測試機構與量測系統

„ 地震模擬振動台

結構動力試驗方法中，以振動台最能模擬真實之地動環境。在振動台試

驗中，結構之動力特性可表露無遺，因此也最適合於教學及研究成果之示範 與檢驗。交通大學地震模擬振動台主要整合 MTS 動態油壓致動器(Model 244.23s, 如圖 4.1)及3^m×3^m的不銹鋼桌台 (圖 4.2)。致動器活塞面積為 89 cm²，在 210 kg/cm²的工作壓力下，出力可達 15tf。根據 MTS 油壓致動器之 規格，要求其有效運作頻率為 50Hz，因此桌體之基本振動頻率設計值大於 100 Hz 以確保油壓致動器之效能。振動台為中空箱型結構，並以鋼板為肋骨加勁 而成之構造。振動桌與模型結構之重量比為 1:2，以避免測試時模型結構和振 動桌產生互制效應。當加速度峰值為 1.0g 時，振動桌可提供之最大荷載重量

（payload）為 10ton。受限於致動器容量，其最大衝程為±12.5 cm。

„ 五層樓鋼結構模型

本次耐震性能試驗係將韌性斜撐安裝於一座五層樓鋼結構模型上進行測 試，該鋼結構模型之平面為2^m×2^m，樓高 6.7m，總重量約 4.1tf (圖 4.3) ，相 關之結構參數如表 4.1 所示。

本研究利用地震模擬振動台以 El Centro 地震波(PGA=0.1g)作為輸入擾 動，取基座所量測到之加速度訊號作為輸入資料，並以各樓層所量測到的訊 號作為輸出資料，選擇單一輸入-多重輸出(SIMO)之 ARX 模型進行模型結構 之系統識別。ARX 系統識別分析之相關理論詳附錄 A。

根據 ARX 系統識別結果，空構架﹙未裝阻尼器﹚結構之基本振頻為 1.45 Hz，第 1 模態之等效阻尼比為 0.29％。各振態之頻率及阻尼比歸納於表 4.2。

„ 控制系統與資料擷取系統

(a) 控制系統

控制系統為振動台之中樞所在，吾人使用 MTS 407 控制器之位移控制 模式操控振動台，因此，輸入之訊號為地表加速度歷時經基線修正積分所 得之位移歷時記錄。407 控制器內部波形產生器可提供矩形波、三角形波及 正弦波等類比訊號輸出，配合數位訊號輸入模組振動台，可模擬隨機訊號 及任意形式之地表擾動，如圖 4.4 所示。

(b) 資料擷取系統

資料擷取系統採用為 IMC 公司之產品，如圖 4.5 所示，其主要功能為 輸出地震命令訊號至 407 控制器以驅動振動台，同時紀錄各感應計之振動 訊號。資料擷取系統包含類比/數位(A/D)、數位/類比(D/A)及數位輸入/輸出 (Digital I/O)等功能，並提供 32 組單端式(Single-ended)接線法類比輸入，8 組單端式(Single-ended)接線類比輸出、32 組單端式(Single-ended)接線數位 類比輸入/輸出，最大總取樣頻率為 80kHz。

„ 感測計配置

(a) 加速規(Accelerometers)

本試驗使用之振動感應計之安排以加速規為主，共安裝 7 個加速規 (CROSSBOW±4g)，如圖 4.6(a)所示，其裝設位置包括振動台面上、基座以 及各樓板中央，用以量測模型結構各樓層之加速度反應。

(b) 雷射位移計

本試驗於一樓內側韌性斜撐中安裝一組雷射位移計（Wenglor, ±15 cm）

用以量測預彎拱鈑之軸向位移，其動態量測範圍為 30cm，如圖 4.6(b)所示。

(c) 荷重元(Load cell)

為掌握預彎拱鈑於結構受震過程中的遲滯消能行為，規劃於一樓兩側 之韌性斜撐中安裝四組動態荷重元（Jih-Sense，LM-2T），如圖 4.6(c)所示，

每組荷重元之荷載上限為 2tf。