守指令的輸入規則，且於電腦分析計算後須自行處理龐大的輸出數據，有鑑於此商業軟體ABAQUS、ANASYS、SAP與ETABS系列提供了完善的使用者圖形介面(GUI)，因此於工程實務上的應用推廣獲得熱烈的迴響。 相較於商業機構對於結構分析軟體整合GUI的種種積極作為，學術界對於GUI開發技術的研究價值有所保留，觀望的態度讓學術用之結構分析軟體(例如DRAIN2D)在使用者介面的功能上捉襟見肘，且商業軟體不公開既有的GUI 實作技術，又GUI對於結構分析程式使用性的強化效果不容忽視，因此GUI的系統架構成為重要的研究課題。於是筆者針對具有彈性與擴充性之GUI系統之實作進行研究，並透過Pattern-Oriented的設計思維與實作方式讓該系統實現真正的物件導向，文中詳細描述Design Patterns的應用方式與施行成效，筆者並採用非線性結構分析程式PISA3D作為分析引擎，以文中所論述的設計方式實作出一支援PISA3D之GUI系統，名為GISA3D (Graphical Interface of Inelastic Structural Analysis for 3D systems)，透過GISA3D程式的實作藉以印證本研究所論述的系統架構設計之方法其可行性。

經過近幾年來對於挫屈束制支撐(BRB)之相關研究，可以證實此種消能斜撐確實為一種十分有效的耐震消能元件。因其在受壓時並不會產生挫屈的現象，所以在反覆加載之下可以產生相當飽滿的遲滯迴圈行為，同時消散大量的能量。近幾年來在台灣、日本與美國此種斜撐皆已漸漸被廣泛的使用。 但在過去的相關研究當中，挫屈束制支撐往往是以單軸拉壓的方式進行構件試驗，而在構架試驗方面略顯不足。此外，若要能夠真實反應出斜撐於結構物中不同樓層之行為，採用一樓一跨的試驗模式已不足夠，必須以三層樓之構架來進行試驗才能更確實的呈現出真實結構之行為。 因此，本研究即為一個實尺寸三層樓之挫屈束制支撐構架試驗，希望透過如此的試驗更加了解挫屈束制支撐於結構中之行為。而本研究的主要項目有：1)探討整體構架之行為，將試驗結果與分析軟體所預測之結果以誤差分析的方式作比較，且進一步改善預測分析之模型，以建立更準確之解析模型，可提供未來分析模擬之參考。2)檢討挫屈束制支撐於構架當中是各項行為表現，包括接合板之行為與分析、斜撐消能情形、斜撐累積塑性韌性表現、斜撐端部轉角、不平衡力與斜撐韌性等。3)以構件試驗的方式，研究新式脫層材料與脫層厚度對挫屈束制支撐之行為影響。希望透過本次的試驗與分析結果，提供未來相關研究與相關規範之參考依據。 試驗過程當中發現斜撐之接合板在未加勁之下會產生挫屈的現象，而在加勁過後挫屈現象便受到有效的控制，分析中發現亦可以縮短斜撐端部與所接梁柱之距離來避免接合板挫屈的發生。除此，挫屈束制支撐於構架中行為表現良好，除在構架中承受約八成之樓層剪力之外，能夠消散大部分的地震能量，且斜撐壽命十分長久，可承受多次地震而不破壞。於構架當中斜撐確實有產生端部轉角的情形，而本文以一幾何的方式可推估出此端部轉角量，可供預測轉角之用。此外，新式脫層材料研究中，發現脫層材料之厚度為影響斜撐拉壓差之主要因素，且證實瀝青材料在適當之脫層厚度比之下確實為一有效之脫層材料，可取代過去之矽膠，而大幅減低製作之成本與施工之困難度。

