3.6 應變計

第四章 試驗結果

此章節為中間樓層隔震縮尺振動台試驗結果，探討結構長向反應，第二組試 體進行短向與雙向地震試驗，在此僅比較結構基本特性，探討四個地震歷時 331TAP097、921TAP097、921NCREE 以及 331TAP097 Code Compatible 為 320gal 之試驗分析結果，內容包括結構基本特性、結構歷時反應、LRB 受力與位移遲滯 行為以及模態耦合效應。

4.1 結構基本特性

圖4.1.1 至圖 4.1.8 分別為四組試體長向識別之振態以及白訊試驗之系統轉換 函數，表 4.1.1 與表 4.1.3 分別為四組試體長向識別前三模態週期、模態質量參與 因子與阻尼比，比較圖表結果，四組試體結構反應主要由第一模態控制，其振態

由隔震層上方樓板反應主控，第一模態質量參與因子占 80%的比例。第一、二組

試體第三模態之模態質量參與因子次高，第三、四組試體則是第二模態之模態質 量參與因子次高。

由第一、二組試體之轉換函數得知上部結構對基底最大反應在第二模態頻含 區，下部結構對基底最大反應在第三模態頻含區，顯示上部結構與下部結構共振 頻含區相異，第一、二組試體第二模態之振態由上部結構反應主控，第三模態之 振態由下部結構反應主控，代表主控二、三模態之樓板反應共振頻含區不同，故 第一、二組試體第二、三模態非模態耦合效應；探討第三、四組試體之振態，第 二模態之振態由下部結構反應主控，第三模態之振態由上部結構反應主控，對照 轉換函數，其主控第二、三模態之上下部結構反應最大值皆在第二模態頻含區，

故第三、四組試體第二、三模態為模態耦合效應，第二模態之振態在隔震層上方 樓板與上部結構呈現線性關係，不是一般認知中上部結構呈現剛體行為，且第二 模態質量參與因子值不低，對隔震層隔震效益之影響不可忽略。

4.2 歷時反應

各小節分析結果包括三組試體於四個地震歷時之反應，並綜合討論三組試驗 結果。反應歷時圖將以331TAP097、921TAP097、921NCREE 與 331TAP097 Code Compatible 之順序依序排列。

4.2.1 位移歷時反應

(2) 第一組試體

圖 4.2.1 至圖 4.2.8 分別為四個歷時之樓層相對地表位移與層間位移反 應，主要位移反應在隔震層上方樓板，由於此試體使用第一組鋼構架，其 下部結構勁度大，下部結構位移相對控制得較小，上部結構位移反應較隔 震層上方樓板反應小，比較第一模態之振態，上部結構反應不大，類似剛 體行為，其結果近似。

(3) 第三組試體

圖 4.2.9 至圖 4.2.16 分別為四個歷時之樓層相對地表位移與層間位移 反應，主要位移反應仍在隔震層上方樓板，不同的是，第三組試體使用第 二組鋼構架，其下部結構勁度小，位移反應會較大，上部結構位移則與第 一組差異不大，結果呼應第一模態之振態，惟各樓層相對地表位移反應之 波形較第一組試體複雜，有較多高模態反應參與。

(4) 第四組試體

圖4.2.17 至圖 4.2.24 分別為四個歷時下之樓層相對地表位移與層間 位移反應，主要位移反應仍是在隔震層上方樓板，由於第四組試體與第 三組試體採用同一組鋼構架，兩組試體下部結構與上部結構位移反應差 異不大，呼應第一模態之振態結果，各樓層相對地表位移反應圖波形也

較為複雜，而第四組質量配置較第三組少，隔震層上方樓板與上部結構 位移反應之波長較短，顯示其周期較小，與識別周期結果相同。

(5) 綜合討論

比較前面三組試體，主要位移反應在隔震層上方樓板，與基礎隔震行 為相同，此外，第三組與第四組試體位移反應圖波形比較複雜，其原因可 能是高模態影響，表4.2.1 為三組試體隔震層最大位移值比較，第三組試 體反應較大，三組試體位移反應中周期延長的現象皆不明顯。

4.2.2 加速度歷時反應

(1)第一組試體

圖4.2.25 至圖 4.2.28 分別為四個歷時之樓層加速度反應，表 4.2.2 為 第一組試體各樓層對地表最大加速度比值，其中BASE、SUB、ISO 與 SUP 分別代表地表、下部結構、隔震層上方樓板與上部結構，下部結構對地表 最大加速度比值略有放大；隔震層上方樓板加速度明顯下降許多，低於地 表加速度，顯示隔震效果良好，波形仍有高模態貢獻；上部結構加速度小 於地表加速度，但低於隔震層上方樓板加速度，此現象與一般頂樓加速度 具放大效應相異，且上部結構頻率不大，可能原因是真實結構隔震層上方 多層樓簡化成上部結構單自由度系統，導致上部結構質量加載太多，無法 有效模擬真實結構物多自由度頂層反應。另外，三個樓板加速度反應之波 形皆較地表加速度複雜，有高模態反應參與，但上部結構相較於其他樓層 高模態反應較低，有濾掉高模態反應之現象。比較下部結構與隔震層上方 樓板加速度主要波形發現波長變長，明顯有周期延長的現象。

