縮尺摩擦阻尼斜撐之元件測試

4.2.1 縮尺摩擦阻尼斜撐之細部設計

縮尺寸摩擦阻尼斜撐之設計圖如圖 4.1 所示，主要包含: 上、下 兩段 H 型鋼、二片外覆鋼鈑及特殊合金夾層。其中，上半段 H 型鋼 尺寸為

100 × 50 × 5 × 7

100 × 50 × 5 × 7

腹鈑中開設長槽孔，以提供摩擦阻尼斜撐上、下段之相對位移空間，

其細部設計圖如圖 4.3 所示。合金夾層及外覆鋼鈑(圖 4.4)分別與上、

下段型鋼連結，並利用 4 根 M10 內六角螺栓與上半段型鋼接合。由 於摩擦阻尼斜撐之摩擦介面係於下段型鋼開設長槽孔，故合金層與外 覆鋼鈑在此處採用 M10 螺栓，並利用扭力扳手控制所需之扭力。

4.2.2 測試機構與測試規劃

„ 測試機構

元件測試構架之設計如圖 4.5 所示，係利用一 H 型鋼（基礎底座）

與反力座將 1.5tf 油壓致動器安裝於 H 型鋼上，並於測試構架上安裝 一荷重元（Load Cell: ±5 tf）以直接量測摩擦阻尼器之反力；摩擦阻 尼斜撐之位移係由致動器內建之位移計（LVDT）直接量測而得。測 試時將摩擦阻尼斜撐安裝於測試構架之反力座上。圖 4.6 為組裝完成 之測試構架。

„ 測試規劃

由先前張簡嘉賞【23】之研究發現，作為驅動力來源的 1.5tf 油 壓致動器，因內部缸體小、衝程小、油料進出之閥門亦很小，當致動 器快速運作時，致動器內部油料須於油閥孔隙間快速進出，因而產生 自身之阻抗力，該阻抗力會影響縮尺摩擦阻尼斜撐之力學行為。當輸

庫侖摩擦機制之特徵。因此，為避免油壓致動器的性能造成試驗結果 的誤判，縮尺寸之摩擦阻尼斜撐皆採用頻率為 0.1Hz 作為輸入頻率，

考慮三種不同的振幅(5mm、10mm、15mm)，每一振幅皆進行 5 次循 環。此外，本系列試驗亦探討不同之螺栓扭力(1N-m、2 N-m 及 3 N-m) 對摩擦阻尼器的影響。

4.2.3 試驗結果與討論

縮尺摩擦阻尼斜撐元件測試之目的，在於耐震性能試驗前先掌握 阻尼器的力學行為，以決定最佳設計參數。本試驗分別於摩擦介面上 每組 M10 螺栓各別施加 1N-m、2N-m 及 3N-m 的扭力，並經由式(2.1) 換算其介面總正向力為 81.5kgf、163.1kgf 及 244.6kgf。

圖 4.7~4.9 為對應於不同扭力之摩擦力遲滯迴圈。其結果顯示，

各組試驗之遲滯迴圈均相當飽滿，但於角落皆有摩擦力突起的情況發 生，推測其原因可能為構架定位精準度的問題。以圖 4.5 做說明，摩 擦阻尼斜撐之構架定位必須保持平面內(in-plane)，但於安裝後發現其 定位尚有平面外(out-of-plane)之偏差，導致測試振幅較大時 Load Cell 所量到的不單是摩擦力，亦有構件互相頂觸所產生之軸力。此外，測 試構架定位不精準亦造成開設槽孔之下方 H 型鋼於試驗往復運動 時，因平面外(out-of-plane)定位偏差造成該型鋼腹鈑與特殊合金鈑間 有刮痕，如圖 4.10 所示。此刮痕於測試振幅較小時對整體出力影響

不大，但於較大位移時因磨痕較深且範圍大，遲滯迴圈四周因出力增 加而產生翹起之現象。

表 4.1 為各扭力對應下各振幅之最大出力歸納表。結果顯示，介 面摩擦力隨正向力增加而增大，但不呈線性關係，如圖 4.11 所示。

此外，介面摩擦係數隨著應力的增加而減少(圖 4.12)，此與先前實尺 寸摩擦阻尼器之測試結果相符。本試驗阻尼器之摩擦係數皆維持在

75 .

=0

μ 以上。

綜合本節縮尺寸摩擦阻尼斜撐之元件測試結果，歸納以下結論:

1. 縮尺摩擦阻尼斜撐之遲滯迴圈飽滿，顯示能有效消散地震能量。

惟測試構架定位精準度不足的問題，造成測試振幅較大時在迴圈 角落有力量增大的情形。基本上，若忽略此部份，遲滯迴圈之特 徵仍符合庫侖摩擦機制。

2. 縮尺摩擦阻尼斜撐試驗結果顯示，其摩擦係數隨著介面壓應力增 加而減少，且介面總摩擦力仍隨正向力增加而增大，但不呈線性 關係。

3. 後續之耐震性能試驗，將以小振幅(5mm)試驗所得之摩擦機制作 為摩擦阻尼斜撐之設計參考依據。