反覆載重試驗規劃

3.1 前言

本試驗為模擬重要結構物相關機電設備之垂直載重，在此以質 量鉛塊與組合鋼構架代之；再利用油壓致動器與組合鋼構架兩者相 連結後再施與水平側向力進行擬靜態反覆載重試驗(Quasi-Static Cyclic Loading Test)。另外於隔振彈簧下方安裝測力計(Load Cell)同 時量測軸力與剪力；本次試驗分別安裝兩種位移計量測位移，第一 種為外部水平位移計，以量測其水平位移，安裝方式如下所述：將 指環的一端固定在組合構架上，並將指環置中到安裝在#2 轉接板上 的位移計；第二種為拉線式位移計，以量測軸向與側向位移，安裝 方式如下所述：在強力的板上固定拉線式位移計，自位移計上取出 軟索連結於與構架相連接的#3 轉接板上。以上兩種位移計試驗中的 安裝方式參照圖3- 1 所示。

本章節將分別介紹本試驗使用之隔振彈簧細部、構架尺寸、試 驗儀器之佈置以及反覆載重試驗程序等。

3.2 隔振彈簧介紹

YS1000A 如錯誤! 找不到參照來源。所示:此處 1000 代表螺旋 彈簧可承受靜態垂直荷重 1000Kgw，其相對之垂直撓度為 25mm；

螺旋彈簧底部在本試驗中僅平放在基墊上而無任何固接之裝置，上 部由水平蓋板覆蓋並由中間螺桿貫穿，關於螺旋彈簧之詳細幾何尺 寸如圖3- 3 所示、以及材料性質詳列在表 3- 1 中。另外基座部分、

兩側外框與限制螺桿以及與設備相連接的中間螺桿之材質均為黑鐵 (即低碳結構鋼材 JIS SS41)，且上述之基座、兩側外框、限制螺桿及 中間螺桿均採用浸鍍鋅處理以增強防鏽功能。功能介紹：中間螺栓

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利用水平調整螺栓以微調整組隔振彈簧與上部載重組裝時所需之高 度，進而保持整體構架為水平狀態；兩側外框與橡膠圈及水平螺桿 相結合後可提供隔振彈簧水平方向之束制；基座底部附有防滑橡膠 增加與基礎面之摩擦力，同時兩端利用反摯螺栓使基座與基礎結合。

YS1000B 如圖 3- 2 所示: 此處 1000 代表螺旋彈簧可以承受靜態 垂直荷重 1000Kgw，其相對之垂直撓度為 25mm；螺旋彈簧底部在 本試驗中僅平放在橡膠墊上而無任何固接之裝置，上部由水平蓋板 覆蓋並由中間螺桿貫穿，關於螺旋彈簧之詳細幾何尺寸與材料性質 與隔振彈簧YS1000A 同，如圖 3- 3 所示;表 3- 1 則詳列螺旋彈簧之 材料性質。另外基座部分與限制螺桿以及設備相連接的中間螺桿之 材質均為黑鐵(低碳結構鋼材 JIS SS41)；兩側外框則為延性鑄鐵，且 上述的基座、限制螺桿、中間螺桿均採用浸鍍鋅處理以增強防鏽功 能。功能介紹：中間螺栓利用水平調整螺栓以微調整組隔振彈簧與 上部載重組裝時所需之高度，進而保持整體構架為水平狀態；兩側 外框與基座保護墊及擋板相結合後可提供隔振彈簧水平方向之束 制；基座底部附有防滑橡膠增加與基礎面之摩擦力，同時兩端亦利 用反摯螺栓使基座與基礎結合。

3.3 試驗構架設計

本試驗構架以質量鉛塊與組合鋼構架代之。質量鉛塊每組為 250(kgw)，共十組質量鉛塊合計為 2500(kg)；另外由兩組 I 型斷面梁 與兩塊封版頭尾相連組合而成之構架為 400(kg)，合計整體構架之重 量達2900(kg)。

由文獻【5】可知對於高大於寬者設備產生擺動傾覆的危險性越 大。設備所在位置越高時，寬高比越低越容易傾覆。本研究之試驗構 架高為 30(cm)，加上質量鉛塊後上部構架高度為 65(cm)；整體構架 寬為86(cm)，長為 2540(cm)；故其橫軸的寬高比約為 1.3，縱軸的寬

