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研究生： 吳依寰
Wu, Yi-Huan
論文名稱： 摩擦型阻尼器系統之擬動態試驗與振動台驗證
Pseudodynamic Testing and Shaking Table Verification of Friction Damper Systems
指導教授： 朱世禹
Chu, Shih-Yu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2011
畢業學年度： 99
語文別： 中文
論文頁數： 160
中文關鍵詞： 振動台實驗 、隔震系統 、摩擦型阻尼器 、擬動態實驗 、多重取樣量測技術
外文關鍵詞： Shaking Table Test, Isolation System, Friction Damper, Pseudo-Dynamic Test, Multiple Sampling Techniques
相關次數： 點閱：82  下載：2 
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    • 振動台實驗為所有結構實驗中最能呈現結構受震波作用下之動態行為，但縮小的結構模型則礙於尺寸效應，無法真實模擬實尺寸結構之耐震行為。因此，以油壓致動器配合實尺寸模型之擬動態實驗為經濟且適當之折衷試驗方法。為探討一般隔減振元件採用擬動態實驗進行性能測試之可行性與正確性，本文設計一單自由度隔震結構裝置摩擦阻尼器元件，首先進行數值模擬分析，以規劃適當之振動台實驗參數，並將此隔震結構進行振動台實驗；其次，將摩擦阻尼器此一非線性元件取出，並將單自由度隔震系統數值模型化，進行多重取樣量測之擬動態實驗；最後將振動台實驗結果與擬動實驗結果進行比較。本文之擬動態實驗結果顯示：（1）多重取樣量測可以使回授之摩擦力訊號較準確，減少擬動態實驗產生之誤差。（2）擬動態實驗為量測實驗試體之反力，再回授至電腦數值模型中以模擬以計算下一步反應。此實測之試體反力，可直接反應數值模型不易模擬之元件特性。（3）擬動態之實驗結果與振動台實驗之結果比較顯示兩者行為趨勢相符，且極值相同。表示透過擬動態實驗確實可取代振動台實驗。

    In order to investigate the feasibility and accuracy of the vibration control performance of friction dampers tested by the pseudodynamic test, a single-degree-of- freedom isolation system equipped with a friction damper is designed and simulated in this study. Firstly, the isolated system is tested by the shaking table test. Secondly, the friction damper is adopted by the proposed pseudodynamic test using the multiple sampling techniques while the main structure is simulated as a numerical model in the control computer. Finally, we compare the results of pseudodynamic test and shaking table test. The results of pseudodynamic test have demonstrated that multiple sampling techniques can improve the accuracy of friction force signal to reduce error caused by step-by-step integration method in pseudodynamic test. Besides, the friction force of specimen is measured and fed back to the numerical model to compute the displacement of the next step. It can represent the real behavior of friction damper while the corresponding mathematical model is unknown or complicated to identify. Finally, the results of pseudodynamic test and shaking table test are similar and the peak values of structural responses are the same. It means that pseudodynamic test can illustrate the vibration control performance of friction dampers appropriately.

