構架試驗介紹

4.2.1 構架子結構介紹

圖4.1 為構架試體配置圖。構架試驗試體每跨長度為 7 公尺，樓 層高度為4 公尺，構架總寬度為 21 公尺，總高度為 12 公尺。構架之 柱均採用CFT 柱，外柱採用矩形 CFT 柱，內柱採用圓形 CFT 柱，中 間跨三個樓層各架設不同截面積之 BRB 斜撐；樓板寬度為 2.15 公 尺，並設置鋼筋與剪力釘，期望樓板為完全複合梁 (Fully Composite Beam)，可有效發揮複合斷面效果。

構架試體之外梁柱接頭採用抗彎接合，一樓至三樓之梁柱接頭接 合型式均不同，分別為全梁貫穿式梁柱接頭、外橫隔板式梁柱接頭與 雙向螺栓接合式梁柱接頭，內梁柱接頭使用剪力板以螺栓接合模擬鉸 接。

各個樓層中間跨分別架設不同尺寸與型式之 BRB。普通斜撐於 結構體變形過大時，可能會造成斜撐桿件受壓時挫屈，使斜撐失去消 能作用，結構體位移亦因斜撐挫屈，結構體失去束制而導致側位移量 加劇，造成結構體不穩定性提高；故 BRB 之設計目的為束制消能段

之挫屈產生。圖 4.2 為 BRB 構造示意圖，BRB 分為三個部分，分別 為主受力單元 (Core Steel Member) 、側撐單元 (Buckling Restrained Part) 以及脫層單元 (Unbonding Material)。主受力單元為主要承受樓 層剪力與消能之部分，且採用側撐單元將主受力單元束制住，避免主 受力單元發生挫屈，可使斜撐於拉、壓兩方向之受力行為保持一致，

不致斜撐於受壓時因挫屈而減低消能功用。脫層單元作用為置於主受 力單元與側撐單元間，避免主受力單元所承受軸向力傳遞至側撐單元 並保持空間讓主受力單元受壓時可側向膨脹。在一樓採用雙核心全鋼 型 (可拆解) 束制挫屈支撐，簡稱全鋼型 BRB；二樓採用新日本製鐵 公司所提供之單核心無黏著支撐，簡稱 UBB；三樓則採用無收縮水 泥沙漿填實之雙管雙核心雙端滑動消能支撐，簡稱BRB，圖 4.3 為三 個樓層BRB 的斷面示意圖。

4.2.2 材料試驗強度

材料強度採用標稱強度可能因材料強度結果導致模擬與實驗結 果造成誤差，表4.1 條列出模擬所須之材料強度。模擬須知材料主要 為混凝土與鋼材料，混凝土部份分為鋼管內澆注之混凝土與樓板澆注 之混凝土兩部分，進行抗壓強度試驗以得到混凝土之實際強度；鋼 管、大梁與 BRB 主受力單元以拉力試片試驗確定降伏強度與極限強 度，其中BRB 之材料強度為參考蕭博謙 (2004) 碩士論文資料。

4.2.3 地震加速度歷時與反覆載重歷時

國家地震工程研究中心之整合型計畫試驗加速度歷時採用 1989 Loma Prieta (LP89g04NS) 及 1999 集集地震 (TCU082EW)，將地震之 危害度調整為50 年超越機率 2%、10%以及 50%，若試驗結束構架各

部分並無嚴重破壞，則進行往覆載重試驗，直至構架試體產生明顯破 壞。試驗分為兩大部分，第一階段Phase I 與第二階段 Phase II。Phase I 試驗原為進行 4 個擬動態試驗加上一往覆載重試驗，因途中發生兩 次斜撐與構架接合之接合板 (Gusset Plate) 挫屈而中斷實驗，待修復 後再進行擬動態試驗，擬動態試驗次數由4 次增為 6 次，將此 6 次擬 動態試驗以Test 1、Test 2 至 Test 6 為代號。Phase II 進行兩個擬動態 試驗，試驗代號分別為Test 1 與 Test 2；如構架無嚴重破壞，則進行 往復載重試驗直至構架出現嚴重破壞。Phase II 與 Phase I 之差別除加 速度歷時與地表最大加速度 (Peak Ground Acceleration, PGA) 之調 整外，為了避免接合板再次發生挫屈，所有接合板均加勁以避免接合 板面外挫屈；且將三個樓層已使用過之 BRB 與 UBB 更換為全新之 BRB。表 4.2 為各階段地震波歷時資料，圖 4.4 為 Phase I 與 Phase II 往覆載重歷時示意圖。

4.2.4 施力及量測系統

本試驗使用 MTS 公司之靜態油壓致動器，一樓至三樓所使用之 油壓致動器數量分別為4 支、3 支、3 支，其衝程均可達正負 500 mm。

油壓致動器之安裝為一端使用鋼板固定於反力牆上，另一端則以螺栓 固定於實驗試體之鋼梁與樓板。

實驗為瞭解結構各部分之變形與受力等變化，架設量測系統以量 測各部分之變化。此次實驗量測系統根據儀器種類以及量測種類，分 為 8 個部分：使用 44 個傾斜儀 (Tiltmeter)，作用為量測某一點之絕 對旋轉量，架設位置為梁柱交會區周圍、柱基礎以及斜撐；使用 22 個位移計 (Dial gauge) 量測某兩點之相對位移，主要量測位置為斜撐 與基礎；使用 24 支 π-gauge 量測梁柱交會區之剪力變形量，架設於

梁柱交會區兩對角；黏貼應變計量測軸向應變變化，而應變計之黏貼 位置為梁、柱與斜撐，共使用248 組應變計。油壓致動器上之線性差 動變壓器 (Linear Variable Differential Transformer，LVDT) 為記錄油 壓致動器位移，致動器出力量測計 (Load Cell) 則紀錄致動器出力大 小；樓層側位移計 (Temposonic) 架設在相對於油壓致動器之構架另 一側，目的為量測各樓層實際之側向位移。由於本試驗之量測系統十 分龐大，故一共使用 10 台資料擷取器，每台可接受 50 組實驗數據。