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减隔震效力大挑战 2022抗震杯━地震工程模型制作竞赛赢家出炉
 

【CTIMES / SMARTAUTO ABC_1 报导】    2022年09月19日 星期一

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自921大地震以後20年多来,虽然地震工程技术不断创新,但以现今的科技水准,仍无法有效预测地震,因此平时防震准备及地震防灾教育更显重要。国研院国家地震工程研究中心除了协助防减震科技相关研究,并且积极落实防灾教育扎根,藉由办理抗震杯竞赛,建立年轻学子对地震防灾的正确观念,希??吸引更多年轻人投入防减震相关研究行列,共创耐震家园。

图为「2022抗震杯━地震工程模型制作竞赛」中模型测试
图为「2022抗震杯━地震工程模型制作竞赛」中模型测试

「2022抗震杯━地震工程模型制作竞赛」於9/17进行模型测试,竞赛结果出炉,高中职组第一名由私立扬子高级中学夺得,大专组第一名由国立台湾大学获奖,研究生组第一名为国立中央大学、「隔减震创新奖」由国立成功大学赢得奖项。

抗震杯自2001年起每年举办,迄今已历经19届竞赛,共计叁赛学生总数超过8,000人,曾叁赛过的包含英、美、日、韩、新加坡、纽澳、印度等许多国家地区。然而受COVID-19疫情影响,2020、2021年抗震杯停办两届,2022年因疫情稍有趋缓而重新举办,但考量国外人士入境仍有防疫管制等因素,因此今年活动仅限国内学校叁赛,举办方式与规则亦配合防疫规定适度调整。本届高中职、大专、研究生组合计共45支队伍225人叁赛。

这场活动在9/16以模型制作揭开序幕,各叁赛队伍必须在5.5个小时内,以远距视讯方式,在摄影镜头下完成模型制作,随即录制影片介绍模型设计特色与理念,以及防震、隔震与减震消能的方法,提供主办单位进行评比。9/17叁赛队伍依组别分流,将模型交由裁判审查并决定模型载重後,随即开始进行模型测试。高中职组、大专组依照楼层面积大小,在模型上加载至少7.5公斤的铁块,研究生组则一律於每层楼加上10公斤、总计40公斤的铁块。

由性价比(CP值)决定奖落谁家

高中职组、大专组模型挑战的课题是以细长木条、热熔胶、橡皮筋、细棉绳等材料,制作具有单一载重平台的塔型结构物(如景观高塔、水塔、桥墩等),以各种不同震度的地震进行测试,震幅由小逐渐加大,直到竞赛规定的最大地震强度或所有模型都崩塌为止。而研究生组则开放叁赛学员自由设计各种隔减震装置,让模型刚好在竞赛规定之地震力(1050 gal)下倒塌,才能获得最高分。中兴工程顾问社赞助研究生组的「隔减震创新奖」,从叁赛队伍中由裁判团评选3至6队入围队伍,於其模型上安装感测器,实际量测模型顶楼的加速度,以了解其隔减震效果,效果最好的队伍可获得10万元奖金。

在模型安置於振动台测试前,均事先记录每一个叁赛模型的质量(质量越重表示采用越多材料,分数越低),模型测试中则会记录造成该模型破坏时的地震强度,用这些数值来计算每一个模型的性价比。经由振动台测试後,每组评选出前三名性价比最高的模型,颁发奖金及奖杯。

比赛结果高中职组第一至三名分别由私立扬子高级中学、中华商业海事职业学校、国立永靖高级工业职业学校获得,大专组第一至三名分别由国立台湾大学、中原大学、中国科技大学获得,研究生组第一至三名分别由国立中央大学、国立阳明交通大学、国立成功大学获得。研究生组奖金最高的「隔减震创新奖」则由国立成功大学获得。

大专组首奖由国立台湾大学获得,面对今年大专组主要挑战不规则的课题,该队伍在竞赛前就先以电脑分析,将模型采用「以柔克刚」的设计,着重柱子的材料选择及楼板分层最隹化,并充分考量结构的劲度中心与配重块的重心,在设计上让这两者尽量靠近,成功抵抗地震造成结构物扭转的问题,在大专组竞赛中脱颖而出。

研究生组由国立中央大学夺冠,其模型采用滑轨隔震并加上主动控制形成的主动隔震系统,当地震发生时,装设在地表的加速度规会量测到地表的震动讯号,讯号回??到内部电脑後,再经由团队设计隔震控制律计算所需的控制力,藉由马达施加此控制力,以求精准控制隔震层的位移,使地表扰动几??不会影响到上部结构,从而达到主动隔震的目的。此组於竞赛中采用先进结构主动控制技术,并结合土木结构、机电控制、讯号量测等技术,跨域整合展现良好的性能。

此外,由国立成功大学赢得研究生组的隔减震创新奖,其概念发想来自於实务上常见的隔震与调谐质量阻尼器,将其整合於单一模型中,透过调谐质量阻尼器提升结构物安全,更精准地於竞赛内所设定的地表加速度振幅内发挥隔震效益。此外,上部结构选择为传统的平面对称及立面规则的设计方式,也能大幅减缓结构於地震中可能发生的扭转行为,综合其隔震系统与上部结构的优点,夺下本奖项实至名归。

随着近日地震频传,抗震工程及减隔震技术成效愈发受到瞩目,从这次竞赛的各组别成果中发现,透过实务观察从中找到发想设计概念的创新,具有其可行性和必要性,另外加上软硬体搭配的效益,以及跨域整合技术能力的掌控程度,已成为驱动实现创新减隔震研究的重要关键。

關鍵字: 抗震杯  地震工程模型  抗震工程  Dressing udstyr  地震中心 
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