試驗規劃

本試驗於五層樓鋼結構模型各樓層兩側共安裝十組韌性斜撐進 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 6.10 所示。為了避免未安裝阻尼器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，加裝韌性斜撐之試驗結果則為直接實際量測值。

6.4 耐震性能試驗與評估

本節將採用第五章發展的數值模型進行分析，俾與韌性斜撐耐震 性能測試結果比較。

廣義文氏模型係以 A、n、β₁、β₂、β₃、β₄、β₅及β₆等八個參 數來描述形狀函數。在本案例中，乃針對預彎拱鈑厚度 2mm 之元件 測試結果，以 Matlab 程式計算，經過多次試誤分析後，得到一組較 佳之模擬參數如表 5.4 所示。圖 5.5 為元件測試遲滯迴圈與數值模擬 結果之比較，其中試驗與模擬分析之最大值出力均作正規化以茲比 較。結果顯示，模擬分析結果與試驗值相當接近，後續結構動態反應 分析將以該組參數代入廣義文氏模型以描述預彎拱鈑之行為。

將耐震性能測試時於振動檯檯面所量測之加速度歷時做為模擬 之輸入震波，包括 El Centro（PGA=0.28g、0.409g）、Hachinohe

（PGA=0.306g、0.442g）及 Kobe（PGA=0.318g、0.519g）等六組地 震。五層樓鋼結構模型於不同擾動震波作用下之試驗及模擬結果討論 如后：

6.4.1 El Centro Earthquake

(A) PGA=0.28g

(a) 試驗結果

在PGA=0.28g El Centro地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值

歸納於表 6.3。試驗結果顯示，除了四樓的加速度反應有折減外，其 餘各樓層皆有放大的現象。

各樓層加速度反應均方根值(root-mean-squares, RMS)比較結果 歸納於表 6.4。各樓層加速度均方根值之折減率皆達到 60%，折減效 能相當顯著之，主要為能量衰減累積之故。

進一步由動力特性來探討，利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器 之系統識別分析，識別所得之自然頻率與等效阻尼比如表6.5 所示。

結果顯示，結構之第一振態頻率由 1.45Hz 增為 2.11Hz，而等效阻尼 比明顯的由0.29%增為 6.7%；第二振態頻率由 4.53Hz增為6.13Hz，

阻尼比由 0.33%增為 3.7%。加裝韌性斜撐後，結構之自然振動頻率

及阻尼比皆有提升，顯示韌性斜撐對結構有加勁及消能之作用。各樓 層加速度反應及頻域響應函數比較如圖 6.11 所示。試驗結果顯示，

加裝韌性斜撐後，對於低振態反應有壓制的效果，但高頻反應則有放 大的趨勢。

(b) 模擬分析結果

在PGA=0.28g El Centro地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值

歸納於表 6.3。模擬分析結果顯示，除了頂樓及五樓的加速度反應有 放大的現象外，其餘各樓層皆有折減效果。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果歸納於表 6.4。各樓 層加速度均方根值皆有折減，除頂樓折減率為36%相對較低外，其餘

各樓層之折減率都可達50%，折減效益相當顯著，主要是能量衰減累 積之故。

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，識別所得 之自然頻率與等效阻尼比如表6.5 所示。模擬分析結果顯示，結構之 第一振態頻率由 1.45Hz 增為 3.28Hz，而等效阻尼比明顯的由 0.29%

增為5.1%；第二振態頻率由4.53Hz 增為7.76Hz，阻尼比由0.33%增 為 0.8%。結構加裝韌性斜撐後，其自然振動頻率及等效阻尼比皆提 升，即阻尼器有加勁及消能之作用。各樓層加速度反應及頻域響應函 數比較如圖 6.12 所示。模擬分析結果顯示，結構於加裝阻尼器後，

低振態反應明顯較未安裝阻尼器時之反應小，高頻反應則有放大的趨 勢，與試驗結果所觀察到的趨勢相當一致。

(B) PGA=0.409g

(a) 試驗結果

在PGA=0.409g El Centro 地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值

歸納於表 6.3。結果顯示，除了四樓的加速度反應有折減外，其餘各 樓層皆有放大的現象。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果歸納於表 6.4。各樓 層加速度均方根值折減率皆幾達70%，反映出顯著之折減效益，主要 為能量衰減累積之故。

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，識別所得 之自然頻率與等效阻尼比等動力特性歸納於表 6.5。結果顯示，結構 之第一振態頻率由1.45Hz增為2.08Hz，而等效阻尼比明顯的由0.29%

增為7.5%；第二振態頻率由4.53Hz 增為6.09Hz，阻尼比由0.33%增 為4.9%。加裝韌性斜撐後，結構之自然振動頻率及阻尼比皆有提升，

顯示韌性斜撐對結構不僅能提供勁度更有吸收能量之功用。各樓層加 速度反應及頻域響應函數比較如圖 6.13 所示。試驗結果顯示，加裝 阻尼器後，對於低振態反應有壓制的效果，但高頻反應則有放大的趨 勢。

(b) 模擬分析結果

在PGA=0.409g El Centro 地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值

歸納於表 6.3。模擬分析結果顯示，除了頂樓的加速度反應有放大的 現象外，其餘各樓層皆有折減效果。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果歸納於表 6.4。各樓 層加速度均方根值皆有折減，除頂樓折減率為40%，其餘各樓層折減 率皆超過50%，反映出顯著之折減效益，此歸因於能量衰減累積之故。

