材料力學試驗

壹、3000 噸萬能試驗機

本所3000 噸萬能試驗機總高度約 20.27m，可進行拉力試驗、壓力試驗與拉 壓反覆試驗，試驗機橫軛之油壓致動器總衝程為1000mm，當致動器位於 500mm 衝程處時，致動器之接合板與底座之最大淨間距為 15m，可提供長度 15m 以下 試體之試驗，而由於試驗機橫軛導桿底部設有防撞保護裝置，使致動器之接合板 與底座產生最小淨間距約2.46m。另外，於萬能試驗機底座設置輪軌式運載台車 設備，台車高度 90cm，除可提供試體迅速與穩定之運載進出試驗機底座外，亦 可彌補進行較短試體之試驗。

試驗機之油壓致動器設有一組可拆裝式之球座軸承抗壓接合板，重量約 6575kg，直徑為 1.5m，於接合接圓周上等距離設置 12 個直徑 75mm 的螺栓孔提 供試體接合使用，同時該球座軸承之抗壓接合板可提供水平正負2.5 度之微調。

試驗機底座之淨空間為3m×1.2m，底座上共設置 64 個直徑 60mm 之螺栓孔，孔

距為300mm，供試體安裝固定使用。

本試驗機之總重量約 273 噸，最大壓力荷重為 30MN，最大拉力荷重為 15MN，採內力平衡設計，可提供 15m 以下試體之壓力試驗與拉力試驗，亦可直 接對試體施以壓力與拉力之反覆載重，詳細規格如表4-1 所示。

表 4-1 3000 噸萬能試驗機規格

項目 規格 備註

試驗機總高 20.27m 最大壓力能量 30MN 最大拉力能量 15MN

油壓3000psi (一般) 4500psi (最大) 致動器最大衝程 1000mm

最大試體長度 15M 致動器於500mm 衝程處 垂直柱間距 3m×1.2m

油壓伺服閥流量 250GPM

(資料來源：本研究整理)

貳、反力牆與強力地板系統

本所材料實驗中心之反力牆有兩座，分別為 20m(長)×9m(高)及 10m(長)×

12m(高)，牆厚皆為 1.5m，平面呈 L 型配置，强力地板厚度則為 1.2m，混凝土強 度採用10000psi，牆體及地板設有間距 50cm、直徑 50mm 之螺栓孔，供試體、

試驗架及致動器等之安裝固定。施力設備設有100 噸及 200 噸致動器，可進行結 構構架之力學試驗。

叁、被動消能元件試驗方法

依據現行「建築物耐震設計規範及解說」(94.12.21 台內營字第 0940087319 號令修正，95 年 1 月 1 日生效)第 10.7 節，以及本所 95 年度「建築物耐震設計 規範隔震設計及含被動消能系統設計專章研修與示範例研擬」研究成果報告指

第四章 材料力學與耐久耐候性試驗

出，應用於建築物之被動消能元件應藉由實體試驗或(與)性能保證試驗確認與證 實消能元件之消能性質、穩定性及力學性質，並說明試驗方法與結果判定原則。

本所大型力學實驗室之 3000 噸萬能試驗機，以及致動器、反力牆與強力地板等 試驗設施，其設備容量正可應用於此類消能元件之檢測服務，因此，為使檢測標 準具一致性與公正性，建立檢測之標準作業程序實為當務之急。

一、試驗目的：

(一) 實體試驗：確認最大考量地震作用下，消能元件之消能性質及穩定性。

(二) 性能保證測試：證實設計中所使用消能元件之力學性質。

二、試驗方法

(一) 方法一：依據現行「建築物耐震設計規範及解說」

1. 實體試驗：消能元件試體均應加載以模擬其在建築上之重力及其環境溫 度的劇變，方法如下：

(1) 試體應循環加載至設計風暴所預期之次數，但不得少於 2000 次完全反 覆之載重（位移相關及黏彈元件）或位移(黏滯元件)循環週數，其振 幅如設計風暴所預期，且頻率等於建築物基本週期之倒數（f1=1/T1）。

(2) 試體應加載 5 次完全反覆循環，其位移須相當於最大考量地震作用下 之反應，且測試頻率為 f1，若消能元件的特性會因當時溫度的不同而 有差異，則須在至少三種操作溫度（最小、週遭、最大）下進行試驗。

(3) 針對速度相關或激振頻率相關之元件，若其受力與變形性質在變化測 試頻率從 0.5f1至 2.0f1之條件下，在小於或等於最大總位移內任何時 候，該性質之變動量超過設計值之15%時，則前述之測試應在 0.5 f1、 1.0f1及2.0 f1之頻率下再測試。

(4) 針對雙向位移相關之元件，若其承受雙側向變形，則前述之測試應在 最大考量地震之雙向零側向位移以及雙向尖峰側向位移之下進行。

2. 性能保證測試：在裝設消能元件於建築物之前，專業技師須按該消能元 件特性，訂定抽樣比例及測試內容。抽樣時即按專業技師所訂之抽樣比

例與測試內容，挑選出每一類型且其尺寸具代表性的消能元件進行測 試，以確保他們的力-速度-位移之特性在專業技師所設定的限制以內。

(二) 方法二：參考本所 95 年度「建築物耐震設計規範隔震設計及含被動消能 系統設計專章研修與示範例研擬」研究成果報告

1. 實體試驗：消能元件試體均應加載以模擬其在建築上之重力及其安裝時 環境溫度的影響，方法如下：

(1) 位移型消能元件

(a) 每一元件均應循環加載驗證其設計地震需求之反應，其次數不得少 於5 次完全反覆之載重循環週數，試驗之振幅應為設計地震需求之 消能元件設計總位移。

(b) 每一元件均應進行位移漸增之反覆疲勞試驗，最大試驗位移應為最 大考量地震作用下，依消能系統之組數，訂定消能元件需求容量。

試驗位移依序為消能元件最大試驗位移的 0.25、0.50、0.75 及 1.0 倍。前三項位移各進行四個循環試驗，最終項位移的循環試驗反覆 施作至試體破壞。

(2) 速度型消能元件

(a) 阻尼器性質之試驗結果，應就不同速度及出力情形，繪成速度-出 力曲線。

(b) 每一元件均應加載 5 次完全反覆循環，其試驗速度應依消能系統之 組數，訂定消能元件需求容量。

2. 性能保證測試：在裝設消能元件於建築物之前，專業技師須按該消能元 件特性，訂定抽樣比例及測試內容。抽樣時即按專業技師所訂之抽樣比 例與測試內容，挑選出每一類型且其尺寸具代表性的消能元件進行測 試，以確保他們的力-速度-位移之特性在專業技師所設定的限制以內。

第四章 材料力學與耐久耐候性試驗