第四章 摩擦制震壁之耐震性能測試
4.2 耐震性能測試
4.2.3.3 Kobe Earthquake
Kobe 地震擾動下，各樓層之加速度反應歷時如圖 4.40~圖 4.43 所示。各樓層加速度反應峰值整理於表 4.9。試驗結果顯示，在不同 地表擾動強度(PGA)下，裝設摩擦阻尼器皆能有效降低其加速度峰 值。地震強度為 PGA=0.2g 時，5F 加速度峰值反應有放大的情況，但 其餘各樓層皆有所折減。頂樓加速度峰值於 PGA=0.2g 時折減率為 2%，隨著地震強度的提升，其效益亦有所提升，當地震強度增強為 PGA=0.78g 時，頂樓加速度峰值折減效益升為 40%，當地震強度再增 強至 PGA=1.01g 時，頂樓加速度峰值亦有 36%之折減率。地震強度為 PGA=0.4g 時，各樓層的加速度峰值折減率皆有 20%以上，3F 加速度
各樓層加速度反應之均方根值(root-mean-squares,RMS)的比 較歸納於表 4.10。RMS 結果反映出更為顯著之折減效益，主要是能 量衰減累積之故。當 PGA=0.18g 時，5F 加速度均方根值折減率達 58%，當地震強度提升時，其折減效益亦進一步提升，當 PGA＝0.78g 時，折減效益更提升至 77％。當地震強度為 PGA=0.4g 以上時，各樓 層加速度均方根值之折減率均超過 70%。
本文利用 ARX 模型進行摩擦阻尼結構之系統識別分析，於不同震 度之 Kobe 地震下，僅能識別出第一模態。識別所得之等效自然頻率 與等效阻尼比整理於表 4.11。其結果顯示，結構物安裝摩擦阻尼器 後，結構物之自然頻率和其等效阻尼比皆有所提升，表示加裝摩擦阻 尼器對整體結構具有加勁與消能之作用。以 PGA=0.4 為例，加裝摩擦 阻尼器後，其第一振態頻率由原先的 1.45Hz 提升至 2.77Hz，阻尼比 也由原先的 1.96%大幅提昇至 11.39%；當地震強度增強，其第一振態 頻率增幅趨緩，以 PGA=1.01g 為例，第一振態頻率由 PGA=0.2g 時之 2.83Hz 降為 2.3Hz，阻尼比由 8.81%大幅提昇至 22.34%。惟無論如何，
其結果皆比空構架時之第一振態頻率為高。此一結果顯示，地表擾動 較小時，因摩擦介面尚未產生相對滑動，摩擦制震壁之作用如同剪力 牆，摩擦阻尼斜撐之作用亦如同斜撐一般，因此提供結構較大之剛
進而使得整體結構之剛性略為降低，故其自然頻率之增加程度相對較 小。
此外，經由系統識別亦可得到加速度頻域響應函數(傳遞函數)，
其比較如圖 4.44~4.47 所示。結果顯示，加裝摩擦阻尼器後加速度傳 遞函數之數峰值明顯受到壓制，且對於幾個較低頻振態反應有顯著之 壓制情況，但於高頻(10Hz 以上)反應卻有些放大的現象，此乃因摩 擦阻尼器於滑動─不滑動狀態交替之不連續點造成高頻反應放大的 結果，惟高頻反應所佔之模態參與係數很小，故對於整體結構之動態 歷時反應的影響有限。
4.3 小結
根據耐震性能測試結果顯示，結構加裝摩擦阻尼器對於樓層加速 度反應峰值及均方根值皆有顯著的折減效益，且對於結構之自然振動 頻率及阻尼比亦有所提升。頻域分析結果顯示，結構加裝摩擦阻尼器 可大幅提升低頻振態之等效阻尼比，對加速度頻域響應函數之低頻振 態有壓制情形，惟高頻反應則有放大情形，幸而高頻反應所佔之模態 參與係數極低，故其高頻放大之情況不至於影響整體耐震性能。結構 加裝摩擦制震壁確實可達到減震之目的，其減震效能隨地震強度之增 加而提升。
表 4.1 五層樓鋼結構模型細部尺寸
Cross section of column (mm) 100*50*5*7 Cross section of beam (mm) 100*50*5*7
表 4.2 五層樓鋼結構模型之模擬參數(動力特性)
表 4.3 各樓層加速度峰值反應比較(Input=El Centro) El Centro Earthquake (peak)
PGA=0.17g PGA=0.34g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.34 0.34 0 0.66 0.64 2
5F 0.30 0.37 -23 0.58 0.57 0
4F 0.28 0.24 17 0.55 0.42 23
3F 0.23 0.23 3 0.45 0.41 9
2F 0.26 0.18 31 0.50 0.34 31
PGA=0.64g PGA=0.79g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 1.25 0.95 24 1.55 1.22 21
5F 1.09 0.99 9 1.36 1.11 18
4F 1.04 0.72 31 1.29 0.86 33
3F 0.85 0.59 31 1.06 0.69 34
2F 0.94 0.84 10 1.17 1.00 15
表 4.4 各樓層加速度均方根值比較(Input=El Centro) El Centro Earthquake (R.M.S)
PGA=0.17g PGA=0.34g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.13 0.05 61 0.25 0.09 63
5F 0.13 0.05 59 0.25 0.10 61
4F 0.10 0.04 61 0.19 0.07 66
