技術名稱 多功能地工隔震防減災技術
計畫單位 國立中央大學
計畫主持人 洪汶宜
技術簡介
歷史上有許多大地震造成嚴重的災害,1999年台灣集集地震造成11,400人受傷,超過2,400人喪生,85,600棟房屋完全損毀或嚴重破壞;2005年巴基斯坦克什米爾地震中有80,000人死亡或失蹤,350萬人失去住所;2010年海地地震罹難人數超過316,000人;2015年尼泊爾加德滿都大地震中受災人數達200萬人,60萬棟房屋被毀,並在之後花費20億美元重建城市。根據地震學研究機構聯合會統計,規模7之地震發生頻率為每年18次,相當於每個月至少發生一次以上,恐造成難以估計的損失。

為降低地震對結構物的損害,結構物隔震或減震為首要目標。多功能地工隔震防減災技術為新型之防災技術,於結構物與地盤之間鋪設一層地工隔震層,當地震來臨時,阻隔地震波從地盤傳遞至上方結構物,達到有效隔震。地工隔震層是由回收的廢輪胎切割成細小的橡膠粒,再混和現地地盤的土壤組成,可降低造價成本且解決廢棄輪胎的問題。由於橡膠為一種可壓縮之材料,因此能藉由橡膠粒的壓縮變形吸收地震的能量,有效的阻隔地震能量向上傳遞,進而保護上方之結構物。近年來的國外曾以數值模型模擬類似地工隔震層的隔震效能,模擬結果顯示,使用地工隔震系統之結構物的受震反應顯著降低,水平地表加速度可以降低60-70%,垂直地表加速度可以降低80-90%,但未曾以全尺寸試驗或物理模型試驗之結果進行驗證。

離心模型振動台試驗為大地地震工程中常用的物理模型試驗方法,因其能模擬現場真實尺度的應力應變狀態,大幅降低縮尺模型的尺度效應。本研究於國立中央大學地工離心機實驗室進行八組離心模型振動台試驗,模擬建築物置於一般砂土地盤或設有地工隔震層之地盤上受震時之行為,探討地工隔震層效能。根據試驗結果,震動作用在結構物的水平運動大幅降低,與基盤輸入振動的最大加速度相比,結構物頂部所受之水平最大加速度降低35%。透過數值模型與離心模型的模擬,驗證地工隔震系統能有效地減少上部結構物受震反應。

本技術之開發宗旨係在防災減災的同時又能解決環境問題,並提供一項簡單且低成本的防災方法。本技術中使用大量的橡膠粒,能夠消耗全世界大量的廢棄輪胎,降低廢棄輪胎庫存發生燃燒的風險,預防更糟的空氣汙染,同時又能改善環境的美觀。此外,本技術亦可當作一種地盤改良之方法,藉由地盤改良提高軟弱地盤的承載強度或是提高地盤的抗土壤液化能力,因此本技術係一種多功能地工隔震防減災技術。
科學突破性
新型之地工隔震防減災技術以改變地盤的力學性質為主要考量,地震波會由地盤傳遞至基礎,進而傳遞至結構物,而地工隔震層具有高壓縮性能,將橡膠土壤混合粒料填充於基礎下方及其結構物周圍能夠有效吸收地震能量,以減輕震波對結構物梁柱及樓板之影響,新型之地工隔震防減災技術為低成本且具有前瞻性之技術。
產業應用性
新型之地工隔震防減災技術主要目的為吸收地震能量,以減緩地震波對結構本體之影響,不僅能運用在土木工程,本技術亦可應用於交通運輸設施、地盤改良、地表植生等目標。新型之地工隔震防減災技術具有低成本、資源再利用之優勢,對發展中國家的道路與新市鎮開發,其地震減災與防災方面將具有相當大的助益。
關鍵字 地工隔震技術 橡膠土壤混合粒料 廢棄輪胎 離心模型 減震 防災 結構動態反應 開發中國家 永續發展 回收材料
備註
  • 聯絡人
  • 洪汶宜
其他人也看了