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2.2 國內外相關研究現況

2.2.4 斜撐構架行為

Ghanaat (1980)以震動台試驗探討三層樓 X 型斜撐構架的耐震行 為,發現圓形鋼管與雙角鋼對減少構架的側向變位非常有效,在試驗過 程中對角斜撐有相當程度的受壓挫屈與受拉降伏的現象。Ghanaat 亦提 出斜撐的解析模式以預測構架行為,分析結果準確的預測試驗的結果。

Khatib 等人 (1988)研究雪佛蘭斜撐構架 (倒 V 斜撐)的行為,提出 以雙層樓X 型斜撐以改善倒 V 斜撐構架易形成弱層的缺點;另一改善 方式為於倒 V 斜撐中點加一垂直連桿,而形成拉鍊式的斜撐構架 (Zipper-braced frame) ,並以解析證明可有效的避免弱層的形成。

蔡青宜 (2008)參與華盛頓大學於國家地震工程研究中心所進行測 試之二層樓X 型斜撐構架之試驗,如圖 2.8 所示,並利用泛用型有限元 素分析軟體ABAQUS 進行構架模擬分析。二層樓 X 型斜撐構架共進行 3 次試驗,採用二種斜撐斷面,各為 H-型與中空方型鋼管斷面,於接合 板之面外凹折需求採用2 倍線性偏差與橢圓形偏差,試驗採反覆載重試 驗。經試驗後發現,X 型斜撐構架系統具有良好之消能能力,最大頂層 層間位角達3%;因採 X 型的方式設置斜撐,使得 2 個樓層之斜撐產生 挫屈會相互牽動,形成一雙曲之挫屈型式,所有斜撐皆產生挫屈行為,

且無弱層現象產生。由於非線性行為集中於斜撐與接合板,斜撐之面外 變形可達 400 mm,於梁與柱構件上並無明顯之破壞產生,實為一優良 抗側力之斜撐構架系統。採有限元素分析之結果,發現其可準確模擬構 架行為,且於接合板面外變形、斜撐構材與接合板等挫屈行為亦可有效 模擬。

華盛頓大學學者Yoo 等人 2009 年執行一系列之多層樓 X 型斜撐構

作與測試2 層樓 X 型斜撐構架之實尺寸試驗,並於實驗中發現了中間層 之接合板 (Midspan Gusset Plates)皆採了垂直加勁板加勁才足以傳遞力 量;就目前之研究成果裡中間層接合板與構架系統的行為,於實務中使 用是有限的。因此,其抗震性能和接合設計於構架性能之影響並沒有被 充分的了解。基於此,其利用 ANSYS 有限元素分析軟體進行中間層接 合板之一系列分析,參數包括:(1) 提供於斜撐端部旋轉之偏移;(2) 構 架桿件之尺寸影響;(3) 鋼梁加上樓板之複合梁,即樓版之效應;(4) 斜 撐構材與接合板之接合銲接長度;(5) 接合板之加勁;(6) 邊板 (Edge Plate)之使用;(7) 構架之幾何;(8) 載重之模式。分析模型如圖 2.9 斜 撐構架之分析模型 (Yoo et al. 2009)所示。分析結果顯示,中間層板之設 計與其細節有著於構架抗震性能之重大影響。接合板之8tp 橢圓形偏移 模式的設計建議,其強度和勁度並與斜撐構材之挫屈與拉力降伏強度達 至平衡,提供了最好的延展性和變形能力。此外,結果亦顯示,樓板、

接合板加勁板和構架桿件大小於構架性能之影響,於分析和設計系統時 必須予以考慮。

圖2.8 二層樓 X 型斜撐構架圖

圖2.9 斜撐構架之分析模型 (Yoo et al. 2009)

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