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高比約為 30。比較上述寬高比之後，在相同的設備高度作用下，橫 軸的寬高比相對於縱軸的寬高比而言較易傾覆，故可預知當油壓致動 器沿橫軸方向施力設備較穩定而不易傾覆；經由上述理論，為避免實 驗過程中發生傾覆的問題，我們選擇橫軸作為擺放油壓致動器的位 置，並沿著縱軸方向施力。油壓致動器作用於設備之圖例參照圖 3- 4。

試驗構架安裝關係圖如圖 3- 5，整體試驗構架內部相關結構之詳 細尺寸如圖3- 6。其中轉接板的使用目的為增加試體安裝的效率，以 達到順利接合上下各部設備。各轉接版的接合關係如下:#1 轉接板主 要是接合測力計(Load Cell)與強力地板，#2 轉接版主要是接合隔振彈 簧與測力計(Load Cell)，#3 轉接版則主要是接合上部構架與隔振彈 簧；至於各轉接板之細部設計見圖3- 7。

3.4 試驗儀器

本試驗採用之量測儀器如下所述:

1.測力計(Load Cell)：採用國家地震中心所提供之測力計，測力計三 向之量測容量均為20tons，為配合本試驗得到較佳的量測精準度，校 正範圍僅在 2.5tons 內，使用目的為量測隔振彈簧在試驗過程中承受 之垂直軸力與水平剪力。

2.外部水平位移計：採用 MTS 公司出產之 Temposonics II Transducer，

簡稱指環位移計，主要是利用磁致伸縮工作原理(Magnetosrictive Technology)以量測水平位移，。

3.拉線式位移計(Cable-Extension Displacement Sensor)：用以量測水平 位移量與垂直位移量。其原理是利用不銹鋼軟索連結於待測物體上，

當待測物體發生移動時，則軟索就因應拉伸進而帶動內部的彈簧轉軸 並轉動訊號轉盤，軟索的伸長量就利用轉軸角度積算出絕對值位移數 值而得之。

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3.5 試驗佈置

本試驗之試驗佈置如下所述:一開始利用#1 轉接板將測力計與強 力地板上下對接；再利用#2 轉接板固定測力計頂層與隔振彈簧；然 後將#3 轉接版固定於隔振彈簧上部後連接上部構架；最後將油壓致 動器連接試驗構架便完成整體的組裝。本試驗構架組裝完成圖如圖 3- 5 所示。

試驗進行中，共蒐集 20 個頻道資料分別記錄隔振彈簧之靜態受 力 反 應 ， 包 括 隔 振 彈 簧 之 垂 直 軸 力 、 水 平 剪 力 、Temposonics II Transducer 的水平位移以及拉線式位移計的水平位移和垂直位移等。

圖3- 4 將會標示出所以量測儀器之安裝位置與頻道編號，所有頻道編 號所代表的量測內容則參照表3- 2。

3.6 反覆載重試驗程序

本研究將兩組彈簧各分成橫向與縱向兩組分別進行試驗，因此 總共將會有四組試驗，分別如下:YS1000A 縱向試驗、YS1000A 橫 向試驗、YS1000B 縱向試驗、YS1000B 橫向試驗。四組試驗構架圖 參照圖 3- 8 至圖 3- 11。在反覆載重試驗中油壓致動器採用位移控 制，因此可避免因力量控制造成非預期之破壞。在試驗中位移控制 所輸入之位移歷時波形為一系列漸增之反覆三角波，同一振幅循環 兩次。四組試驗皆分成連續的兩階段試驗；第一階段為側向束制尚 未發生作用時，在此稱做彈性階段，即 YS1000A 之水平螺桿和 YS1000B 之鍍鋅外框在可自由移動之範圍內(在試驗前保守量測範 圍為±6mm)，振幅增幅為 0.5mm；直至試驗振幅進行至±6mm 時，

此時預估側向束制已發揮作用開始進入第二階段，在此進入束制階 段(倘若在 6mm 尚未進入非彈性階段，則在試驗中將會隨時修改彈 性階段之範圍)，第二階段振幅之增幅將增為 2mm，試驗持續進行直 至隔振彈簧發生明顯破壞亦或是水平剪力容量發生明顯減少的狀況

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時停止試驗。一系列反覆三角波如 圖3-

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在實驗過程中，進行兩方面的實驗量測。一為量測隔振彈簧在 承受上部構架前後彈簧之相對高度，進一步求得彈簧垂直向的軸向 勁度。一為進行反覆載重試驗，將量測到的數據進行分析；並求得 彈性階段的側向剪力與水平位移的關係，進一步求得該隔振彈簧的 自振頻率以及油壓致動器加載達極限力時，根據牛頓第二定律求得 隔振彈簧的最大平均加速度。

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