鋼板剪力牆在外國已有許多學者進行研究，根據過去的研究方向顯示，其鋼板牆的部分並非低降伏強度(簡稱LYS)之鋼板，目前國內尚未有任何關於鋼板剪力牆的研究進行。本研究與美國紐約水牛城大學合作，共同研究LYS 鋼板剪力牆的耐震行為，並針對未加勁型鋼板剪力牆的使用性與消能特性加以改良，進而研發加勁型鋼板剪力牆試體，使鋼板剪力牆能夠消散更多地震所輸入的能量，同時消除鋼板消能時所產生的巨響，並減少鋼板牆的面外位移。同時採特殊的接合方式將鋼板加勁，以預期該加勁方式不會造成整體強度的上升，進而增加周圍梁柱的斷面需求。 本研究目的在研發加勁型低降伏鋼板剪力牆，其研究項目如下所列：(1)未加勁型低降伏鋼板剪力牆之遲滯行為研究，(2)加勁型低降伏鋼板剪力牆之遲滯與消能行為研究，(3)加勁型低降伏鋼板剪力牆之分析模型研究。共規劃八座試體，未加勁系列與加勁系列試體各四座，各採用2.6 公釐與3 公釐厚之LYS 鋼板為牆體，其降伏應力分別為165MPa 與131MPa。未加勁型試體，兩座鋼板無開洞，一座LYS鋼板上角落開1/4 圓洞，另一座則在LYS 鋼板上之±45°仰角方向開多排圓洞；加勁型試體，一座完全不加加勁構件，另兩座試體分別在LYS 鋼板牆體之兩面以矩型鋼管束制，第四座則以鋼筋混凝土板束制LYS 鋼板牆。 試驗結果顯示，管線通過鋼板剪力牆時，牆體鋼板角落開孔加勁確為一可行之方法；鋼板上分佈適當的圓形開孔，可以降低極限強度，減少周圍梁柱之設計需求；加勁之鋼板剪力牆，LYS 鋼板挫屈所產生之聲響減小，且平面外側向塑性變形也隨之減少。鋼板剪力牆之分析模型採用Strip Model，可以準確模擬出試驗所得之遲滯迴圈。

預力式建築結構系統具有自我復位能力及殘餘變位很小之特性，在台灣尚未對此類型之結構系統進行模型分析與研究，因此本研究即針對預力式建築結構系統進行反應譜參數分析，藉由參數分析以認識各參數對預力構件行為的影響，期望能作為相關設計參考之用。 分析結果顯示預力構件中之預力鋼鍵及消能裝置之特性將明顯地影響預力構件之整體遲滯消能。另外，利用PISA3D 非線性結構分析軟體可對預力構件之遲滯行為準確模擬。

雖然NEHRP 2000 規範( FEMA 368、FEMA 369 )已公佈發行，但對於減震結構設計之基本需求仍需參照NEHRP 1997 規範( FEMA 273、FEMA 274 )。目前業界實務設計經驗顯示，FEMA 273規範所建議之等效阻尼比估算公式有高估中樓層及高樓層數黏性阻尼減震結構等效阻尼比之現象。而建築所用之黏性阻尼器亦多使用於高樓結構，此不保守之建議將嚴重影響阻尼系統之設計及其減震效果。本研究依實際案例分析線性等效阻尼比不足之原因，從新考量其基本假設加以修正之。再依修正線性阻尼器之精神進而修正非線性阻尼器之等效阻尼比。由於目前常見的阻尼器 加裝方式為對角斜撐方式與K 型斜撐方式，故本研究僅依照此二種形式修正其個別的等效阻尼比。 本研究以一單跨二維二十層鋼結構構架作為分析構架。含對角斜撐形式的設計阻尼比為20%，含K 型斜撐形式的設計阻尼比為15%，分別以NEHRP 1997 規範與本研究修正之公式設計阻尼常數，並進行數個地震歷時分析。在線性阻尼器方面，無論是哪種裝配形式，修正之阻尼常數之最大位移與最大加速度結果皆較NEHRP 1997 規範的完全符合線性設計結果。在非線性阻尼器方面，無論是哪種裝配形式，大多數結果，本研究之結果在最大位移及最大加速度上皆較NEHRP 1997 規範之結果合理且適當的保守。

本研究為台灣、美國與日本共同合作之計畫，於國家地震工程研究中心進行三層樓、三跨度之實尺寸RCS 複合構造系統之構架擬動態試驗，此三層樓三跨度之RCS 構造乃鋼筋混凝土柱（RC）與含樓版鋼梁（S）之複合構造，總長度21 公尺，高度12 公尺，為同類型試驗構架中最具規模者，試驗構架之設計乃假定其位在強震區，以期探討RCS 構架系統用於強震區多層建築結構之耐震性能。 美國與台灣的研究人員先分別以OpenSEES 和PISA2D 模擬，由集集地 震與Loma Prieta 地震中挑選出最適合之地震紀錄及地震質量，並將地震強度調整至50 年超越機率分別為50%、10%以及2%之地震危害程度，逐次施加於試體構架。 報告說明由量測儀器計算桿件內力與變形之推導公式，由此公式可求得內力與變形之關係。試驗之初步結果顯示，經過適當設計之RCS 複合構架系統，其優良的強度與韌性表現，可適用於強震區。 最後本研究以非線性結構分析軟體PISA3D 建立三層樓RCS 構架之分析模型，配合在此實尺寸構架實驗前進行之子結構實驗模擬參數，採用Parra-Montesinos 之RCS 梁柱交會區剪力行為模型，以適當的梁柱有限元素與降伏規則進行RCS 構架之試體非線性反應模擬。分析結果顯示，試體構架之受震反應可使用PISA3D 建立之模型來合理模擬。

