文獻回顧

摩擦阻尼器最早由 Pall【1~4】等人提出，使用 X 型(圖 1.1)斜 撐與結構接合，或採對角(圖 1.2)或 V 字型(圖 1.3)斜撐與結構接合。

採 用 此 種 概 念 設 計 之 摩 擦 阻 尼 器 ， 通 稱 為 Pall Friction Damper(PFD)。Soong,T.T and Dargush【5】提出 X 型摩擦阻尼斜撐 之三線性力學模型，如圖 1.4 所示。該模型係依據試驗所得之遲滯迴 圈特性所建立，其使用之摩擦阻尼元件如圖 1.5 所示。該研究考慮了 不同介面處理方式(如噴砂、聚乙烯塗層、鍍鋅塗層、氧化鐵層等) 以及摩擦材質(如來令片、鋼材等)，其遲滯迴圈如圖 1.6 所示。其研 究結果顯示，除聚乙烯塗層與來令片之遲滯迴圈較符合庫倫機制外，

其餘處理方式之元件皆有性能衰減之現象，且其摩擦係數甚小，恐難 以滿足工程實務應用之需求。Wu【6】等人針對 Pall Friction Damper 進行改良設計，主要以如圖 1.7 所示之 T 型芯鈑取代十字型芯鈑，目 的在於簡化組裝工作。採用此種組裝方式時，須以兩片 T 型芯鈑平行 對鎖方可得到與十字型芯鈑相同之出力。

目前摩擦阻尼器之應用實例以國外居多，如 Malhotra【7】等人 針對加拿大渥太華之 St. Vincent Hospital(圖 1.8)安裝摩擦阻尼器 之研究，該醫療大樓因增建之第五層樓不符合耐震設計法規，因此安 裝 183 組摩擦阻尼器(PFD)作為補強之用。每組摩擦阻尼器之設計出

力為 30tf，圖 1.9 為其 ETABS 非線性歷時分析所得之遲滯迴圈，圖 1.10 則為其地震能量輸入與消散之累積曲線。其結果顯示，摩擦阻 尼器可有效消散地震能量。Chandra【8】等人亦採用摩擦阻尼器作為 印度古爾岡 La Gardenia Towers(圖 1.11)之防震設計，該棟十八層 樓公寓建築共安裝了 66 組摩擦阻尼器，每組摩擦阻尼器之出力上限 為 70tf，設計目標在減少混凝土結構之韌性需求，在設計地震力下 使結構保持在彈性範圍內。根據其 ETABS 非線性動力歷時分析結果顯 示，結構安裝摩擦阻尼器後，頂樓位移之折減率可達 60%以上。Soli

【9】等人則採用摩擦阻尼器作為加州聖地牙哥之 Ambulatory Care Center(圖 1.12)之防震設計，目的在確保此棟四層樓照護中心於地 震時相關醫療工作能順利進行。配置於該結構中之 22 組摩擦阻尼器 設計出力介於 45tf 至 150tf 之間。根據其非線性動力歷時分析結果 顯示，其設計可達成大地震時低樓層無破壞產生，且地震結束後亦無 永久位移產生之功能設計目標。

國內目前尚無摩擦阻尼器之應用實例，但有關摩擦阻尼器之研究 已有些具體成果。若摩擦阻尼器之摩擦係數不大，欲產生足夠之摩擦 力時需於摩擦介面施加極大之正向力。因此，盧【10~11】研製軸向 型摩擦阻尼器，如圖 1.13 所示，利用楔型機構放大摩擦介面之正向

兩側彈片之預壓力改變阻尼器出力。該研究並考慮黃銅、來令片及尼 龍等摩擦介面材料，試驗結果顯示，利用楔型機構可將等效摩擦係數 (μ)提升，黃銅可由 0.18 提升至 0.29；來令片由 0.08 提升至 0.15；

尼龍則由 0.11 提升至 0.17。惟所有條件下，摩擦係數皆未能超過 0.3。習用之摩擦阻尼器皆採用質地較堅硬的金屬，其表面摩擦係數 很少超過 0.3。

由於現行之摩擦阻尼器存在摩擦係數低、出力小、易磨耗、且力 學行為不符合庫侖摩擦機制等問題，使得其應用發展受到限制。隨著 材料工程領域之進展，現已研發出質地較軟、摩擦係數較高之特殊合 金，經由適當設計可使其摩擦係數提高，大幅增加摩擦阻尼器之設計 容 量 。 該 特 殊 合 金 之 消 能 機 制 乃 藉 由 材 料 纖 維 降 伏 後 之 塑 性 流 (plastic flow)所產生，其性能較為穩定且耐磨，且摩擦係數較高可 產生較大之摩擦力。張簡嘉賞【12】使用該特殊合金鈑作為摩擦介面 材料(圖 1.14)，具有穩定且飽滿的消能特性，力學行為與庫侖摩擦 機制相符，且特殊合金具有高摩擦係數(μ＞0.7)，可大幅提升摩擦 阻尼器之設計容量。李羿廷【13】利用「剪力平衡」【14~16】概念，

推導摩擦阻尼結構之運動方程式，建立摩擦阻尼器之分析模式，並以 特殊合金鈑作為核心材料，研製斜撐型式之摩擦阻尼器 (圖 1.15)，

根據其耐震試驗結果顯示，摩擦阻尼斜撐具有良好的耐震效果。本文

將接續其研究，以特殊合金鈑作為核心材料，製作摩擦制震壁，進行 一系列之元件測試及耐震性能測試。