近年來，國際間發生之大地震為數不少，如我國於 1999 年規模 7.3 的九二一集集大地震，2002 年規模 6.8 的三三一大地震，國外在 2004 年則有規模 9 的南亞大地震，2008 年規模 7.8 的四川大地震等。
強震一旦發生，往往對建築物造成相當大的威脅，並嚴重危及生命財 產的安全。幾經大地震的洗禮，民眾對於建築防震愈來愈重視，也促 成防震技術進一步的創新發展。
一般而言，各類結構消能減震系統原理雖有不同，但功能則大同 小異。阻尼器依據其物理或振動力學特性之不同可分為兩大類：
1. 速度相依型消能元件：其主要功能為提供結構附加之阻尼，以消 散結構受風力或地震力所導致之震（振）動能量。如黏滯阻尼器 (visco-elastic damper)、液流阻尼器﹙fluid damper﹚等。
2. 位移相依型消能元件：其功能除了增加結構之阻尼外，亦可適度 提供勁度，對於高樓結構有加勁的作用。當結構在風力或地震力 的作用下，消能元件之應力與應變關係形成遲滯迴圈，可視為材 料線性與非線性行為之疊加，線性部分提供勁度，非線性部分則 提供阻尼，用以消散結構物之震（振）動能量。如降伏鋼板阻尼 器﹙metallic yielding damper﹚、摩擦阻尼器(Friction damper) 、挫
屈束制斜撐（Buckling Restrained Braces，BRB）及韌性挫屈斜撐 (Ductile Buckling Brace)等。
著眼於提升建築結構之耐震安全，促進國內防震工業的發展，本 研究乃提出新型之消能系統，研發以預彎拱鈑為核心之韌性斜撐 (ductile braces)，期能有助於建築抗震之應用。
挫屈（buckling）原是一種不穩定的結構行為，若無適當側向支 撐，構材在尚未達到極限強度前其彈性勁度(storage stiffness)即迅速衰 減，導致側向變形加劇而無法再承擔軸壓力，進而造成構件的損壞，
甚至結構的崩塌。但若挫屈構件非為主要之結構桿件，則吾人可經由 適當之設計，將其變形控制在引導之方向與合理的範圍內，使其在往 復載重過程中進入非線彈性狀態而吸收能量，則挫屈構件反而具有作 為消能減振控制元件之應用潛力。
近年來，國外已有利用可變曲率勁度元件（variable curvature stiffness device）或稱挫屈連桿（buckled struts）或預彎拱鈑(pre-bent strips) 作為機械設備之減振元件之應用實例。可變曲率勁度元件之力 學行為相當於非線性彈簧，如圖 1.1 所示【1】；預彎拱鈑係一鋼製 拱形薄板，乃具初始側向變形之軸力構件，吾人可藉由調整其曲率而 改變振動頻率。構件受力變形時，曲率（或勁度）亦隨之變化，其勁
度具有隨著拱鈑變形曲率的增大而變小的特性，因而改變振動頻率，
達到隔振目的。圖1.2 為ㄧ兩端均為鉸接（hinged）之預彎拱鈑受到 軸力作用時之軸向位移及變形曲線示意圖，當桿件處在初始挫屈狀態 時，其變形曲線可根據文獻【2、3】之方法加以描述。
Winterflood 等人【4~6】於 2002 年提出利用彈性挫屈(elastic buckling)桿件作為設備垂直向之隔振裝置，以減緩垂直振動的問題。
此外，並更進一步設計尤拉彈簧垂直減振平臺，如圖1.3 所示。該平 臺係由兩端束制固定（clamped）之彈性挫屈柱所支撐，其功能相當 於尤拉彈簧。其試驗結果顯示，彈性挫屈裝置具有極佳之減振效果。
Virgin 等人【1】以兩根互相平行，且兩端均為鉸接之挫屈柱支 撐一重約 24N 的質塊作為減振系統，如圖 1.4 所示。此外，並於基 座施加一可調整頻率之垂直諧和擾動，用以測試其隔（減）振效率。
結果顯示於振幅3mm 之擾動下，當擾動頻率愈高，振動反應之功率 譜密度（power spectral density，PSD）愈小，如圖 1.5 所示。此結果 印證 Winterflood 等人【4、5】之研究結果，即使用尤拉彈簧可有效 隔絕高頻擾動源之影響。此外，圖1.6 之位移歷時圖顯示，在自由振 動試驗中其位移快速趨於靜止，顯示尤拉彈簧除改變振動頻率外，應 具備消能特性。該文最後並建議，試驗所採用之邊界條件為理想之簡 支（simply-supported boundary condition）型式，由於此種邊界條件的