本試驗將HADAS 鋼板消能器安裝於一足尺三層樓鋼構架上，進行振動台動力構架試驗，以測試HADAS 鋼板消能器應用在構架上對受地震造成的結構反應折減效果。並另進行HADAS 鋼板消能器的構件靜態反覆載重試驗，以測試HADAS 鋼板消能器的力學行為，以提供結構設計時之依據。 規劃對長向加裝HADAS 鋼板消能器構架與雙向加裝HADAS 鋼板消能器構架均施予單向地震、雙向地震與三向地震三種地震輸入型式。最大地表加速度達0.5g。並規劃十一組構件試驗試體，以了解HADAS 鋼板消能器尺寸、材料性質與方向性對其力學性質的影響。 由振動台試驗結果可知HADAS 鋼板消能器能發揮遲滯消能的作用，有效降低構架受震反應。雙向加裝HADAS 鋼板消能器之構架與不含消能器的抗彎矩構架，在地表加速度0.5g 作用下相比較，其柱剪力折減率可達90％以上，樓層位移折減率可達92％以上。由構件反覆載重試驗的遲滯迴圈圖，可知若能避免HADAS 鋼板消能器於淨寬最小處產生過大的應變而造成斷裂情形時，HADAS鋼板消能器具有穩定且飽滿的遲滯迴圈，最大變位角γ可達到0.25弳度以上；由疲勞測試可知，採反覆變位角γ為0.17弳度時，加載次數可達53 圈，故HADAS 鋼板消能器具有優良的韌性消能特性。

本試驗將TADAS 鋼板消能器安裝於一足尺三層樓鋼構架上，進行振動台動力構架試驗，以測試TADAS 鋼板消能器應用在構架上對受地震造成的結構反應折減效果。 本研究對雙向加裝TADAS 鋼板消能器構架施予單向地震、雙向地震與三向地震三種地震輸入型式。最大地表加速度達0.5g。 由振動台試驗結果可知TADAS 鋼板消能器能發揮遲滯消能的作用，有效降低構架受震反應。加裝TADAS 鋼板消能器之構架與不含消能器的抗彎矩構架之動態反應，在地表加速度0.5g 作用下相比較，其柱剪力折減率最大可達91％以上，樓層位移折減率最大可達93％以上。由TADAS 鋼板消能器的遲滯迴圈圖，可知TADAS 鋼板消能器具有穩定且飽滿的遲滯迴圈，韌性比可高達6，顯示TADAS 鋼板消能器具有優良的韌性消能特性。

A full-scale 3-story, 3-bay RCS composite frame measuring 12-meter high and 21-meter long was constructed and tested in National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) of Taiwan on 11-16 October 2002 using networked pseudo-dynamic testing techniques. An identically sized composite frame, constructed with CFT columns and buckling restrained braces (BRBs), is scheduled to be tested on 3-7 October 2003. Many researchers from Taiwan, US and Japan have participated in the design, analysis, and testing of these two composite frames. This cooperative research program has provided excellent opportunities for national and international researchers and engineers to share valuable research experience, tools and experimental facilities. It is through this kind of collaboration between university professors, graduate students, and professionals that advancement of knowledge and closer ties among these participants can be facilitated. This proceeding contains the papers to be published during the International Workshop on Steel and Concrete Composite Constructions held at NCREE, 8-9 October 2003. The technical program of the workshop consists of two days of presentations with four keynote lectures, and 30 invited papers covering a wide range of topics on mechanical behavior, design, analysis and construction of composite structures and buckling restrained braces. This proceeding serves as a permanent record of the very successful on-going scientific collaborations among Taiwan, US and Japan in the areas of steel and concrete composite construction. The objectives of the workshop include not only exchanging the latest findings, but also promoting opportunities for new and continuing collaboration. The organizers of the workshop would like to thank all participants from US, Japan, Canada, China and Taiwan for their dedicated effort and support. The financial contributions and supports from National Science Council of Taiwan and NCREE are gratefully acknowledged.