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，識別所得 之自然頻率與等效阻尼比如表 6.5 所示。模擬分析結果顯示，當 PGA=0.409g時，結構之第一振態頻率由1.45Hz增為 3.25Hz，而等效 阻尼比明顯的由 0.29%增為 6.3%；第二振態頻率由 4.53Hz 增為

7.74Hz，阻尼比由0.33%增為0.9%。結構加裝阻尼器後，其自然振動

頻率及等效阻尼比皆提升，顯示阻尼器有加勁及消能之作用。各樓層 加速度反應及頻域響應函數比較如圖6.14所示。模擬分析結果顯示，

加裝韌性斜撐之結構，低振態反應明顯小於未安裝之反應，而高頻反 應則有放大的趨勢，與試驗結果相符。

(C) 模擬分析與試驗結果比較

從試驗及模擬結果來看，隨著輸入震波的增強，頂樓及五樓之加 速度峰值折減效果愈佳，但二樓及四樓之加速度峰值折減效果則相 反。在各樓層加速度均方根值之折減率上，不管是試驗或模擬之結果 都相當不錯，且隨著輸入強度的增大，減震效益愈佳。另外，模擬分 析結果效益不如試驗結果，由圖 6.15 之結果顯示，測試所得之遲滯

迴圈較模擬分析結果飽滿。此外，試驗結果所識別之阻尼比高於模擬 分析所識別之結果，表示模擬分析之遲滯模型仍不足以完全反映真實 之行為。惟不論試驗或模擬結果都顯示，各模態之等效阻尼比皆有隨 著地震強度增加而增加的趨勢，此乃預彎拱鈑在強震下因降伏程度增 加而吸收更多的能量所致；反之，各振態頻率隨著地震強度之提升而 降低，此乃預彎拱鈑降伏程度增加，導致整體結構之勁度減低所致。

6.4.2 Hachinohe Earthquake

(A) PGA=0.306g

(a) 試驗結果

PGA=0.306g Hachinohe地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值歸

納於表 6.6。試驗結果顯示，各樓層加速度反應峰值之折減率皆大於 35%，尤其五樓及頂樓更超過40%。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果歸納於表 6.7。當

PGA=0.306g時，各樓層均方根值折減皆超過 70%。折減效能相當顯

著，主要為能量衰減累積之故。

進一步由動力特性來探討，利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器 之系統識別分析，識別所得之自然頻率與等效阻尼比歸納於 6.8。試 驗結果顯示，結構安裝韌性斜撐後，第一振態頻率由 1.43Hz 增加為

2.07Hz，阻尼比也由 0.29%提升至 9.3%，第二振態頻率則由 4.53Hz

增加為6.85Hz，等效阻尼比0.33%由增加至 4.4%。加裝韌性斜撐後，

結構之自然振動頻率及阻尼比皆有提升，顯示韌性斜撐對結構有加勁 及消能之作用。各樓層加速度反應及頻域響應函數比較如圖 6.16 所 示。試驗結果顯示，結構加裝韌性斜撐後，在低振態反應明顯比未安 裝阻尼器時之反應小，但高頻反應則有逐漸增大之趨勢。

(b) 模擬分析結果

PGA=0.306g Hachinohe地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值歸

納於表 6.6。模擬分析結果顯示，雖然各樓層之加速度峰值反應皆有 折減，但愈高樓層之折減效果愈差。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果如表 6.7 所示。各樓 層加速度均方根值折減率皆有折減，除頂樓折減率為 47%較低外，其 餘各樓層折減率皆達50%，折減效益相當顯著，主要為能量衰減累積 之故。

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，識別所得 之自然頻率與等效阻尼比如表 6.8 所示。模擬分析結果顯示，當 PGA=0.306g時，第一振態頻率由1.45Hz增加為 3.27Hz，阻尼比也由 0.29%提升至 6.4%，第二振態頻率則由 4.53Hz 增加為 7.73Hz，等效

阻尼比 0.33%由增加至 1.4%。結構加裝韌性斜撐後，其自然振動頻 率及等效阻尼比等動力特性皆提升，顯示阻尼器有加勁及消能之作 用。各樓層加速度反應及頻域響應函數比較如圖 6.17 所示。模擬分 析結果顯示，結構於加裝阻尼器後，低振態反應較未安裝阻尼器時之 反應小，在高頻反應則有放大的趨勢，與試驗結果所觀察到的趨勢相 當一致。

(B) PGA=0.442g

(a) 試驗結果

PGA=0.442g Hachinohe地震波擾動下，各樓層加速度反應峰值比

較歸納於表 6.6。結果顯示，雖然加速度反應峰值皆有折減，但只有 頂樓折減率達30%，其他樓層之折減效果則較低。

各樓層加速度反應均方根值(RMS)比較結果歸納於表 6.7。各層 樓折減率皆超過 70%，五樓及頂樓更達到 77%之折減效果，由此可 看出安裝韌性斜撐之減震效能。反映出顯著之折減效益，此歸因於能 量衰減累積之故。

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，可進一步

利用 ARX 模型進行結構安裝阻尼器之系統識別分析，可進一步