結構系統識別試驗

本研究亦進行結構系統識別之振動台試驗，輸入El Centro 地震波(PGA 為 0.15g)，並完成單層樓鋁構架模型含空 VTLCD 元件之系統識別分析。由 El Centro 地震波識別所得之結構動力特性參數整理如表3.4 所示，識別所得之結構頻率為 0.53Hz，阻尼比約為 0.1％，且利用

k

_s

= ω

²

m

_s與

c

_s

= 2 m

_s

ως

_s即可得到結構之 勁度與阻尼係數。圖 3.29 為系統識別預測與試驗之結構加速度歷時比較，其結 果顯示，預測結果與試驗結果相當一致，顯示吾人已充份掌握結構的動力特性參 數，可據以進行後續VTLCD 控制結構之數值模擬分析。

3.5.3 變斷面 VTLCD 系統之性能試驗

由於系統識別所得之結構振動頻率為0.53Hz，本文遂調節 VTLCD 之水量，

使 VTLCD 之液體有效長度為

L

_e=1.77m，俾使 VTLCD 系統與結構之頻率比為

00

= 1.

γ

，此時VTLCD 系統之水平段長度與有效長度之長度比為

β

=0.54。此 外，根據液體之有效長度、VTLCD 系統之斷面積及水的密度，可求得液體的重 量為26.9kgf。VTLCD 系統之設計參數如表 3.5 所示。

圖3.30 與圖 3.31 分別為振動台輸入振幅為 3mm，地表簡諧波擾動頻率與 結構頻率之比值

γ _s = 1 . 0

時(即地表簡諧波共振擾動時)，VTLCD 控制結構與未 控制結構之位移與加速度歷時。由於未裝置VTLCD 系統之結構於地表簡諧波共 振擾動下，結構的位移將隨時間持續放大，為防止結構產生破壞，本試驗於 25 秒後便停止振動台輸入簡諧波擾動，隨後結構即產生自由振動反應；有裝置 VTLCD 系統之結構則持續輸入簡諧波擾動，擾動的時間為 40 秒。其結果顯示，

三種孔口板(

φ

≥ 0.36)之試驗於共振擾動下均有良好的減振效果(70%以上)，當 開孔面積比為

φ

=1.0 時，結構位移均方根與峰值之折減率分別為 78 %與 83 % (表 3.6)；結構加速度均方根與峰值之折減率分別達 80 %與 84 %，減振效果十 分良好。圖 3.32 為不同孔口板 VTLCD 於共振簡諧擾動之液體激盪位移歷時，

最大激盪振幅約為4.1 cm。

圖3.33 與圖 3.34 分別為 VTLCD 控制與未控制結構之位移及加速度富氏頻 譜。由圖可知，結構安裝VTLCD 系統可有效降低結構主要頻率之振動反應。

圖3.35 為不同孔口板之 VTLCD 遲滯迴圈，其所包圍之面積即為 VTLCD 元 件所消耗之系統振動能量(包括結構與 VTLCD 元件之振動能量)。

此外，為進行理論數值模擬分析，吾人首先識別VTLCD 元件之水頭損失係 數，識別前將波高計與微振加速規所量測之振動訊號進行濾波處理(2Hz 以上之

反應濾掉)，以降低雜訊對於液體激盪位移微分後之速度與加速度的影響。圖 3.36 為

γ

_s

=

1 時，不同孔口板孔徑試驗經識別所得之 VTLCD 元件水頭損失係數歷 時。其結果顯示，水頭損失係數收斂的情況良好，約在第 15 秒便能收斂並趨於 穩定。表3.7 為不同擾動頻率比與孔口板面積比試驗經識別分析所得之水頭損失 係數。

圖3.37、圖 3.38 及圖 3.39 分別為利用識別之水頭損失係數進行理論分析所 得之結構位移、結構加速度及 VTLCD 水柱激盪位移與試驗結果之比較(

γ

_s＝ 1.0)。其結果顯示，理論分析與試驗結果十分契合，驗證利用識別之水頭損失係 數配合非線性解析模式可精確預測結構及VTLCD 液體之振動反應。

表 3.8 為不同擾動頻率比與面積比試驗所得之水柱激盪位移峰值。由表可 知，當擾動頻率比位於共振頻率兩側時， VTLCD 系統之液體激盪位移最大(圖 3.40)，結構將移轉較多之振動能量至 VTLCD 元件。

表 3.9 與表 3.10 分別為不同擾動頻率比與面積比試驗所得之結構位移與加 速度均方根折減；表3.11 與表 3.12 則分別為不同擾動頻率比與面積比試驗所得 之結構位移與加速度峰值之折減。上述之減振效益與頻率比之關係如圖 3.41 及 3.42 所示。由以上結果可知，當

γ

_s接近共振時，VTLCD 系統之減振效果最好，

惟當

γ

_s＜0.75 時，結構的反應則有放大的現象。

表3.13為不同水平段長度(d=0.8m與d=0.95m)性能試驗結果之比較。由表 可知，當 d=0.8m，β=0.45，λ=1.52時[65]，孔口板面積比於

φ

_{=0.64之減振效}

果較佳，結構位移及加速度之均方根值與峰值折減率分別為76％、77％、81％及 79％；當d=0.95m，β=0.54，λ=1.52時，孔口板面積比於

φ

_{=1.0之減振效果最}

佳，結構位移及加速度之均方根值與峰值折減率分別為78％、80％、83％及84

％，較文獻65之減振效果略微提昇。此外，本文之試驗結果亦可印證陳[65]之參

數分析結果，當截面積比λ≧1.3時，最佳長度比調整於β=0.5～0.7之間(本文為 β=0.54)，可達到較佳的減振效果。

綜合上述之VTLCD 元件測試與性能測試所得之結果，吾人可歸納以下幾點 結論：

1. 根據 VTLCD 系統之液體有效長度所得之理論振動頻率與元件試驗所得 之頻率十分吻合，顯示藉由調節液體之有效長度可精確掌握 VTLCD 元 件之動力特性。

2. 結構受到共振簡諧擾動作用時，三種孔口板開孔面積比(

φ

≥0.36)之 VTLCD 系統均有良好之減振效果。

3. VTLCD 於共振擾動時之減振效果較佳，惟當擾動頻率比

γ

_s ≤0.75 時則有 放大的現象。

4. 本研究之試驗結果印證當截面積比 λ≧1.3 時(本文為 λ=1.52)，最佳長度 比調整於β=0.5～0.7 之間(本文為 β=0.54)，已可達到不錯之減振效果。

5. 元件測試與性能測試之理論分析與試驗結果均十分契合，充份驗證本文 所提之解析模式的精確性。

在文檔中 結構健康診斷及控制研究---大型結構實驗驗証---子計畫：高樓抗風防震系統之研發(II) (頁 55-59)