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抗震盃地震工程模型製作競賽 揚子高中與臺灣大學奪冠

本文共1706字

經濟日報 曹松清

臺灣位於環太平洋地震帶,大小地震不斷,面對此等天然災害應該如何因應成為重要的課題,為保障民眾生命財產安全,國科會長期致力推動防災科技研究及防災教育扎根,轄下國研院國震中心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競賽-臺南場」,吸引年輕學子投入地震工程相關研究,提升我國青年之災防意識與專業能力,共創耐震家園。競賽臺南場今(24)日經歷激烈競爭後,最終高中職組第一名由雲林縣私立揚子高中奪得,大專生組第一名則由國立臺灣大學獲得,各獲得獎金2萬元。

大專生組第一名則由國立臺灣大學獲得。 國研院/提供
大專生組第一名則由國立臺灣大學獲得。 國研院/提供

首次於臺南舉辦 振動台測試模型抗震力

抗震盃自2001年起已歷經20屆競賽,2020年及2021年受COVID-19疫情影響停辦,2022年受限國際隔離檢疫不便,僅辦理國內賽,後於2023年回歸往年規模,舉辦大型國際賽,在推動地震工程防災教育上持續前進。今年更響應921地震25周年,首次於國研院國震中心臺南實驗室辦理,5月份辦理高中職、大專組國內賽,共計49支隊伍近250人參賽。

參賽隊伍必須在5個半小時內,依大會主題「單一集中載重的塔型結構物」,設計出耐震的結構物並決定模型載重,再利用木條、熱熔膠、橡皮筋、紙張、細棉繩等有限的材料來完成模型製作,通過裁判審查後,參加振動台測試競賽。模型上必須加載至少12個0.6公斤的質量塊,經由振動台模擬地震搖動狀態,測試其設計是否足以抵抗地震的侵襲。

挑戰塔型結構 性價比決定獎落誰家

這次挑戰主題為「單一集中載重的塔型結構物」,在日常生活中常見的包含橋墩、水塔、高速公路旁的T形廣告牌、電信鐵塔、觀景台高塔、煙囪或景觀旋轉餐廳等。競賽評比依據為模型的性價比,也就是模型的性能(承受的最大震度)與建造成本(模型材料的重量)的比值(capability-price ratio,CP值),模型可承受的震度越大,使用的材料越輕,代表CP值較高,競賽成績也就越好。通過最大地震動加速度400 gal測試的隊伍可獲頒耐震獎,通過600 gal測試的模型將列入排名。

競賽時依序進行各種不同震度的地震測試,直到競賽規定的最大地震強度,或是所有模型都崩塌為止,用這些數值來計算每一個模型的性價比。大專組為提高挑戰難度,更增加了不規則載重配置規定,模擬真實生活常見的不規則結構,使結構模型除了承受地震搖動之考驗以外,更需面臨扭轉搖擺問題,對於結構模型的設計細節更具挑戰。

比賽結果高中職組第一至三名分別由雲林縣私立揚子高中、高雄市立前鎮高中、國立虎尾高中獲得,大專組第一至三名分別由國立臺灣大學、國立成功大學、國立暨南國際大學獲得。

高中職組第一名由雲林縣私立揚子高中奪得。 國研院/提供
高中職組第一名由雲林縣私立揚子高中奪得。 國研院/提供

高中組第一名揚子高中團隊利用最精簡的材料製作模型,並選擇安裝規則載重上限的24個質量塊以提高效率比。為通過比賽測試,該組將上方乘載質量塊的載重平台製作得十分結實,且四個角落的主要支撐柱使用多根木條拼成L型以提高支撐力,另外採用橡皮筋綑綁木條作為搭接的斜撐,如此除了利用木條提供支撐外,並透過橡皮筋綑綁作搭接來消能。結果通過規則最高的800 gal測試,獲得高中組首獎。

大專組第一名國立臺灣大學採取使用最少材料並乘載規則載重上限24個質量塊的策略。然而和高中組規則不同的是,大專組規則要求1/2以上的質量塊需安裝在基地底板的東南區,且東南區不能落柱,看參賽隊伍如何解決不規則模型造成扭轉問題。臺灣大學將質量塊配重平均分配在西北和東南區,透過平均分配載重減緩扭轉的力量。雖然該組只通過700gal的測試,但還是以優異效率比取得第一名的佳績。

1999年921大地震之後,無數研究人員及工程師投入大量精力提升建築工程技術,期望能減少甚至避免地震災害的威脅。2024年4月3日的花蓮大地震震撼全臺,這是25年來規模最大的地震,再度提醒了我們地震防災的重要性。面對地震侵襲,今年花蓮地震雖有相當災情傳出,但相較於921大地震,國際間更關注臺灣的建築比起過去具有更佳的耐震性,且震後的快速反應及救災作為皆有優秀表現,這突顯產官學研各界不斷努力的成果。國研院國震中心期許能藉由舉辦「抗震盃地震工程模型製作競賽」,加強地震工程的防災教育,並使青年學子對地震工程的技術發展產生興趣,將來能更積極面對地震的發生。

參賽學生為屹立不倒者歡呼。 國研院/提供
參賽學生為屹立不倒者歡呼。 國研院/提供

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