試驗規劃

(1)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 5.15)及3^m×3^m的不銹鋼桌台 (圖 5.16)。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。

(2)五層樓鋼結構模型

本次耐震性能試驗係將液流阻尼器安裝於一座五層樓鋼結構模 型之ㄧ、二樓上進行測試，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 5.17)，相關之結構參數如表 5.5 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，第一模態之等效阻尼比為 0.29％。第二模態之頻率及 等效阻尼比為 4.53 Hz 及 0.33％，第三模態之頻率及等效阻尼比為 7.59 Hz 及 0.25％，識別所得之各樓層模態如圖 5.55 所示。識別出各 振態之頻率及阻尼比歸納於表 5.6。

(3)控制系統與資料擷取系統

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 5.18 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 5.19 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。

(4)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 5.20(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。

本試驗於一樓液流阻尼器內側各安裝一組雷射位移計（Wenglor,

±15 cm）用以量測液流阻尼器之軸向位移，其動態量測範圍為 30cm，

如圖 5.20(b)所示。

(c)荷重元(Load cell)

為掌握液流阻尼器於結構受震過程中的遲滯消能行為，規劃於一 樓兩側之液流阻尼器中安裝兩組動態荷重元（Jih-Sense，LM-2T），

如圖 5.20(c)所示，每組荷重元之荷載上限為 2tf。

5.3.2 試驗計劃

本系列試驗規劃於五層樓鋼結構模型一、二樓層兩側計安裝四組 液流阻尼器進行耐震性能測試。試驗所用之輸入震波係以國際結構控 制 協 會 （ International Structural Control Society ） 所 建 議 之 Kobe Earthquake、Hachinohe Earthquake 及 El Centro Earthquake 等地震作為 輸入地表擾動，並調整其最大地表加速度進行一系列之耐震試驗。三 組輸入震波之歷時如圖 5.21 所示。為了避免未以液流阻尼器保護之 空構架結構於試驗中受損，有關空構架之試驗僅採用 PGA=0.1g 的地 震強度進行測試，其餘更大地震強度之空構架試驗結果係依照地震強 度作線性比例放大，加裝液流阻尼器之試驗結果則為直接量測值。

結構框架之對角，阻尼器乃固定於 H 型鋼翼鈑上做為連結，其接頭 之細部設計如圖 5.22(a)所示；圖 5.22(b)為液流阻尼器實際安裝於鋼 結構樓層之間。圖 5.23 為液流阻尼器安裝於五層樓鋼結構模型之成 品。