摩擦阻尼斜撐

8 1000 =

= P

D T

K_D (5.2)

或

D T K P T

D

119 1000 ≅

= (5.3)

其中，P 為螺栓張力或正向力（kgf）；T為扭力（kgf-m）。

「鋼構造建築物鋼結構施工規範」所建議之扭力係數值 K 為 0.15~0.19，而本 率定試驗所得之K 值則明顯大於該規範建議值。惟該規範之扭力係數_D K 與螺栓 直徑無關，與本研究之試驗結果並不相符。由於施工規範並未載明扭力係數的率 定試驗方法、扭力加載型式及螺栓型號等資料，故無法進行比較。本章後續之摩 擦阻尼斜撐及摩擦制震壁之元件測試結果，將以本試驗所得之扭力與正向力轉換 關係進行計算。

5.4 摩擦型阻尼器之元件測試

5.4.1 摩擦阻尼斜撐

結構消能阻尼器可經由對角斜撐、X 型斜撐、V 字型斜撐、倒 V 字型斜撐及 壁式等不同型式安裝配置於結構中，其中以對角斜撐型式之設計最為簡單經濟。

由於摩擦阻尼器具構造簡單、安裝容易、免維修等特色，具有取代液流阻尼器及

其他斜撐式阻尼器之潛力。本節以特殊合金鈑作為為摩擦阻尼器之核心材料，並 結合 H 型鋼斜撐，組成摩擦阻尼斜撐，並進行一系列之元件測試，探討摩擦阻尼 斜撐於動態擾動下的遲滯消能行為是否穩定，並掌握其力學行為與特徵。

5.4.1.1 摩擦阻尼斜撐之細部設計

摩擦阻尼斜撐之細部設計如圖 5.6 所示，其主要之構件包含：上、下兩段 H 型 鋼 、 二 片 外 覆 鋼 鈑 及 特 殊 合 金 夾 層 。 其 中 ， 上 半 段 H 型 鋼 尺 寸 為

12 8 200

200× × × ，於腹鈑開孔以固定合金夾層及外覆鋼鈑，其細部設計如圖 5.7 所示。下半段 H 型鋼尺寸亦為200×200×8×12，於其腹板開設長槽孔，以提供摩 擦阻尼斜撐上、下段之相對滑動空間，其細部設計如圖 5.8 所示。合金夾層及外 覆鋼鈑分別與上、下段 H 型鋼連接，下半段 H 型鋼腹鈑與合金夾層間則為滑動 摩擦介面，其細部設計如圖 5.9。當摩擦阻尼斜撐受力產生相對滑動時，上半段 H 型鋼會帶動合金夾層與外覆鋼鈑一起運動，此時合金夾層與下半段 H 型鋼腹鈑間 之摩擦介面，在相對滑動過程中即因作負功而產生消散地震能量的作用。

5.4.1.2 測試機構與試驗規劃

摩擦阻尼斜撐之元件測試機構組裝，乃將摩擦阻尼斜撐之上半段與安裝於門 型測試構架之 100tf 油壓致動器連接，利用油壓致動器驅動摩擦阻尼斜撐進行上 下之往復運動。下半段則與測試構架之基座連結，基座四個角落以預力鋼棒固定

於強力地板上。圖 5.10 為摩擦阻尼斜撐元件測試構架組裝完成之照片。

試體係以兩組 M22 之 A325 高強度螺栓（牙條）貫穿外覆鋼鈑、合金夾層及 下段 H 型鋼對鎖接合，每組螺栓以扭力扳手控制在 440N-m 的扭力。依式（5.3）

之 正 向 力 與 扭 力 轉 換 關 係 ， 估 算 每 組 螺 栓 對 摩 擦 阻 尼 斜 撐 施 加 之 正 向 力 tf

T

P=119 =5.34 ，總計正向力為 10.68tf。

摩擦阻尼斜撐之元件測試係規劃以位移控制之簡諧波作為輸入指令，以探討 摩擦阻尼斜撐之力學特性。測試時考慮不同之測試頻率及位移振幅，包括 0.1Hz 及 0.3Hz 兩種不同測試頻率，每一測試頻率均包含 5mm、10mm 及 20mm 等三種 不同的振幅，各進行 10 次循環測試。摩擦阻尼斜撐之反力及其軸向位移均由致 動器內建之荷重元及位移計直接量測。

5.4.1.3 試驗結果與分析

摩擦阻尼斜撐於簡諧波測試頻率 0.1Hz 下，不同振幅(5mm、10mm 及 20mm) 所得之遲滯消能迴圈如圖 5.11 所示。試驗結果顯示，摩擦阻尼斜撐之摩擦力趨於 定值，且遲滯迴圈十分穩定而飽滿，力學行為符合庫侖摩擦機制。於不同擾動振 幅 5mm、10mm 及 20mm 下測得之摩擦力分別為 14.77tf、15.0tf 及 15.31tf，平均 值約為 15tf，則特殊合金鈑與鋼材之介面摩擦係數相當於 0.70，相關之結果整理 於表 5.3。圖 5.12 為摩擦阻尼斜撐於 0.3Hz 簡諧波測試頻率下所得之遲滯迴圈，

其遲滯迴圈亦十分飽滿而穩定，且在不同擾動振幅下，其摩擦力亦趨於定值。於

不同擾動振幅 5mm、10mm 及 20mm 下測得之摩擦力分別為 15.64tf、15.22tf 及 15.99tf，平均值約為 15.62tf，則特殊合金鈑與鋼材之介面摩擦係數為 0.73（詳表 5.3）。

圖 5.13 為不同測試頻率及擾動振幅下所得之摩擦係數變化曲線。其結果顯 示，在不同擾動頻率下，摩擦阻尼斜撐之摩擦係數變化不大，因此應與擾動頻率

（速度）無關。整體而言，特殊合金與鋼材對磨之摩擦係數約為 0.72。

綜合本節摩擦阻尼斜撐之元件測試結果，歸納結論如下：

1. 以特殊合金材料為核心之摩擦阻尼斜撐，具有相當穩定且飽滿的遲滯消能 特性，其力學行為與庫侖摩擦機制相符，且與擾動頻率（速度）無關，其 力學特性極易掌握。

2. 特殊合金與鋼材對磨之摩擦係數約為 0.72，遠高於習用摩擦阻尼器之摩擦 係數（μ≤0.3）。此一特性可大幅增加摩擦阻尼斜撐之設計容量，並縮減構 件尺寸，提升減震效能與經濟效益。