在結構工程與地震工程領域，結構實驗占有相當重要的角色。面對日新月異的工程材料、結構元件、控制方法，與隔減震技術等，進行結構實驗是幫助研究人員瞭解最新工程技術與知識，最直接且有效的方法。目前國內已有數個較具規模的結構實驗室。除了本中心之外，國內許多大學亦設有相當規模的結構實驗室，可供各種不同的結構實驗研究。另一方面，隨著資訊與網際網路技術的進步，國內各個結構實驗室之間將不僅僅是獨立運作的實驗室，而是一種透過網路連結而成的整合性結構實驗室，進而達到各個實驗室設備與資料的整合、共享與有效管理。目前美日韓等國家，已開始著手進行結構實驗室網路化的研究工作，以提供進行跨實驗室進行合作式實驗的功能。 長期而言，本研究的目的是建立一個軟體平台，可以將國內數個結構實驗室，透過網路連結而成一個整合性結構實驗室，以達到實驗室設備、分析計算核心與實驗數據資料庫的整合、共享與有效管理的目標。這包括結構實驗視訊的網路共享、實驗數據的資料庫標準化、網路化實驗硬體設備透過網路操作，以及實驗所需分析計算核心透過網路與其它實驗進行整合。這個平台將有助於各個實驗室進行合作性質的，更大型的或是更多元化的結構實驗。 本年度之研究初步建立一個軟體平台，名為ISEE (Internet-based Simulations for Earthquake Engineering)，將本中心與國立台灣大學，兩個結構實驗室，透過網路可進行合作式的結構實驗。本研究發展出兩種不同的方法進行合作式的網路實驗， 一個名為Database Approach ， 另一個名為Application Protocol Approach。這兩個方法各自使用不同的資料處理和網路技術，達到合作式結構實驗所需的功能。 本研究成果呈現了ISEE 平台的雛型，以供合作式結構實驗的需求。本研究並以實際的跨實驗室的網路結構實驗，測試並驗證網路結構實驗的時間效率和可行性，其中並包括部份元件位於美國史丹佛大學與加州大學聖地牙哥分校的測試。研究結果顯示，這些實驗結果在正確性上無誤，在效率上也尚在合理而可以接受的範圍。未來的研究工作將進一步進行ISEE 整理功能的改良，並積極推廣至國內各大實驗室，或與國際其它相關的系統進行合作。

國家地震工程研究中心與國立台灣大學所共同開發的網路合作擬動態試驗平台（ISEE, Internet-based Simulations for Earthquake Engineering）目前已經成功應用於含挫屈束制消能斜撐構架的子結構網路擬動態試驗以及實尺寸三層樓三跨鋼梁接鋼筋混凝土柱複合構架實驗上;中空雙鋼管混凝土橋柱（DSCFT, double-skinned concrete filled steel tube）已被證實能夠有效的提供撓曲勁度與強度，其埋入型基礎接合的埋入抗彎強度可分成三種抵抗機制所造成強度直接疊加的總和，包括：螺栓接合機制、混凝土承壓機制以及底板承挑與錨錠頭型加強鋼筋懸挑機制；本研究更進一步將ISEE 平台運用於兩個實驗室的網路合作試驗上。本研究考慮一縮尺橋梁系統，使用中空雙鋼管混凝土柱為橋柱，輸入集集地震兩向地震歷時，利用ISEE 平台，連結國立台灣大學志鴻館大型結構試驗室與國家地震工程研究中心之結構實驗室，進行子結構雙向網路擬動態試驗。 研究發現，使用ISEE 平台能成功利用區域網路連結兩地實驗室之油壓伺服致動器控制設備，資料中心以及分析引擎，完成此網路擬動態試驗，達到實驗室設備以及人力資源共享的目的，證實了ISEE 平台的實用性。另一方面，本研究計算擬動態實驗所花費的總時間，並分別對網路傳輸時間、千斤頂控制時間以及結構分析程式計算所花費的時間做計算，結果發現使用ISEE 平台做網路擬動態試驗的總時間與傳統擬動態實驗相比，仍在合理的範圍內。 擬動態試體反應以PISA3D 三參數衰減之梁柱元素模擬中空雙鋼管混凝土橋柱，於橋梁東西及南北兩向分別輸入地震歷時，進行Newmark 動力分析，分析結果顯示試體反應可準確預測。最後並於PISA3D 架構內開發纖維梁柱元素，提供使用者模擬鋼與混凝土複合構件。在此纖維梁柱元素的構架內，提供Steel01與Concrete01 兩種材料來模擬鋼與混凝土材料，程式處理靜力與動力反應時，將整體座標上梁柱的位移反應增量，依序轉換到局部座標梁柱的變形增量，局部座標梁柱的力量增量，斷面的力量增量，斷面的變形增量，纖維的變形增量，之後對應此時的應力與應變關係曲線，即可求得梁柱的反力，進一步可完成此步的反應處理。目前纖維梁柱元素可利用於I 型梁靜力分析上，可得到蠻好的結果。 最後提出網路擬動態實驗詮釋資料，作為日後資料庫內實驗資料分類與檢索的工具。