    目錄 論文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號 XIII 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 本文內容 5 第2章 滾軸單擺隔震結構使用馬蹄型摩擦阻尼器之成效 7 2.1 系統運動方程式之推導 7 2.1.1 RPS使用摩擦阻尼器之運動方程式 7 2.1.2 非線性摩擦力之計算方法 10 2.2 馬蹄型摩擦阻尼器之構造與原理 10 2.2.1 馬蹄型摩擦阻尼器組成構件之介紹 11 2.2.2 馬蹄型摩擦阻尼器之摩擦力 12 2.3 數值模擬 13 2.4 小結 16 第3章 滾軸單擺隔震結構使用馬蹄型摩擦阻尼器之振動台實驗 17 3.1 實驗試體與設備介紹 17 3.2 實驗方法與流程 18 3.3 實驗數據與數值模擬結果之擬合 19 3.4 小結 23 第4章 滾軸單擺隔震結構使用馬蹄型摩擦阻尼器之擬動態實驗 25 4.1 擬動態實驗簡介 25 4.2 數值積分法 26 4.3 擬動態實驗 27 4.3.1 實驗試體與設備介紹 27 4.3.2 實驗參數設定 28 4.3.3 多重取樣量測與擬動態實驗 28 4.3.4 擬動態實驗數據之修正 31 4.3.5 擬動態實驗數據與振動台實驗數據之比較 32 4.4 小結 34 第5章 結論與建議 35 5.1 結論 35 5.2 建議 35 參考文獻 37 附錄A. 元件測試 112 附錄B. 多重取樣量測實驗 115 附錄C. 感測器之電壓縮放倍率 131 C.1 位移計 131 C.2 荷重計 131 C.2.1 量測螺桿預壓力之荷重計 131 C.2.2 量測摩擦力之荷重計 132 口試委員問題與建議表 158 自述 160 表目錄 表 2.1 系統參數表 40 表 2.2 摩擦材參數表 40 表 3.1 振動台實驗之實驗試體數量表 41 表 3.2 振動台實驗之感測器詳細說明表 41 表 3.3 振動台實驗之實驗參數表 42 表 3.4 識別結構系統之等值勁度與週期 42 表 3.5 無安裝摩擦阻尼器之主結構實驗極值表 43 表 3.6 安裝摩擦阻尼器之主結構實驗極值表（塑鋼） 43 表 3.7 安裝摩擦阻尼器之主結構實驗極值表（乙烯隆） 43 表 3.8 擬動態實驗之實驗參數表 44 表 4.1 擬動態實驗之實驗試體數量表 45 表 4.2 擬動態實驗之感測器詳細說明表 45 表 4.3 不同命令取樣時間下擬動態實驗之誤差均方根值 46 表 4.4 不同摩擦材所對應之擬動態實驗取樣時間 46 表 B.1 多重取樣量測實驗之實驗參數 118 表 B.2 在不同取樣時間、單位步階位移下之雜訊標準差值 118 表 B.3 在不同取樣時間、單位步階位移下之致動器作動時間及穩定時間 119 表 C.1 位移計之長度與電壓對應值 134 表 C.2 量測螺桿預壓力之荷重計迴歸係數表 134 表 C.3 量測摩擦力之荷重計迴歸係數表 134 圖目錄 圖 2.1 滾軸單擺隔震結構使用馬蹄型摩擦阻尼器之物理模型圖 47 圖 2.2 滾軸單擺隔震結構使用馬蹄型摩擦阻尼器之數學模型圖 47 圖 2.3 馬蹄型摩擦阻尼器透視圖[20] 48 圖 2.4 內導桿與對摩材 49 圖 2.5 上蓋板 49 圖 2.6 下蓋板與外導管 50 圖 2.7 滑軌式轉接板 50 圖 2.8 馬蹄型夾具 51 圖 2.9 螺桿 51 圖 2.10 球窩機構 52 圖 2.11 施力螺栓 52 圖 2.12 摩擦材 53 圖 2.13 核心夾具配置圖[20] 54 圖 2.14 核心夾具之數學模型[20] 55 圖 2.15 IMPERIAL VALLEY EARTHQUAKE 55 圖 2.16 EL CENTRO EARTHQUAKE 56 圖 2.17 SIN波，0.5秒 56 圖 2.18 數值模擬結果（IMPERIAL VALLEY震波，PGA=427.7GAL，塑鋼） 56 圖 2.19 數值模擬結果（EL CENTRO震波，PGA=341GAL，塑鋼） 57 圖 2.20 數值模擬結果（IMPERIAL VALLEY震波，PGA=427.7GAL，乙烯隆） 57 圖 2.21 數值模擬結果（EL CENTRO震波，PGA=341GAL，乙烯隆） 57 圖 2.22 在不同PGA下之IMPERIAL VALLEY震波作用之結構最大反應（塑鋼） 58 圖 2.23 在不同PGA下之EL CENTRO震波作用之結構最大反應（塑鋼） 58 圖 2.24 在不同PGA下之SIN波（週期為0.5秒）作用之結構最大反應（塑鋼） 58 圖 2.25 在不同PGA下之IMPERIAL VALLEY震波作用之結構最大反應（乙烯隆） 59 圖 2.26 在不同PGA下之EL CENTRO震波作用之結構最大反應（乙烯隆） 59 圖 2.27 在不同PGA下之SIN波（週期為0.5秒）作用之結構最大反應（乙烯隆） 59 圖 2.28 數值模擬結果（IMPERIAL VALLEY震波，PGA=427.7GAL，塑鋼，考慮 ） 60 圖 2.29 數值模擬結果（IMPERIAL