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7-3 實驗室振動台試驗及試驗結果

對高層建築的受風水平反應,基本上為低阻尼結構引起之隨機振動 反應,其頻寬落於第一自然頻率主導之狹窄頻帶附近。在目前階段,若 欲以振動台模擬隨機振動反應進行舒適度實驗,恐在過程及操作上較為 繁複,因此不建議採行。如同前述之大部分實驗研究,本實驗首先採正 弦波(Sinusoidal wave)振動方式讓受測者進行舒適度實驗,待舒適度標 準經統計分析的結果完成後,再假設隨機振動反應為高斯分佈之隨機過

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程,依理論公式將結果轉換成適用於實際振動情況之最大加速度值。

(a) 實驗設備與架構:

採用淡江大學土木系之電動型振動模擬台作為模擬振動的設備,在 振動台上建構一長2.0m、寬 1.5m、高 2m 之小房間作為試驗空間,底部 樓版以木心板架設,周圍牆壁則是以冷凍板架設而成;為方便進出,試 驗空間的出入口是以一般的布簾架設而成;空間內布置電腦桌子椅子各 一個,其平面圖如圖7-9所示,實體照片請見圖7-10。

2m

7-9 振動台上試驗空間之平面圖 筆記型

電腦

椅子 圖畫

書桌

1.5m

布簾

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(b) 實驗參數之選取:

實驗參數包含正弦波之頻率與振幅,仿照ISO 規範(ISO 6897-1984)

【文獻7-1】及日本規範【文獻 7-2】,低頻振動頻率範圍設在 0.1 Hz 到 1 Hz 間,分別為 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 Hz 共 6 組,振幅則設在 1 cm/sec2 到10 cm/sec2間,分別為1, 2, 4, 6, 10 cm/sec2共5 組。因此每個受測者需 接受總共30 組不同組合之測試。

(c) 實驗注意事項:

(1)許多文獻均指出振動的方向及被試驗者的姿勢(坐.站.躺.等)都會 造成不同的實驗結果,通常女生較男生敏感,小孩較大人敏感,站時較坐 姿敏感。本實驗為初步研究,採取之之樣本為 20〜25 歲之年輕人,不 考慮性別差異,不規定以何種姿勢進行測試;但因空間限制,幾乎所有

振動模擬台之控制台 7-10 試驗空間之實體照片

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因素干擾的影響,因此在實驗的過程中,將要求受測者帶耳機,並將幕 廉拉上,以避免聽覺及視覺的干擾。(3)為避免預期心理,受測者不知當 時的頻率與加速度振幅是多少,且受測者做完每次實驗必須休息 15 分 鐘左右,以免因連續的振動而造成生理上的慣性運動,更使視覺和聽覺 產生疲乏。4.為使受試者在一般狀況下接受測試,所以空間內所擺置物 品以生活化為主。

(d) 試驗流程

總共有10 位 20〜25 歲之受測者(8 位男生、2 為女生)依序於試驗 震動台上,在不同加速度振幅及不同頻率的振動下進行測試,每次受測 時間為 10 分鐘,受測者可在試驗空間內欣賞影片或玩一些小遊戲,盡 量使受試者放鬆心情,感到自在。受測者事先被告知,在試驗後要填寫 一份問卷,回答他們的感受程度。問卷內分四種感受程度 --- 程度一(無 感覺)、程度二(感覺到振動但無任何不舒適)、程度三(感到振動且 不舒適)、程度四(十分不舒適)。

(e) 試驗結果與分析:

試驗問卷結果如表七所列。由結果觀之,對每一頻率而言,落於任 一級感受程度之加速度振幅臨界值將呈現機率分佈;因加速度振幅為正 值,仿諸多文獻之作法,考慮其為對數常態(Log-Normal)分佈,以 Method of Moment 法進行擬合。程度二(感覺到振動但無任何不舒適)與程度三

(感到振動且不舒適)分別對應於ISO 規範(ISO 6897-1984)【文獻 7-1】

之感受門檻標準與舒適度標準,因此以下只探討此二種情況。

首先由擬合結果計算加速度臨界值之 PDF 值(Probability Density Function),其 PDF 值以下式表之:

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 

 

 

ς λ

− − ς

π

x x x

f ln

2 exp 1

2 ) 1

X (

其中 ζ 為ln x 之標準差(standard deviation)、λ 為 ln x 之平均數(mean value)。程度二之 PDF 曲線如圖 7-11所示,程度三之 PDF 曲線如圖 7-12 所示。

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0 2 4 6 8 10

Acceleration(cm2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

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Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm2) 0.2

Acceleration(cm/s2)

0.2

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7-13 程度二(感覺到振動但無任何不舒適)之 CDF 曲線 0.1HZ

0 2 4 6 8 10

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

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7-14 程度三(感到振動且不舒適)之 CDF 曲線

0 2 4 6 8 10

Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2)

0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

Aceleration(cm/s2) 0.2

Acceleration(cm/s2) 0.2

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再 以 數 值 積 分 求 得 加 速 度 臨 界 值 之 CDF(Cumulative Distribution Function)值,表示如下:

dx x

a x X

P

a

 

 

 

 ς

λ

− − ς

= π

<

ln

2 exp 1 2

) 1 (

程度二之 CDF 曲線如圖7-13 所示,程度三之CDF 曲線如圖7-14 所示。

CDF 值代表受測者認為該值以下為感受臨界值之機率,即感受百分 比。在程度二與程度三之CDF 值分別取 2%、10%、20%、30%、50%、

90%時之對應感受臨界值,對頻率作圖,得到加速度臨界值與頻率之關 係圖,如圖 7-15 及圖 7-16,程度二之值均較程度三之值為小,實屬合 理,但因現階段樣本數太少,結果可能不具代表性。注意圖 7-15 及圖 7-16 上所表示之加速度為最大加速度(正弦波之振幅大小)。

7-15 程度二(感覺到振動但無任

何不舒適)之標準 7-16 程度三(感到振動且不舒

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