本研究的目的在於探討受軸力、彎矩作用下，鋼管混凝土（concrete- filled steel tube，以下簡稱CFT）構件之強度、勁度與韌性行為；重點之一在於驗證「箍筋式加勁」（tie-bar stiffening）此時對於方形斷面CFT 構件的加勁成效，並深入探討變化軸力大小、加勁箍筋軸向間距等，對於試體圍束作用、局部挫屈、破壞模式等之影響。 研究中分別對圓形斷面、方形未加勁斷面、以及方形斷面加勁箍筋軸向間距B/3、方形斷面加勁箍筋軸向間距B/5 等四系列，總計29 支之CFT 試體，進行「純軸壓載重」、「偏心軸壓載重」與「固定軸力、四點彎矩」等試驗。鋼管之寬厚比取為70 / = t B ，此時圓形斷面試體可滿足所有規範，而方形斷面試體則幾乎違反所有規範之要求。 本研究獲致以下主要結論：（1）圓形斷面者擁有較佳的抗壓、抗彎強度與韌性；（2）不論圓形或方形CFT 構件，其抗彎韌性均隨所施加固定軸力之增加而遞減，且方形未加勁者遞減之程度更為嚴重。但若輔以適當之「箍筋式加勁」，則其在高軸力下的抗彎強度、韌性可獲致明顯改善，許多情況下甚至可與圓形者相當；（3）「箍筋式加勁」可延後、甚至避免鋼管局部挫屈的發生，以及避免鋼管壁整個地向外鼓出（與方形未加勁者相較），使得鋼管對混凝土的圍束效應得以提升，並可提升CFT 構件之抗壓、抗彎強度，同時對於到達最大強度後的構件韌性，其增益更是可觀；（4）方形CFT 構件的力學性能，可因良善的「箍筋式加勁」而得到相當之改善，因之各規範對其不利的寬厚比上限規定似可酌予放寬。如此，應能擴大方形CFT構件鋼管的適用範圍，經由節省鋼料、降低成本等效益而達到推廣之目的。

本研究針對國內老舊橋柱可能發生的主筋搭接及剪力破壞兩問題進行縮尺寸試驗以探討其受震行為，並採用國外所發展的橢圓形鋼板包覆補強方案進行補強，探討橢圓形鋼板包覆補強方案應用於補強國內橋柱之補強效果，本研究亦研發更經濟且能減少包覆補強斷面積之「八角形包覆方案」及其補強設計理論，經由縮尺寸試驗探討其補強效果與補強後橋柱耐震行為，最後經由實尺寸橋柱補強試驗，排除尺寸效應以考驗應用於真實橋柱的補強效果。研究結果顯示，塑鉸區主筋搭接或剪力強度不足的老舊橋柱，在未達設計強度前均已產生無韌性的搭接或剪力破壞，而橢圓形鋼板包覆與八角形鋼板包覆均能有效的提供側向圍束力與增加剪力強度，而避免主筋搭接或剪力破壞的發生，並使橋柱強度與韌性能力獲得有效的改善，且由實尺寸矩形鋼筋混凝土橋柱補強試驗已証實八角形鋼板包覆可成功的補強塑鉸區主筋搭接之實際橋柱。

1999 年集集大地震造成許多鋼筋混凝土建築結構嚴重傾倒破壞，其中一個重要原因為承載上部結構重量之底層結構柱發生破壞，因而致使整棟建築結構發生傾倒，本研究針對此種底層柱破壞模式，根據鋼筋混凝土柱構件實際施工細節來進行縮尺柱構件之試驗研究，探討其發生原因，並尋求經濟有效的補強方案以補強許多依相同施工細節建造之現存建築結構。 國內鋼筋混凝土建築之箍筋施作常採用九十度彎?，並不符合耐震設計規範之要求，於受力後易發生鬆脫而無法提供圍束力，主筋因失去側向圍束力而挫屈、柱內混凝土潰散，柱因此喪失承載強度。本研究針對國內建築使用最多但補強較困難的矩形斷面進行研究，採用於柱外包覆補強材料方式來增加側向圍束力，提升柱之強度與韌性能力。採用的包覆補強材料包括鋼板與碳纖維複合材料，包覆補強形狀包括常用的矩形、圓形及本研究所提出的八角形包覆補強斷面。 本研究共有十二組試體，由試驗結果顯示，未補強之標準試體其強度可達設計強度，但強度達最大值後，破壞迅速發生，強度亦快速衰減，與集集地震所見之破壞案例相類似。 所有補強試體於強度與韌性上均有提升，就補強形狀上，採用圓形補強斷面對強度提升最為顯著，八角形補強斷面亦能有效提升強度，矩形斷面因會產生面外拱出現象，即使採用較厚之鋼板仍無法避免，因此強度提升較有限。就補強材料上，採用鋼板補強之試體均有非常良好之韌性表現，於試驗停止時尚無明顯之破壞發生，而採用碳纖維複合材料補強試體其破壞發生為無韌性的脆性破壞，韌性表現較不理想。 採用八角形斷面補強之試體，不論採用鋼板或碳纖維材料，其表現均非常良好，証明此種補強方案確實為經濟且可行的補強方式。