3F 0.08 0.03 61 0.16 0.06 65
2F 0.07 0.03 63 0.14 0.05 61
PGA=0.64g PGA=0.79g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.48 0.16 68 0.60 0.18 69
5F 0.47 0.16 67 0.58 0.18 69
4F 0.36 0.12 68 0.45 0.14 70
3F 0.31 0.10 69 0.38 0.11 70
表 4.5 模型結構之等效頻率與阻尼比(Input=El Centro) El Centro Earthquake
PGA=0.17g PGA=0.34g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.44 0.30 2.91 8.67 1.44 0.30 2.75 14.10
2 4.50 0.21 N/A N/A 4.50 0.21 N/A N/A
3 7.55 0.13 N/A N/A 7.55 0.13 N/A N/A
4 10.19 0.19 N/A N/A 10.19 0.19 N/A N/A
5 12.10 0.27 N/A N/A 12.10 0.27 N/A N/A
PGA=0.64g PGA=0.79g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.44 0.30 2.39 20.88 1.44 0.30 2.22 20.45
2 4.50 0.21 N/A N/A 4.50 0.21 N/A N/A
3 7.55 0.13 N/A N/A 7.55 0.13 N/A N/A
4 10.19 0.19 N/A N/A 10.19 0.19 N/A N/A
5 12.10 0.27 N/A N/A 12.10 0.27 N/A N/A
表 4.6 各樓層加速度峰值反應比較(Input=Hachinohe) Hachinohe Earthquake (peak)
PGA=0.18g PGA=0.35g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.53 0.28 48 1.03 0.53 49
5F 0.48 0.27 43 0.92 0.58 37
4F 0.40 0.22 45 0.77 0.45 41
3F 0.37 0.15 60 0.73 0.37 49
2F 0.33 0.23 31 0.64 0.52 19
PGA=0.58g PGA=0.76g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 1.71 0.62 64 2.24 0.94 58
5F 1.53 0.79 48 2.00 0.90 55
4F 1.27 0.54 57 1.66 0.67 60
3F 1.20 0.71 41 1.58 0.76 52
2F 1.06 0.76 28 1.39 0.77 45
表 4.7 各樓層加速度均方根值比較(Input=Hachinohe) Hachinohe Earthquake (R.M.S)
PGA=0.18g PGA=0.35g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.21 0.05 74 0.41 0.09 78
5F 0.20 0.06 73 0.39 0.10 76
4F 0.15 0.04 71 0.29 0.08 73
3F 0.15 0.04 76 0.29 0.07 77
2F 0.12 0.03 75 0.23 0.08 67
PGA=0.58g PGA=0.76g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.68 0.13 81 0.89 0.18 80
5F 0.65 0.14 79 0.85 0.19 78
4F 0.47 0.11 76 0.62 0.15 75
3F 0.48 0.10 79 0.62 0.13 79
表 4.8 模型結構之等效頻率與阻尼比(Input=Hachinohe) Hachinohe Earthquake
PGA=0.18g PGA=0.35g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.45 3.08 3.07 3.74 1.45 3.08 2.80 10.97
2 4.57 1.81 N/A N/A 4.57 1.81 N/A N/A
3 8.51 5.56 N/A N/A 8.51 5.56 N/A N/A
4 11.66 2.50 N/A N/A 11.66 2.50 N/A N/A
5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
PGA=0.58g PGA=0.7g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.45 3.08 2.69 14.92 1.45 3.08 2.48 25.06
2 4.57 1.81 N/A N/A 4.57 1.81 N/A N/A
3 8.51 5.56 N/A N/A 8.51 5.56 N/A N/A
