地震是台湾难以避免的天然灾害,落实防灾教育成为重要课题。国科会长期致力推动防灾科技研究及防灾教育扎根,而其辖下国研院国震中心为协助学研界研发各式防减震科技,近日於国震中心台北实验室举办「2023抗震杯━地震工程模型制作国际竞赛」,提供学子们同台竞技的机会,加以提升国际视野与专业能力。竞赛最终高中组、大专组第一名分别由新加坡红山中学(Bukit Merah Secondary School)与越南维新大学(Duy Tan University)夺得,研究生组第一名则由国立成功大学土木所获得奖项。
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图为2023抗震杯竞赛研究生组模型准备接受测试,最後由成功大学土木所胜出夺得首奖。 |
自921大地震後至今已24年,当中经历了2016高雄美浓地震、2018花莲地震、2022台东池上地震等,虽然地震工程技术不断创新,地震预警也用最短时间侦测後对外发布地震讯息,但以现今的科技水准,仍无法有效达到震前预测地震,更突显平时防震准备与扎实的地震工程防灾教育无比重要。
抗震杯自2001年起已历经20届竞赛,今年是疫情後首次恢复国际实体竞赛,包括高中职、大专、研究生组,共计101支队伍近500人叁赛。抗震杯为三天活动,首日为抗震杯研究生组国际研讨会,由各队伍英文简报来阐述模型设计理念,以及如何达到消能或隔震的运作方式,并考量符合现实的建筑规划。第二天为模型制作日,所有叁赛队伍必须在5.5个小时内,依大会限制的主题与提供的材料来完成模型制作,并於完成後由裁判审查、决定模型载重後,才能叁加隔日竞赛;第三天进行模型竞赛测试,经由在模型上加载不同重量的质量块,从振动台模拟地震摇晃情形,测试其耐震设计可行性。
本次高中职组、大专组的挑战主题为日常生活中常见的桥墩、水塔、观景台高塔等单一集中载重的塔型结构物,评比依据为模型的性价比,即模型的性能(承受的最大震度)与价格(模型材料的重量)的CP值(capability-price ratio),承受震度越大,使用材料越轻,代表CP值越大,竞赛成绩就越好。竞赛时以各种不同震度的地震进行测试,直到竞赛规定的最大地震强度,或是所有模型都倒塌为止,用这些数值来计算每一个模型的性价比。
研究生组则开放队伍自由设计隔减震装置,在测试期间,模型只要发生部分崩塌、隔震系统位移超出容许范围,该结构物都判定为损坏。要获得最高分必须让模型经过良好设计而达到1000 gal的耐震目标,亦即模型刚好在地震力1050 gal时损坏,既不浪费材料也符合设计目标。
比赛结果高中组第一至三名分别由新加坡红山中学(Bukit Merah Secondary School)、云林县私立扬子高中第一队、云林县私立扬子高中第二队获得,大专组第一至三名分别由越南维新大学(Duy Tan University)第一队、南韩启明大学(Keimyung University)、越南维新大学第二队获得,研究生组第一至三名分别由国立成功大学土木所、马来西亚工艺大学结构材料所(Universiti Teknologi Malaysia)、国立阳明交通大学土木所获得。
高中组第一名由新加坡红山中学获得,该队模型采用简洁的轻量化设计,以木条强化模型柱底抵抗地震带来的基底剪力,并且在顶层平台加框强化承载能力,支撑竞赛规则要求放置的质量块,再加上该队模型施工品质良好,最终通过800gal的最大振动台测试,以最高的抗震效能比取得冠军。
大专组首奖则由越南维新大学获得,该队模型未使用过多的木条,使模型重量不至於太大,让各杆件充分发挥效能;而且有效强化结构的重要部位,例如在梁柱接头处除了以热熔胶黏合外,再以棉绳绑固;同时使用额外的短木条扩大一楼柱断面积,再以木条斜撑来强化载重平台悬挑处的支撑力,并以橡皮筋作为结构的外部巨型斜撑,因此获得最高的效能比。
研究生组由国立成功大学土木所获得首奖,整体模型设计中规中矩且制作精细,模型底部采用结合弹簧和滚球动轴承的隔震装置,可在测试过程同时发挥延长结构周期之隔震效果,亦提供隔震系统抗倾倒能力,另外,上部结构选择传统平面对称及立面规则的设计,也能减少地震可能造成结构扭转的行为,结合上述优点夺下首奖。
竞赛之後,除了每组评选出前三名性价比最高的模型,颁发奖金及奖杯。此外,裁判团票选出「结构设计奖」、「建筑美观奖」、「设计理念展示奖」等各种奖项,颁发奖金与奖状鼓励。