實現與維持相對困難，實務應用上仍以兩端束制（clamped ends）之 型式較為可行。
Plaut 等人【7】延續 Virgin 等人之研究，將柱兩端改為固定端 邊界條件，並討論影響傳遞率（transmissibility，TR）之主要參數，
包括系統外在與尤拉柱本身的阻尼（external and internal damping）、
柱勁度、支撐載重（supported weight）及初始曲率（initial curvature）
等參數對減振效益之影響。其研究顯示，其傳遞率隨著系統外在與尤 拉柱本身阻尼之增加而降低；隨著柱勁度、支撐載重及初始曲率降低 之情況下，其傳遞率也隨之降低。
Ji 和 Hansen【8】則將尤拉柱之邊界條件設定為一端固定，一端 為滑動(sliding)之機制進行試驗，其目的在藉由控制滑動端摩擦力之 大小以調整系統阻尼，如圖 1.7 所示。其研究顯示在滑動端施加一正 向力會改變系統阻尼，進而影響系統之穩定性。當擾動持續增加時，
則系統愈不穩定。
Bonello 等人【9】於 2005 進行自適應調諧振動阻尼器（圖 1.8，
adaptive tuned vibration absorber ， ATVA ） 之研究， 其主要構件 為壓電致動器（Piezo-actuators）與預彎拱鈑所組成之可變勁度元件
（variable stiffness element curved beam），運作時可視需要調節 ATVA
之勁度以改變系統振動頻率，解決調頻不精確的問題，使得ATVA 可 控制的頻寬範圍更廣，減振性能也進而提昇。
胡家杰【10】考慮切削與未切削之不同厚度的挫屈型消能元件，
並分別以非對稱或對稱配置之形式進行測試。試驗結果顯示，未切削 之均勻斷面挫屈連桿，其最大出力值及消能面積皆優於切削者，故建 議應用時宜採用均勻斷面之挫屈連桿。另外，由於挫屈連桿採非對稱 型式配置時，本質上其勁度在拉、壓時並不相同，其遲滯迴圈亦呈現 拉、壓不對稱現象。如能以成對方式配置，使拉、壓構件互補，遲滯 迴圈呈對稱之勢，將可使結構設計及動態分析更趨單純。此外，該研 究更進一歩利用挫屈連桿為核心與 H 型鋼組成韌性斜撐進行耐震性 能測試。其結果顯示，結構安裝韌性斜撐可有效降低各樓層之加速度 峰值與均方根反應，證明其應用於建築防震之可行性。
張簡嘉賞【11】推導預彎拱鈑之非線性彈性挫屈理論，並經由一 系列預彎拱鈑參數研究及元件性能測試，充分掌握預彎拱鈑之力學及 遲滯消能特性。其元件測試結果顯示，預彎拱鈑之力學特性為承受軸 向荷載時呈現拉壓不對稱之勢，經適當成對配置使其拉、壓互補，則 可得到對稱之力學行為。元件測試所得之遲滯迴圈相當飽滿且穩定，
其消能特性與速度無關而與位移相依，具位移型阻尼器之特徵。該研 究並進一步將韌性斜撐以成對交叉配置形式安裝於五層樓模型結
構，進行耐震測試。試驗結果證明，韌性斜撐具有相當優異之減震效 能。
本研究將發展以預彎拱鈑為核心之斜撐型抗震裝置—交叉配置 韌性斜撐，考慮固接的邊界條件之預彎拱鈑元件進行測試，以掌握其 力學行為，並進一步利用振動台試驗進行結構耐震性能試驗，以確認 其應用於結構抗震能力之可行性。此外，本文亦應用廣義文氏模型 (Generic Wen’s Model)來模擬預彎拱鈑之行為，作為預測結構動力反 應之用。本文內容安排如下：
第二章係有關挫屈型消能元件之力學行為解析模式，回顧預彎拱 鈑在固接條件下之非線性彈性挫屈勁度理論，並藉由參數分析進一步 暸解其力學特性；第三章為挫屈型消能元件之ANSYS 分析，介紹建 模、邊界條件之設定與歷時分析；第四章為試驗規劃與試驗結果之分 析，探討構件之斷面尺寸對預彎拱鈑力學特性之影響，並與 ANSYS 非線性模擬分析結果比較；第五章為預彎拱鈑遲滯迴圈之擬合，遲滯 迴圈的擬合是以文氏模型為基礎，並進一步以更複雜之廣義文氏模型 擬合遲滯迴圈拉、壓不對稱之行為。最後，並建構結構物加裝韌性斜 撐之解析模型與數值實例分析；第六章為 X 型韌性斜撐之耐震性能 測試，分別以 El Centro、Hachinohe 及 Kobe 地震做為輸入擾動進行