國內消能元件試驗設備

一、 國家地震工程研究中心(National Center for Research on Earthquake Engineering, NCREE)之地震模擬實驗室

國家地震工程研究中心(以下簡稱國震中心) 之地震模擬實驗室為國內國家 級 大 型 力 學 與 地 震 模 擬 實 驗 室 ， 通 過 全 國 認 證 基 金 會(Taiwan Accreditation Foundation, TAF)與台灣檢驗科技公司(Société Générale de Surveillance, SGS)之 評鑑，具有ISO 17025：2005 與 ISO 9001：2015 之標準認證，能提供大比例尺寸 或實尺寸之靜態與動態結構試驗。位於台北實驗室主要設備有：三軸向地震模擬 振動台、反力牆及強力地板實驗系統(包含減震消能元件測試系統)、多軸向試驗 系統及其他各種實驗輔助設施。新設立之臺南實驗室於2017 年 8 月開幕，具備 高速度長衝程地震模擬振動台系統、反力牆及強力地板實驗系統與雙軸向動態試 驗系統，大幅提升試驗系統容量與能力。以下針對與消能元件試驗有關之系統設 備進行說明。

1. 減震消能元件測試系統

減震消能元件測試系統顧名思義主要針對減震消能元件執行單一軸向動態 反覆載重測試 (cyclic loading tests)，屬於反力牆與強力地板測試系統之其中一部 份，於2017 年改建完成，由反力鋼座、油壓分岐座、一具 200 噸高性能動態油 壓致動器、以及一套密閉恆溫箱與溫度控制系統組成，如圖 3-1。此系統可配合 試體長度調整反力鋼座固定位置，最大出力為±2000kN，最大行程達±600mm，油 壓動力可提供 1600gpm 之最大瞬間流量，在出力為±1000kN 條件下，最大速度 達±1m/sec。溫度控制系統可設定在 5℃至 50℃之間的範圍，藉由密閉恆溫箱模

擬試體所處環境溫度。此系統可進行不同型式之減震消能元件實體與性能保證試 驗，例如線性/非線性液態黏滯阻尼器、雙線性油壓阻尼器、黏彈性阻尼器等。

圖 3-1 減震消能元件測試系統 (資料來源：參考書目[14、15])

2. 多軸向試驗系統

多軸向試驗系統(Multi-Axial Testing System, MATS)具有 6 個自由度，除提供 垂直向載重外，亦可同時施加水平載重、側向載重及三個方向之彎矩，可模擬多 元之結構實際受力或變形情況。然此系統主要目的為提供國內隔震支承墊實體與 性能保證測試，因此系統設計主要考量測試件垂直高軸力與水平向長位移之能 力。

MATS 系統如圖 3-2 所示，由反力梁、兩個 A 形預力 RC 構架、RC 基礎、

13 支油壓致動器、水平向(長向)油壓致動器及載重平台所組成，整體構架高度 7.75m，載重平台長 6.7m、寬 2.54m、高 0.9m，與反力梁間淨高度 5m，可經由 反力梁與載重平台上之孔位分別固定測試件兩端。油壓系統方面，13 支油壓致 動器連結載重平台，提供不同方向之力與位移控制，各致動器出力與行程規格詳 表 3-1，其中垂直向(Vert)6 支 5MN 動態致動器與 1 支 30MN 靜態致動器置於平 台下方，提供垂直向軸壓力；側向(Later)兩邊各 2 個 2MN 靜態致動器提供平台 穩定性；平台上方 2 個靜態致動器(Hold-down)用以防止平台翻覆。長向(Long) 致動器裝置於反力牆與載重平台間，提供水平方向之出力與位移，並可因應實驗

需求增加動態致動器或更換成靜態致動器，油壓致動器性能與數量詳表 3-2。

綜上所述，雖然MATS 系統最大垂直壓力可達 60MN、最大水平拉壓力約為 6MN、最大水平位移為±1.2m，最高速度為 200mm/sec，但在不同出力、速度、

位移組合條件下，系統無法同時達到極限狀況。以隔震支承墊試驗為例，在±1.2m 極大的水平位移變形下，系統僅可同時提供40,000 kN 垂直載重與 3,500 kN 水平 出力；而減震消能元件可測試之頻率範圍為 0.05~5Hz。因此 MATS 可在滿足不 同出力與位移之條件下，進行多種不同型式構件之試驗，包括隔震支承、盤式支 承、速度/位移型阻尼器、壁式阻尼器、挫屈束制斜撐、柱構件、樑柱接頭以及剪 力牆等。

圖 3-2 多軸向試驗系統 (資料來源：參考書目[14])

表 3-1 MATS 測試系統規格表

(資料來源：國震中心地震模擬實驗室服務手冊 V2.8)

表 3-2 油壓致動器性能表

(資料來源：國震中心地震模擬實驗室服務手冊 V2.8)

3. 雙軸向動態試驗系統

雙軸向動態試驗系統(Bi-Axial dynamic Testing System, BATS)為國震中心於 2017 年完工之臺南實驗室的主要設備系統，類似於 MATS 系統，但在水平向之 動態性能更佳，是目前亞洲唯一、世界唯三可進行實尺寸隔震元件動態測試之設 備，作為驗證隔震元件受近斷層地震作用下之動態行為研究。