本試驗研究探討中空雙鋼管填充混凝土柱構件在承受軸力、彎矩或軸力與彎矩聯合作用下之行為反應。本研究共製作18 支試體，規劃以鋼管直徑厚度比、空心比作為雙鋼管充填混凝土中空橋柱試體之試驗參數，並且製作實心斷面之鋼管混凝土柱試體以相互比較。試驗可分為變偏心軸向載重試驗、固定軸力、四點彎矩試驗與固定軸力、反覆四點彎矩試驗。 試驗結果顯示，外鋼管徑厚比150、內鋼管徑厚比90 之雙鋼管填充混凝土柱試體於承受軸向載重低於25%標稱強度下，試體仍具有良好的強度及韌性行性能，由於一般橋柱所受軸向應力多低於25%，因此大徑厚比之中空雙鋼管填充混凝土柱適合應用於大部份的橋柱工程，值得更進一步研究與推廣應用。

本研究計劃乃屬於一整合型複合構造行為研究計劃之子計劃，研究內容旨在探討鋼筋混凝土柱接鋼梁之梁柱接頭子結構在模擬地震力作用下之非線性行為與力量傳遞機制，藉由子結構反覆載重實驗所得之試驗資料與行為結果，應用於中、美兩國在2002 年於國家地震工程研究中心所執行鋼筋混凝土柱接鋼梁實尺寸三層樓平面構架耐震試驗。本研究共規劃設計三組試體，根據文獻建議採用之接合細節有加勁鐵筐、橫向鋼梁等，並搭配不同型式之交會區剪力箍筋。試驗結果顯示試體首先於交會區混凝土產生剪力裂縫，繼而鋼梁翼板與腹板降伏而於梁端部形成塑性鉸，而後鋼梁翼板與腹板產生局部挫屈造成強度衰減，最後導致鋼梁翼板撕裂造成最終破壞。梁柱接頭設置不同型式之箍筋，實驗結果顯示三組試體之交會區變形僅有些許非線性行為，故於交會區所設置之不同箍筋型式，皆提供交會區良好之圍束及剪力強度。梁柱接頭正交橫梁設置之有無，對交會區剪力裂縫型式有差異，惟與連續鋼梁結合對整體行為並無影響；遲滯迴圈顯示試體擁有相當的強度與韌性消能能力，耐震性能良好，更可知約90％之變形乃集中於鋼梁，交會區剪力變形有極微非線性之行為，柱則保持在彈性範圍內；消能機制主要由鋼梁非線性行為所提供，符合耐震設計強柱弱梁之設計理念。

本研究主要在探討中低樓層建築之樓版對鋼梁與混凝土柱(RCS)梁柱接頭之耐震行為影響，以作為中、美合作計畫之先期研究。此中、美合作計畫將於2002 年在國家地震工程研究中心進行實尺寸三層樓三跨度RCS 平面構架試驗。本研究針對此三層樓構造，進行子結構反覆循環載重試驗及近斷層位移反覆載重試驗，試驗項目包括一樓梁柱接頭交會區箍筋細節設計與樓版對交會區的影響進行研究，於文獻中選擇梁穿透式RCS 接頭型式引進國內，製作與整體構架相同斷面之次結構試體3 座(含樓版之十字型內柱)，以實驗驗證其耐震行為，深入探討樓版、接頭細節對接頭耐震行為影響。 試驗結果顯示，樓版對鋼梁提供橫向束制，穩定梁上翼版且延遲其挫屈發生時間，同時也有效預防梁上翼版發生扭轉挫屈。因此，在正彎矩作用下，梁柱結構之抗彎起始勁度與極限強度皆比承受負彎矩作用時高各約67%及27%。由於試驗構架為二維，試驗結果顯示模擬三維接頭試體（含橫梁）與二維試體（未含橫梁）並無明顯差異，試體之主要破壞位置發生於梁塑鉸區，鋼梁翼版與腹版相繼有挫屈之現象，最後鋼梁翼版斷裂破壞。由試體變形分離之結果發現絕大部分結構變形集中於梁上，柱撓曲變形與鋼梁對柱混凝土所產生之承壓變形所造成梁端之轉角皆很小，且維持在彈性範圍內，交會區剪力所造成梁端之轉角稍大，呈現些許非線性行為。觀察試體之遲滯迴圈消能能力，含樓版之試體消能能力比不含樓版之試體稍大，兩者之消能趨勢類似。