4 11.66 2.50 N/A N/A 11.66 2.50 N/A N/A
5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
表 4.9 各樓層加速度峰值反應比較(Input=Kobe) Kobe Earthquake (peak)
PGA=0.2g PGA=0.4g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.44 0.42 2 0.87 0.70 20
5F 0.36 0.46 -27 0.73 0.58 21
4F 0.29 0.24 15 0.57 0.46 21
3F 0.32 0.21 33 0.64 0.35 46
2F 0.28 0.21 22 0.55 0.40 28
PGA=0.78g PGA=1.01g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 1.70 1.02 40 2.21 1.42 36
5F 1.42 0.99 30 1.85 1.61 13
4F 1.12 0.69 38 1.46 0.94 35
3F 1.25 0.65 48 1.63 0.96 41
2F 1.08 0.80 25 1.40 1.05 25
表 4.10 各樓層加速度均方根值比較(Input=Kobe) Kobe Earthquake (R.M.S)
PGA=0.2g PGA=0.4g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.13 0.05 61 0.26 0.07 72
5F 0.12 0.05 58 0.25 0.07 71
4F 0.09 0.03 62 0.18 0.05 74
3F 0.09 0.03 67 0.18 0.04 77
2F 0.07 0.03 63 0.14 0.04 73
PGA=0.78g PGA=1.01g
Floor
w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%) w/o damper(g) w/ damper(g) Reduction(%)
RF 0.50 0.11 77 0.66 0.16 76
5F 0.48 0.12 76 0.63 0.16 75
4F 0.35 0.08 76 0.46 0.11 77
3F 0.35 0.07 79 0.45 0.09 79
表 4.11 模型結構之等效頻率與阻尼比(Input=Kobe) Kobe Earthquake
PGA=0.2g PGA=0.4g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.45 1.96 2.83 8.81 1.45 1.96 2.77 11.39
2 4.56 1.38 N/A N/A 4.56 1.38 N/A N/A
3 8.71 6.40 N/A N/A 8.71 6.40 N/A N/A
4 11.81 2.84 N/A N/A 11.81 2.84 N/A N/A
5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
PGA=0.78g PGA=1.01g
w/o damper w/ damper w/o damper w/ damper Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Frequency Damping Mode
(Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) (Hz) Ratio(%) 1 1.45 1.96 2.45 22.72 1.45 1.96 2.30 22.34
2 4.56 1.38 N/A N/A 4.56 1.38 N/A N/A
3 8.71 6.40 N/A N/A 8.71 6.40 N/A N/A
4 11.81 2.84 N/A N/A 11.81 2.84 N/A N/A
5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
圖 4.1 振動台油壓致動器
圖 4.2 地震模擬振動台
圖 4.3 五層樓鋼結構模型
圖 4.4 407 控制器
圖 4.5 IMC 資料擷取系統
圖 4.6 加速度規(Accelerometers)
特殊合金鈑 鈑厚:6mm 單位:mm
圖 4.7 特殊合金鈑細部設計圖
上鋼鈑A 單位:mm
(銲長)（銲角長）
490 5
填角銲
圖 4.8 Type A-上鋼鈑細部設計圖
T型鋼A 單位:mm
(銲長)（銲角長）
420 5
填角銲
圖 4.9 Type A-T 型鋼細部設計圖
下鋼鈑A 鈑厚:6mm 單位:mm
圖 4.10 Type A-下鋼鈑細部設計圖
角鋼A
上鋼鈑A
下鋼鈑A 角鋼B
特殊合金鈑
T型鋼A
圖 4.11 Type A-組裝示意圖
上鋼鈑B 單位:mm
(銲長)（銲角長）
410 5
填角銲
圖 4.12 Type B-上鋼鈑細部設計圖
T型鋼B 單位:mm
(銲長)（銲角長）
420 5
填角銲
圖 4.13 Type B-T 型鋼細部設計圖
下鋼鈑B 鈑厚:6mm 單位:mm