(2)第三組試體

圖 4.2.29 至圖 4.2.32 分別為四組歷時下之樓層加速度反應，表 4.2.3 為第三組試體樓層對地表最大加速度比值，下部結構相對於地表放大兩倍 以上，應是下部結構頻率較小造成此現象；隔震層之上方樓板加速度相較 於下部結構則明顯下降許多，但仍大於地表加速度；上部結構加速度明顯 小於隔震層上方樓板加速度，第三組試體上部結構配重同第一組試體，其 配重可能過大連帶影響上部結構反應。三個樓板加速度反應皆有高模態參 與，樓層愈高，高模態反應愈不明顯。

(3)第四組試體

圖 4.2.33 至圖 4.2.36 分別為四組歷時下之樓層加速度反應，表 4.2.3 為第四組試體樓層對地表最大加速度比值，在各樓板的加速度反應與第三 組試體近似，下部結構加速度放大效應明顯，隔震層上方樓板加速度較下 部結構低但仍大於地表加速度，上部結構加速度一樣偏低，而下部結構與 隔震層上方樓板加速度反應有相當比例之高模態參與。

(4)綜合討論

從三組試體結果發現，第三、第四組試體之下部結構加速度明顯大 於第一組試體，其原因可能是第三、第四組試體下部結構柱較長，其頻 率小，導致加速度放大效應明顯，而在三組樓層加速度反應中，都有高 模態之貢獻，三四組下部結構加速度相較於第一組尤其明顯，隔震層上 方樓板與上部結構加速度反應則差異不大，三組試體高模態參與隨著樓 層愈高比例愈小。藉由隔震層上方樓板與下部結構加速度之比值，探討 隔震結構之隔震效益，愈小愈能隔震效果愈好，三組試體之比值皆近似 0.6。

隔震之基本概念是經由隔震系統延長結構周期以降低結構加速度反 應，預期隔震層上方結構加速度低於基底加速度，若隔震層上方結構受到

比基底地震輸入力還大的能量，即可能失去當初隔震設計的目的。

4.2.3 樓層剪力

在此節分析結果圖中，不同時間點下之樓層剪力分布，分別取各樓層最大值，

以及最大下部結構剪力、最大基底加速度、最大下部結構加速度與最大上部結構 位移時的剪力分布情形。

(1)第一組試體

圖 4.2.37 至圖 4.2.44 分別為四組歷時下之樓層剪力反應以及不同時間 點下之樓層剪力分布，下部結構樓層剪力反應參與較多高模態，隔震層上 方樓板與上部結構樓層剪力反應之高模態參與不明顯，而不同時間點下之 樓層剪力分布得知各樓層最大值不會出現於同一時間點，隔震層上方樓板 之樓層剪力與下部結構剪力在某些時間點下呈現出相位差之現象。

(2)第三組試體

圖 4.2.45 至圖 4.2.52 分別為四組歷時下之樓層剪力反應以及不同時間 點下之樓層剪力分布，各樓層剪力比第一組試體之樓層剪力反應大，在高 模態反應參與方面，下部結構最為明顯，隨著樓層愈高，參與愈不明顯，

不同時間點下之樓層剪力分布，得知各樓層最大值非同一時間點，隔震層 上方樓層剪力與下部結構剪力仍呈現相位差之現象。

(3)第四組試體

圖 4.2.53 至圖 4.2.60 分別為四組歷時下之樓層剪力反應以及不同時間 點下之樓層剪力分布，各樓層剪力大於第一、三組試體樓層剪力反應，高 模態反應參與方面，此組試體上下部結構樓層剪力反應高模態貢獻量與第 三組試體近似，隔震層上方樓板之樓層剪力，高模態貢獻量最小。不同時

間點下之樓層剪力分布除剪力值較大外，各樓層最大值也非同一時間點，

隔震層上方樓層與下部結構之剪力也是呈現相位差之現象。

(6) 綜合討論

樓層剪力方面，第四組試體明顯大於第一、三組試體，第三組試體大 於第一組試體，高模態反應參與方面，第三、四組試體上下部結構大於第 一組試體，表4.2.5 為下部結構樓層剪力值檢核，Vs 為隔震層上方樓板之 樓層剪力值，Vb 為下部結構樓層剪力值，表中數值由各樓層最大剪力值 計算得到，依據我國隔震規範規定，隔震層下方基底剪力設計值為隔震層 上方剪力設計值 1.25 倍，而第一、三組試體下部結構樓層剪力值大於隔 震層上方樓層剪力值之 1.25 倍，可見國內耐震設計規範對於隔震層上下 結構剪力之設計仍有深入探討之空間。

4.2.4 遲滞迴圈

(1)第一組試體

圖 4.2.61 至圖 4.2.64 分別為四組歷時下 LRB 之遲滯迴圈圖，因為地 震特性造成剪力位移量大小不同，而四組 LRB 遲滯迴圈於中段有束縮情 況發生，與元件測試結果相同。

(2)第三組試體

圖 4.2.65 至圖 4.2.68 分別為四組歷時下 LRB 之遲滯迴圈圖，第三組

圖 4.2.65 至圖 4.2.68 分別為四組歷時下 LRB 之遲滯迴圈圖，第三組