振動台試驗數據分析

本節主要介紹振動台試驗資料之初步整理結果。量測之數據資料 均依照圖

5.5

、圖

5.6

所定義之振動台試驗之三軸方向。

5.3.1 遲滯迴圈分析

在振動台試驗過程中，彈簧避振器方面設有接觸邊界，在動態激 發下可能會有碰撞

(Pounding)

之現象發生，使得彈簧避振器產生磨 損。過程中，藉著分析遲滯迴圈圖，可探討彈簧避振器於動態行為之 受力情形。圖

5.8~

圖

5.31

為彈簧避振器於輸入震波

CHY009_100

%之 人造地震歷時之下

(

如圖

5.7)

所分析而得之遲滯迴圈。

5.3.2 自振頻率、等效阻尼比分析

為了解

TEST 1

、

TEST 2

之動態特性，本文分別利用掃頻試驗

( Sweep Sine Wave Survey )

與衝擊波試驗

( Pulse-Type Identification

Test )

，識別其基本振動週期，結果如圖

5.32

；在衝擊波試驗中，給

予各軸向單一微幅衝擊波，並觀察隔振系統於衝擊波之後的穩態反 應，進而依據對數遞減法，以振幅衰減程度計算其阻尼比

(

圖

5.33 )

，

46

結果請參考表

5.2

。

5.3.3 傾覆分析

彈簧隔振系統之垂直向勁度低，導致在振動台試驗過程中，發電 機有產生明顯的傾覆現象，故進行此分析，根據試驗過程中擷取輸入 單軸向及三軸向之地震力

CHY009_100%

於各角落的垂直向位移反應 差值，並除上發電機之長

(

寬

)

，即得發電機傾覆之角度值，發電機傾 覆角度的正負向均以

X

、

Y

軸順時針旋轉為正，反之為負，其結果顯 示於圖

5.34~

圖

5.37

所示。

5.3.4 放大倍率分析

此分析共分為兩種放大倍率進行分析:

第一部份構件放大倍率

a

_m1，輸入地震力較小，以不讓系統造成 損壞為前提，將

Input A

、

B

、

C

、

D(10%

、

30%

、

60%)

作為輸入歷時，

並根據架設在發電機四個角落擷取到的加速規資料，以均方根比

(Ratio of Root Mean Square

，

RMS )

和尖峰值比的方式去計算其構件放 大倍率

a

p。依據台灣建築耐震規範和

ASCE 7-05

，隔振系統之

a

p值均 為

2.5

，以此為依據和實驗作比較，其結果如圖

5.38

、圖

5.39

、表

5.3

所示。

第二種構件放大倍率

a

_m2，則輸入較大之人造地震歷時

(

可能造成 系統破壞

)

，並根據架設在發電機四個角落擷取到的資料，找尋最大 加速度，並除以該軸向之最大輸入加速度值，求得放大倍率

a

_m2，結 果如表

5.4

所示。

47

5.3.5 其他基本資料分析

除了上述數據分析之外，圖

5.40~

圖

5.42

為彈簧避振器之絕對加 速度反應歷時、圖

5.43~

圖

5.45

為彈簧避振器之相對位移反應歷時。

5.4 小結

(1)

根據遲滯迴圈的分析，可得到在振動台試驗中，承受較大水平 剪力處之對向彈簧避振器的遲滯迴圈，呈現出反對稱的趨勢，

如圖

5.8

、圖

5.12

、圖

5.17

、圖

5.20

等等。研判在振動台試驗 中，發電機系統應有傾覆或扭轉等反應。

(2)

破壞模式簡述：如同反覆載重試驗結果，螺桿受外框架擋板

(stopper)

束制區域有些許磨損，但彈簧避振器破壞模式多發生

在螺桿與承重蓋板固定處。螺桿與承重蓋板固定處之螺紋破壞 而使螺桿自承重蓋板拉拔而出，由此可知，彈簧避振器水平抗 剪強度，受限於螺桿與承重蓋板連接處之強度及其銲道強度。

(3)

基頻與阻尼比分析：如圖

5.32

與圖

5.33

所示，由

Test 1

與

Test 2

之基頻分析試驗

(pulse-type test)

結果可知，增設橡膠抗震器之

Test 2

，其

X

、

Y

、

Z

向之基頻略為提升，尤其在

X

向自然振動 頻率由

2.75 Hz

增加為

3.88 Hz

。此外，

Test 2

之加速度反應中，

高頻分量振幅顯著提升。再觀察隔振系統衝擊波試驗試驗之衰 減反應，可發現增設橡膠抗震器後振幅減小速率提升，即讓隔 振系統之阻尼比增加，可推估增設橡膠抗震器之發電機相對位 移反應峰值能夠有效降低，但絕對加速度峰值因抗震器擋板與 橡膠墊圈之間衝擊力而隨之劇增。

(4)

彈簧避振器之

F-D

圖比較：增設橡膠抗震器後

(Test 2)

，由於彈 簧避振器遲滯迴圈之相對位移反應較小，故彈簧避振器受震行 為於人造地震測試時，多位於非束制或初始束制階段。未增設 橡膠抗震器之試驗

(Test 1)

，彈簧避振器相對位移反應較大，當

48

遲滯迴圈進入束制階段，彈簧避振器即進入塑性階段而發揮較 大消能面積。

(5)

^{根據放大倍率}

a

m₂分析結果可知

(

表

5.3)

，由於橡膠抗震器垂直 向為鉸接型式，且於水平方向擋板與橡膠墊圈留設餘裕，故當 輸入波強度較小，橡膠抗震器擋板未接觸橡膠墊圈或兩者之間 衝擊力較低時，對於發電機隔振系統反應加速度影響不大。但 當輸入波強度提升，提升擋板與橡膠墊圈之間碰撞的衝擊力 時，即大幅增加發電機系統之反應加速度。

(6)

傾覆分析

:

根據分析結果可知，發電機在

Y

向

(

短軸

)

相對於

X

向

(

長軸

)

發生較大之傾覆，而單裝置彈簧避振器搖晃程度會比同 時裝置彈簧避振器和橡膠抗震器來得大上許多，故裝置橡膠抗 震器對發電機傾覆的反應有一定抑制的效果。

(7)

由於有些彈簧避振器設有接觸邊界

(stopper)

，在動態激發下可 能會有碰撞

(pounding)

之現象發生，因此而可能導致非彈性的遲 滯行為與反覆載重試驗結果不同。

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第六章 結論與建議

在文檔中 科技廠房及設備耐震評估與防震研究---總計畫暨子計畫：含隔振裝置之機電設備足尺寸振動台試驗研究(I) (頁 60-64)