第三章 摩擦制震壁之元件測試
3.2 制震壁實尺元件測試
3.2.1 摩擦阻尼元件之細部設計
摩擦阻尼元件測試部位之示意圖如圖 3.1 所示，其主要構件包含 三個部份：上部構件為兩片上夾鈑與一片轉接鈑；下部構件為兩片下 夾鈑與一片鋼芯鈑；其餘為兩片特殊合金鈑與兩片外覆鋼鈑。上部構 架之上夾鈑為兩片厚 19mm 鋼鈑焊接成之 L 型角鋼，角鋼兩肢上並開 鑿螺栓孔，水平肢之螺栓孔用於與測試機構之可動鋼樑連接，垂直肢 之螺栓孔則用於固定轉接鈑，其細部設計如圖 3.2 所示；轉接鈑開鑿 兩排螺栓孔，上排螺栓孔連接上夾鈑，下排螺栓孔連接特殊合金鈑與 外覆鋼鈑，轉接鈑厚度與鋼芯鈑一致，俾使特殊合金鈑能與鋼芯鈑密 合，其細部設計如圖 3.3 所示。
下部構件之下夾鈑設計概念與上夾鈑相同，水平肢螺栓孔用於與 測試機構之基座連接，垂直肢螺栓孔則用於固定鋼芯鈑，其細部設計 如圖 3.4 所示。鋼芯鈑於下排開設螺栓孔，上排則開鑿多條長槽孔，
每一槽孔長度均容許阻尼器有±50mm 之最大滑動範圍，其細部設計如 圖 3.5 所示。
上、下部構件組裝完成後，特殊合金鈑與外覆鋼鈑則與上部構件 之轉接鈑連接，以螺栓穿過槽孔固定。鋼芯鈑與特殊合金鈑間為滑動
摩擦介面，其細部設計如圖 3.6 所示。當摩擦制震壁受水平剪力時，
上部構件與下部構件同時產生相對滑動，上部構件將帶動外覆構件一 起運動，特殊合金鈑與鋼芯鈑之摩擦介面在滑動過程中即產生摩擦消 能作用。
3.2.2 測試機構與試驗規劃
測試構架包括一支 200 噸油壓致動器、上鋼梁及下鋼梁。其中，
上鋼梁與 200 噸油壓致動器連接，可藉由致動器驅動摩擦制震壁產生 往復運動；下鋼梁則以八根預力鋼棒固定於強力地板上。上夾鈑與下 夾鈑(圖 3.1)分別安裝於測試構架之上鋼梁(可動)與下鋼梁之測試構 架上，組裝完成照片如圖 3.7。
由 2.2.3.2 節扭力係數率定試驗之結果顯示，放置不同材質以及 不同數量之墊圈，對扭力係數將有影響。本系列摩擦制震壁之元件試 驗將採用兩片白鐵墊圈，以確保測試元件於往復過程中扭力係數保持 穩定。元件測試之加載係採位移控制，加載波形為三角波，測試速率 為 0.5mm/sec，資料擷取系統之取樣週期設定為 0.2sec。
本試驗旨在探討摩擦制震壁足尺元件在(擬)靜態往復載重下，李 羿廷【13】所建議之應力與摩擦係數關係的合理性，必要時依據試驗
件總共設置八個螺栓孔，鋼芯鈑之開槽採分散模式，每根螺栓施加 100N-m、180N-m 及 320N-m 之扭力，測試時考慮振幅為 40mm，進行五 次循環。
3.2.3 試驗結果與分析
進行本試驗之前，先以施加 100N-m 的扭力於八根 M22 螺栓之案 例進行測試，考慮 10mm、20mm、30mm 及 40mm 等四種振幅，各進行一 個循環，由出力與位移之關係了解摩擦制震壁之力學特性。遲滯迴圈 如圖 3.8 所示，試驗結果顯示，其遲滯迴圈相當飽滿，力學行為基本 上符合庫侖摩擦機制，在不同擾動振幅下，其摩擦力約略為定值，惟 擾動振幅較小時，因特殊合金咬合較淺，故摩擦力較小。由此測試結 果可知，摩擦制震壁之力學特性基本上符合庫侖摩擦機制。
本試驗分別施加 100N-m、180N-m 及 320N-m 的扭力於摩擦介面上 之 八 根 M22 螺 栓 ， 經 由 式 (2.1) 換 算 ， 其 介 面 總 正 向 力 分 別 為 18.53tf、33.36tf 及 59.31tf。不同扭力作用下，阻尼元件之摩擦力 遲滯迴圈如圖 3.9~圖 3.11 所示。測試結果顯示，每組遲滯迴圈大致 上均相當飽滿，惟於迴圈右下角及左上角有區域縮減的情形發生，主 要為測試機構之上部可動 H 型鋼於測試過程中產生轉動現象所致，以 及構件之螺栓孔與螺栓間存有空隙，使得構件間彼此有相對滑動之空
間，導致遲滯迴圈不飽滿。實驗量測得到的摩擦力分別為 38.79tf、
63.87tf 及 101.31tf，單一摩擦介面對應之摩擦係數分別為 1.05、
0.96 及 0.85，相關之試驗結果整理於表 3.1。
特殊合金鈑之有效摩擦面積為 2082cm2，如圖 3.12 所示，不同正 向 力 所 對 應 之 介 面 壓 應 力 分 別 為 8.9kgf/cm2、 16.02kgf/cm2 及 28.49kgf/cm2，壓應力與摩擦係數關係曲線及其趨勢如圖 3.13 所示，
與李羿廷【13】所建議之應力與摩擦係數關係之變化趨勢相當，但本 研究之趨勢線位置略為往左下移動，因本研究所使用合金鈑之有效摩 擦面積較大，加上原測試構架之上鋼梁與測試元件之上夾鈑在滑動過 程中無法同步移動之問題已略加改善，有效減緩因測試構架造成的非 摩擦力之影響，較符合實際制震壁出力情形，故壓應力相對較小。此 外，該研究之應力計算係使用扭力係數 K=0.255 為依據，各放置一片 鋼製螺栓墊圈於 A325 之 M22 螺栓上。若以本研究所建議之扭力係數 K=0.2 修正之，其應力與摩擦係數之關係曲線則如圖 3.14 所示，將 其修正並與本次試驗綜合後，歸納出更為精準的應力與摩擦係數之關 係曲線如圖 3.15 所示。
本次試驗結果亦顯示隨著摩擦介面之壓應力的增加，摩擦係數有 遞減的現象，類似於 Constantinou 等人【19】有關 FPS 之研究中發