圖 4.14 Type B-下鋼鈑細部設計圖
角鋼A
上鋼鈑B
下鋼鈑B 角鋼B
T型鋼B 特殊合金鈑
圖 4.15 Type B-組裝示意圖
角鋼A 鈑厚:10mm 單位:mm
(銲長)（銲角長）
300 5
填角銲
圖 4.16 角鋼 A 細部設計圖
角鋼B 鈑厚:10mm 單位:mm
(銲長)（銲角長）
300 5
填角銲
圖 4.17 角鋼 B 細部設計圖
圖 4.18 摩擦制震壁組裝完成照片
圖 4.19 摩擦阻尼斜撐模組細部設計圖
圖 4.20 摩擦阻尼斜撐組裝示意圖
圖 4.21 摩擦阻尼斜撐組裝完成照片
0 20 40 60 Time (sec)
-0.5 0 0.5
Ground Motion (g)
(a) El Centro Earthquake
0 10 20 30 40
Time (sec) -0.5
0 0.5
Ground Motion (g)
(b) Hachinohe Earthquake
0 10 20 30 40 50
Ground Motion (g)
(c) Kobe Earthquake
圖 4.23 摩擦阻尼器耐震性能測試構架組裝完成照片
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
圖 4.25 各樓層加速度反應歷時之比較(El Centro；PGA=0.34g)
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
圖 4.27 各樓層加速度反應歷時之比較(El Centro；PGA=0.79g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.28 各樓層加速度頻域響應函數之比較(El Centro；PGA=0.17g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.29 各樓層加速度頻域響應函數之比較(El Centro；PGA=0.34g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.30 各樓層加速度頻域響應函數之比較(El Centro；PGA=0.64g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.31 各樓層加速度頻域響應函數之比較(El Centro；PGA=0.79g)
0 4 8 12 16
0 4 8 12 16
圖 4.33 各樓層加速度反應歷時之比較(Hachinohe；PGA=0.35g)
0 4 8 12 16
0 4 8 12 16
圖 4.35 各樓層加速度反應歷時之比較(Hachinohe；PGA=0.76g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.36 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Hachinohe；PGA=0.18g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.37 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Hachinohe；PGA=0.35g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.38 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Hachinohe；PGA=0.58g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.39 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Hachinohe；PGA=0.76g)
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
圖 4.41 各樓層加速度反應歷時之比較(Kobe；PGA=0.4g)
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
圖 4.43 各樓層加速度反應歷時之比較(Kobe；PGA=1.01g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.44 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Kobe；PGA=0.2g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.45 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Kobe；PGA=0.4g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.46 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Kobe；PGA=0.78g)
0 4 8 12 16 20
圖 4.47 各樓層加速度頻域響應函數之比較(Kobe；PGA=1.01g)