從過去的兩年中，進行的11 組40%縮尺試體試驗顯示，八角形鋼板補強對矩形RC 橋柱，無論是塑鉸區圍束鋼筋不足、塑鉸區不適當的搭接及剪力強度不足橋柱皆可增加其耐震能力，為了更進一步證實八角形鋼板包覆補強對實尺寸矩形RC 橋柱的效用，我們進行了一項包括分析及試驗的研究計畫，其中分析採用兩種方法進行，並比較分析和先前試驗所得到側力和位移關係。第一種以鋼筋拉伸的應力應變關係配合等效箍筋方法建構的Mander 圍束混凝土模型，而後利用平面保持平面方法求取彎矩曲率關係，再以彎矩面積法計算側力和位移的關係。第二種以鋼筋的低反覆疲勞破壞和軟化分枝模型，配合Lin and Li 圍束混凝土模型，亦利用平面維持平面的方法求得彎矩曲率關係，以求得柱頂側力和位移關係，分析中以橢圓形與八角形鋼板補強矩形橋柱實驗結果驗證兩種分析方法的正確性，分析結果顯示塑鉸區圍束鋼筋不足試體的分析較為準確，對於塑鉸區搭接及剪力不足補強試體，則偏於保守。另外配合八角形鋼板補強試驗及分析結果，本研究提出八角形鋼板補強設計流程。本研究更針對補強困難度較高的塑鉸區100%主筋搭接實尺寸矩形RC 橋柱試體，搭接長度為40 倍主筋長度，採八角形鋼板補強後進行試驗，因混凝土強度過低，導致補強並未達到預期的效果，試驗結果顯示搭接破壞。部分修復後再進行第二次試驗，再試驗結果顯示八角形鋼板補強能達預期的效果。由過去與此次試驗經驗顯示，欲進行塑鉸區搭接橋柱之鋼板補強時，橋柱混凝土必須達到適當的強度才能採直接補強。

國家地震工程研究中心已與美日兩國合作，定於民國九十一年共同進行實尺寸鋼筋混凝土柱接鋼梁（簡稱RCS）構架之耐震試驗研究，此構架乃為含樓板之三層樓三跨度鋼筋混凝土柱與鋼梁複合構造。本研究針對此三層樓構造，進行子結構反覆循環載重試驗，以作為中美日合作計畫之先期研究。試驗項目包括一樓實尺寸RC 柱與基礎接合續接位置行為研究（簡稱FF 系列）、一樓0.52 比例縮尺寸RC 柱在不同軸力效應下之行為研究（簡稱FR 系列）以及頂層樓實尺寸梁柱接頭錨定行為研究（簡稱R 系列）。 試驗結果顯示，FF 系列試體在基礎面上1m 處續接之試體行為反應較好；FR 系列試體軸力較大者其極限強度也較大，受高軸力試體的破壞模式為柱底之壓力破壞，有別於一般低軸力下之撓曲破壞；R 系列試體柱主筋焊接於錨定鋼板之鋼筋應可發展出理想之握裹強度，試驗証實不須為了發展延伸長度而使頂層柱作額外之突出段。此外，本研究採用斷面分析法分析FF 系列與FR 系列之行為，其中鋼筋應力應變關係考慮低反覆疲勞破壞和軟化分枝模型，混凝土應力應變關係採用Mander 圍束混凝土應力應變曲線，利用平面保持平面求得彎矩曲率關係，再以彎矩面積法求取柱頂側力和位移關係。R 系列試體採用本研究推導之變形模型分離柱頂總位移之各項變形分量，包括柱變形、鋼梁變形、交會區承壓變形與交會區剪力變形，分析結果顯示柱頂總位移之主要分量皆來自於鋼梁變形。最後本研究以非線性分析軟體PISA2D建立三層樓RCS 構架之分析模型，配合本試驗研究之模擬結果，以適當的有限元素與降伏規則進行RCS 構架之側推分析、反覆循環載重行為分析以及動力分析，以為將來三層樓RCS 構架之試驗做完善準備。

This paper presents the latest development of real time pseudodynamic testing (RTPSD) technique in the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) at Taipei, Taiwan. Various pilot tests are conducted to verify the performance of the real time control, as well as to improve the control accuracy before the RTPSD tests are carried out. The pilot test results indicate that the real time control can be achieved, however, the control accuracy is heavily influenced by the servo control parameters adopted. Various techniques to improve the control accuracy are investigated. Test results show that with a measure-and-correct algorithm applied on the restoring force and viscous damping force, the accuracy of the actuator control is significantly improved even if a set of relatively poor servo control parameter set is adopted. Series of RTPSD tests and shaking table tests are performed for an SDOF base isolated system consisting of laminated rubber bearing (RB) and viscous dampers (VD). Very good correlation between the test results confirms that the proposed RTPSD technique offers an effective tool for experimental study on dynamic responses of velocity-dependent structural components or systems under real earthquake excitations. This paper concludes with some possible directions for future research.

