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地震工程模型製作國際競賽 研究生組成大土木所掄元

本文共2193字

經濟日報 曹松清

「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」研究生組第1名成功大學土木所。 國研...
「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」研究生組第1名成功大學土木所。 國研院/提供
「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」大專組第1名越南維新大學。 國研院/...
「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」大專組第1名越南維新大學。 國研院/提供
「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」高中組第1名新加坡紅山中學。 國研院...
「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」高中組第1名新加坡紅山中學。 國研院/提供

為保障臺灣民眾生命財產安全,國科會長期致力推動防災科技研究及防災教育扎根,國科會轄下國家實驗研究院國家地震工程研究中心執行國科會政策,除協助學研界研發各式防減震科技,亦藉由辦理「抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」,吸引年輕學子投入防減震相關研究,共創耐震家園。

國研院國震中心於9月21~23日於國震中心台北實驗室舉辦「2023抗震盃-地震工程模型製作國際競賽」,提供國內外學生同台競技的機會,以提升我國年輕學子之國際視野與專業能力。今(23)日為競賽最後一天,進行模型測試,最終高中組、大專組第一名分別由新加坡紅山中學(Bukit Merah Secondary School)與越南維新大學(Duy Tan University)奪得,研究生組第一名則由國立成功大學土木所獲得。

921大地震後至今已24年,這其中經歷了2016高雄美濃地震、2018花蓮地震、2022台東池上地震等,雖然地震工程技術不斷創新,地震預警也用最短時間偵測後對外發布地震訊息,但以現今的科技水準,仍無法有效達到震前預測地震,更突顯平時防震準備與紮實的地震工程防災教育無比重要。

抗震盃自2001年起已歷經20屆競賽,國內外參賽學生總數超過8,200人,曾參賽過的國家地區包含英國、美國、日本、韓國、新加坡、印尼、印度、香港、馬來西亞、越南、紐西蘭、澳洲、貝里斯、菲律賓與瓜地馬拉等。受COVID-19全球疫情影響,2020、2021抗震盃被迫停辦,2022年因國內疫情趨緩僅限國內學校參賽,配合遠距在校製作後帶至國震中心進行競賽。今年全球疫情解封,故回歸辦理國際競賽,高中職、大專、研究生組合計共101支隊伍近500人參賽。

抗震盃為三天活動,從9月21日的「抗震盃研究生組國際研討會」揭開序幕,研究生組的競賽目標在於運用先進結構技術,運用消能減震或是隔震的方式,建構一座耐震的建築。各隊伍透過15分鐘英文簡報來闡述模型設計理念,以及如何達到消能或隔震的運作方式,並考量符合現實的建築規劃。利用此研討會增加學生解說能力,且促進國內外學術交流。

9月22日為模型製作日,所有參賽隊伍必須在5.5個小時內,依大會限制的主題與提供的材料來完成模型製作,並於完成後由裁判審查、決定模型載重後,才能參加隔日的競賽。9月23日進行模型競賽測試,高中、大專組在模型上加載至少7.5公斤的質量塊,研究生組則一律於每層樓加上10公斤、總計40公斤的質量塊下,經由振動台模擬地震搖晃情形,測試其設計是否足以耐震。

這次高中職組、大專組的挑戰主題為日常生活中常見的橋墩、水塔、觀景台高塔等單一集中載重的塔型結構物,評比依據為模型的性價比,即模型的性能(承受的最大震度)與價格(模型材料的重量)的比值(capability-price ratio, CP值),承受震度越大,使用材料越輕,代表CP值越大,競賽成績也就越好。競賽時以各種不同震度的地震進行測試,直到競賽規定的最大地震強度,或是所有模型都倒塌為止,用這些數值來計算每一個模型的性價比。

研究生組則開放隊伍自由設計隔減震裝置,在測試期間,模型只要發生部分崩塌、隔震系統位移超出容許範圍,該結構物都判定為損壞。要獲得最高分必須讓模型經過良好設計而達到1000 gal的耐震目標,亦即模型剛好在地震力1050 gal時損壞,既不浪費材料也符合設計目標。

經由振動台測試後,每組評選出前三名性價比最高的模型,頒發獎金及獎盃。此外裁判團還會票選出「結構設計獎」、「建築美觀獎」、「設計理念展示獎」等各種獎項,頒發獎金與獎狀。

比賽結果高中組第一至三名分別由新加坡紅山中學(Bukit Merah Secondary School)、雲林縣私立揚子高中第一隊、雲林縣私立揚子高中第二隊獲得,大專組第一至三名分別由越南維新大學(Duy Tan University)第一隊、南韓啟明大學(Keimyung University)、越南維新大學第二隊獲得,研究生組第一至三名分別由國立成功大學土木所、馬來西亞工藝大學結構材料所(Universiti Teknologi Malaysia)、國立陽明交通大學土木所獲得。

高中組第一名由新加坡紅山中學(Bukit Merah Secondary School)獲得,該隊模型採用簡潔的輕量化設計,以木條強化模型柱底抵抗地震帶來的基底剪力,並且在頂層平台加框強化承載能力,支撐競賽規則要求放置的質量塊,再加上該隊模型施工品質良好,最終通過800gal的最大振動台測試,以最高的抗震效能比取得冠軍。

大專組首獎則由越南維新大學(Duy Tan University)獲得,該隊模型未使用過多的木條,使模型重量不至於太大,讓各桿件充分發揮效能;而且有效強化結構的重要部位,例如在梁柱接頭處除了以熱熔膠黏合外,再以棉繩綁固;同時使用額外的短木條擴大一樓柱斷面積,再以木條斜撐來強化載重平台懸挑處的支撐力,並以橡皮筋作為結構的外部巨型斜撐,因此獲得最高的效能比。

研究生組首獎由國立成功大學土木所獲得,整體模型設計中規中矩且製作精細,模型底部採用結合彈簧和滾球動軸承的隔震裝置,可在測試過程同時發揮延長結構週期之隔震效果,亦提供隔震系統抗傾倒能力,另外上部結構選擇傳統平面對稱及立面規則的設計,也能減少地震可能造成結構扭轉的行為,結合上述優點,奪下研究生組首獎的佳績。

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