BATS 系統如圖 3-3，由基礎、側牆、反力牆、反力構架、油壓致動器與載 重平台所組成，油壓系統所需之反力支撐由基礎、側牆與反力牆構成設置於地面 下，反力構架自一樓強力地板面起算高度為3.8m，構架側向與長向分別有 2m 與 3.1m 寬之觀景窗，便於觀察試體安裝與實驗過程。載重平台面長 8.3m、寬 2.54m、

深 1m，與一樓強力地板切齊，利於試體之吊裝，試體可固定於載重平台與反力 構架間2m 高之空間。受限於試體安裝空間，除隔震支承墊試驗外，多數的減震 消能元件類型無法進行，例如挫屈束制斜撐，抑或僅能執行小尺寸試體(出力噸 數較小)之試驗。

油壓系統配置方式如圖 3-4，載重平台下設有 1 支 30MN 靜態致動器與 6 支 5MN 動態致動器，可提供最大 60MN 之軸壓力，最大行程為+125mm，另有 4 支 2MN

下壓致動器提供最大 8MN 垂直向軸拉力，進行反覆軸向拉壓試驗。水平長向則由 4 支高速長衝程致動器提供最大出力±4MN，最大位移±1.2m，最高速度±1m/sec 之 試驗能量。系統側向亦有 4 支致動器維持載重平台之穩定性。

圖 3-3 雙軸向動態試驗系統 (資料來源：參考書目[16])

圖 3-4 BATS 系統油壓致動器配置 (資料來源：參考書目[16])

二、 內政部建築研究所材料試驗中心(Architecture and Building Research Institute, Ministry of the Interior Materials Experiment Center)之大型 力學實驗室

內政部建築研究所(以下簡稱建研所)材料試驗中心之大型力學實驗室挑高 26m，設有 3,000 噸油壓試驗機、250 噸動態油壓試驗機以及反力牆與強力地板 系統等大型試驗設備，可進行大尺寸建築構材及減震消能元件之實驗研究及檢測 服務。以下說明250 噸動態油壓試驗機與 3,000 噸油壓試驗機。

1. 250 噸動態油壓試驗機

250 噸動態油壓試驗機為單軸向動態試驗機，主要針對減震消能元件執行單 一軸向動態反覆載重測試，如圖 3-5。試驗機作動方向設置在縱向，總高度 6m，

寬度與深度分別為 1.6m 與 1.2m，可放置試體高度約 0.4m~3.2m。此系統最大出 力為±250MT，最大行程為±125mm，其動態性能受限於油壓動力流量，在出力 1250kN 時，頻率 2Hz、衝程±6mm 之條件下，速度為 75mm/sec。此系統可進行不 同型式之減震消能元件試驗，尤以疲勞試驗最為適合。

圖 3-5 250 噸動態油壓試驗機 (資料來源：參考書目[17])

2. 3000 噸油壓試驗機

3000 噸油壓試驗機為國內大型單軸向力學試驗設備，如圖 3-6，作動方向設 置在縱向，試驗機總高度達 20m、寬度 5.5m、深度 4m，可容納試體高度範圍自 1.2m 至 15m。其試驗能量最大壓力為 3000 噸，最大拉力為 1500 噸，最大行程±

500mm。受限於油壓動力流量，適合進行大噸數之慢速試驗，例如：挫屈束制斜

撐性能試驗、結構拉桿抗拉試驗、梁柱接合工法韌性試驗、大尺寸柱試體軸壓試 驗等。

圖 3-6 3000 噸油壓試驗機 (資料來源：參考書目[17])

三、 TAF 認證實驗室

除國震中心及建研所之國家級實驗室外，尚有其他實驗室通過 TAF 消能元 件試驗項目認證，可進行消能元件之反覆載重試驗，簡述如下：

1. 亞太地震研究發展服務有限公司

亞太地震研究發展服務有限公司之隔減震消能實驗室主要辦理各式隔減震 消能元件之性能測試與驗證，其200T 反覆載重動態消能試驗機可進行水平軸向 動態反覆載重測試與疲勞耐久測試。試驗機台外部尺寸約7m×2m×1m，有效測試 空間約為4m×1m×1m。全載最大出力為±200 噸，最大位移量為±150mm，可進行 頻率0.1Hz~5Hz 範圍間之反覆載重試驗，在測試速度 0.5~500mm/sec 範圍內，可 任意組合進行不同位移與頻率之反覆載重試驗。

2. 明研科技股份有限公司

明研科技股份有限公司之中彰實驗室為一具有 TAF 測試領域與土木領域認 證之實驗室，此實驗室之單軸向動態試驗機之拉、壓荷載範圍自20kN 至 2000kN，

最大位移量達±480mm，最高速度為±750mm/sec，具備執行頻率 0.00003Hz 至 6Hz 之動態反覆載重測試能力。試驗機作動方向為水平向，可容納試體尺寸約為4.9m

×1.6m。該試驗機能執行不同型式消能元件之實體與性能保證試驗，例如速度型 阻尼器、壁式阻尼器等。

3. 邦特液壓科技有限公司

邦特液壓科技有限公司為自動化設備、液壓伺服系統及消能元件製造商，華 德液壓測試中心為其品質測試實驗室，其試驗機全載最大出力為±200 噸，最大 位移量為±350mm，可進行頻率 0.001Hz~2Hz 範圍間之反覆載重試驗。