本研究係以實驗方式探討加勁與未加勁鋼管填充混凝土柱在同時承受軸力與彎矩作用下，其強度、勁度及韌性之行為。本研究共製作21支試體，規劃以加勁箍筋間距作為試驗參數，並製作未加勁之方形及圓形斷面與之比較。試驗可分為變偏心單軸加力試驗與固定軸力、四點彎矩試驗。 實驗結果顯示在軸壓強度方面，八角形加勁方式可明顯提升方形鋼管對核心混凝土的圍束作用，延緩鋼皮挫屈的發生，因而對極限軸壓強度及韌性方面有顯著的提升。至於在不同軸力下之受彎矩表現方面，八角形加勁方式對極限彎矩強度及韌性上均有良好增益，並隨著加勁箍筋間距越密效果越顯著。試驗結果與各規範比較顯示，各規範之極限彎矩強度值均趨於保守。此外，本試驗之固定軸力、四點彎矩試驗架，能施加固定彎矩於整支試體的特性，可提供其他類似實驗應用。

三角形的鋼板消能器是一種可增加結構物遲滯阻尼及勁度的消能裝置（簡稱TADAS），在以往的實驗中發現以低碳鋼A36及低降伏強度鋼LYP-235和LYP-100所組裝的鋼板消能器，在反覆荷載的試驗中均有±0.25弧度以上塑性變形能力。另外由經過熱處理過的鋼材拉伸試片試驗中顯示，鋼材LYP-235的降伏強度約為207 MPa，同時在降伏發生後具有相當大的降伏平台；而鋼材LYP-100的降伏強度約為76 MPa，在降伏過後即有很顯著的應變固化效應此兩種材質在斷裂之前均顯示出極佳的韌性。 本研究之主要目的是：1)進一步地以實驗方式來探討以鋼材LY P-235、LYP-100及A36所組裝的鋼板消能器之力學行為，2)發展以兩面理論（降伏面及邊界面）為基礎下的塑性模型，3)將所發展出的塑性模型增添至非線性分析程式中以解析及與實驗比較的方式來探討低降伏強度鋼在結構系統中之耐震行為。 由實驗結果顯示LYP-100的鋼板消能器具有很明顯的應變固化效應，而將鋼板斷面切成一根根的纖維並利用鋼材拉伸試片試驗結果配合兩面理論所發展出的纖維模型能有效地預測其反應。而對應變固化不顯著之材質(A36及LYP-235）所組裝的鋼板消能器而言，利用本模式也可準確地預測其反應。本研究進一步地以解析及兩層樓子結構擬動態試驗的雙重方式去探討低降伏強度鋼在耐震結構系統中的功效。

為了使結構耐震設計更趨經濟效益，建築結構必須有效的吸收並消釋大量之地震輸入能。近年來，台灣大學結構實驗室致力於焊接三角形鋼板消能器（亦稱三角形加勁阻尼裝置， Triangular-Plate Added Damping and Stiffness Device或 TADAS）的相關實驗，由結果知此裝置具有良好的韌性能力並且在全尺寸的擬動態二層鋼構架之受震實驗中，確認裝置能藉增加結構勁度和遲滯阻尼有效的降低結構反應。本文中將建立相關的設計步驟，以裝置和構架間之勁度比和強度比為主要設計依據，使消能裝置能有效應用於結構耐震上。 本文重點在於以能量觀點來建立含TADAS構架的設計方法。並以三線性受力變形模式模擬含三角形加勁阻尼裝置構架之受力變形行為。針對在強震作用下結構的加速度，位移，輸入能和各種能量分配比例建立單自由度結構之非線性反應譜。且嘗試以遲滯消能裝置平均每圈所消釋之遲滯能求取等效阻尼比，該值約在2％~5％之間。再由以上參數研究的結果依結構週期和結構為新建或待補強的不同而提出適當的設計強度比和勁度比：在新建結構上以SR＝2~4，Ω值大於2為佳；而待補強結構則 SR＝3~4，Ω=1.2~2為佳，但需避免對原有結構造成破壞。以下並按新建結構和待補強結構以強度需求為原則分別提出含遲滯消能裝置構架的設計程序。 本文並以一棟含三角形加勁阻尼裝置的六層樓平面鋼構架作為設計實例。 在六組強震（PGA＝0.4g）作用下分別討論各樓層的層剪力，層間位移與各樓層裝置遲滯能的比例。；由於在消能裝置的保護下，構架之梁、柱構材均保持彈性且層間側移角亦小於0.8％。即使在烈震（PGA＝0.6g）作用下亦能使構架側移角不超過1.5％。此外實際構架反應也與單自由度非線性反應譜比較，而由等效阻尼反應譜中求取之阻尼比準確地預測了該結構之非彈性位移反應。從以上的研究可知三角形加勁阻尼裝置不但能降低結構成本增加結構勁度與阻尼，並能以簡便的設計方式應用於耐震結構上。