VALLEY震波，PGA=427.7GAL，乙烯隆，考慮 ） 60 圖 2.30 在不同PGA下之IMPERIAL VALLEY震波作用之結構最大反應（塑鋼，考慮 ） 61 圖 2.31 在不同PGA下之IMPERIAL VALLEY震波作用之結構最大反應（乙烯隆，考慮 ） 61 圖 3.1 主結構與摩擦阻尼器之實驗照片 62 圖 3.2 PACIFIC集錄系統 62 圖 3.3 磁圈式位移計 62 圖 3.4 速度計 62 圖 3.5 速度計放大器 62 圖 3.6 加速度計 63 圖 3.7 荷重計 63 圖 3.8 振動台實驗之感測器配置圖 63 圖 3.9 振動台實驗結果之基底總剪力遲滯迴圈（實驗編號STT_1至STT_3） 64 圖 3.10 振動台實驗結果與理論之隔震層相對位移歷時比較（STT_1） 65 圖 3.11 振動台實驗結果與理論之隔震層相對位移歷時比較（STT_2） 65 圖 3.12 振動台實驗結果與理論之隔震層相對位移歷時比較（STT_3） 65 圖 3.13 振動台實驗流程圖 66 圖 3.14 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=100GAL，STT_1） 67 圖 3.15 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=200GAL，STT_2） 68 圖 3.16 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=300GAL，STT_3） 69 圖 3.17 振動台實驗結果與理論之比較（EL CENTRO震波，PGA=100GAL，塑鋼，STT_4） 70 圖 3.18 振動台實驗結果與理論之比較（EL CENTRO震波，PGA=200GAL，塑鋼，STT_5） 72 圖 3.19 振動台實驗結果與理論之比較（EL CENTRO震波，PGA=250GAL，塑鋼，STT_6） 74 圖 3.20 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=200GAL，塑鋼，STT_7） 76 圖 3.21 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=300GAL，塑鋼，STT_8） 78 圖 3.22 振動台實驗結果與理論之比較（EL CENTRO震波，PGA=200GAL，乙烯隆，STT_10） 80 圖 3.23 振動台實驗結果與理論之比較（EL CENTRO震波，PGA=300GAL，乙烯隆，STT_11） 82 圖 3.24 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=100GAL，乙烯隆，STT_12） 84 圖 3.25 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=200GAL，乙烯隆，STT_13） 86 圖 3.26 振動台實驗結果與理論之比較（SIN波，0.5秒，PGA=300GAL，乙烯隆，STT_14） 88 圖 3.27 在不同PGA下之SIN波（STT_8所量測到之地表加速度，如圖 3.21(A)所示）作用之結構最大反應（塑鋼） 90 圖 4.1 擬動態實驗之數值積分模塊 91 圖 4.2 擬動態實驗之組裝圖(高雄第一科技大學營建系實驗室) 92 圖 4.3 轉接板（連接油壓致動器與外導管底部） 92 圖 4.4 油壓致動器 93 圖 4.5 NI資料擷取卡-6036E（盧煉元教授提供） 93 圖 4.6 位移計 94 圖 4.7 擬動態實驗之感測器配置圖 94 圖 4.8 擬動態實驗數據（EL CENTRO震波，PGA=250GAL，塑鋼） 95 圖 4.9 擬動態實驗數據（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，塑鋼） 96 圖 4.10 擬動態實驗數據（EL CENTRO震波，PGA=300GAL，乙烯隆） 97 圖 4.11 擬動態實驗數據（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，乙烯隆，PDT_14） 99 圖 4.12 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較圖（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，乙烯隆，PDT_14） 100 圖 4.13 振動台實驗與擬動態實驗之隔震層相對位移比較（EL CENTRO EARTHQUAKE，PGA=250GAL，塑鋼，命令取樣時間0.005） 101 圖 4.14 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，塑鋼，命令取樣時間0.005） 101 圖 4.15 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（EL CENTRO EARTHQUAKE，PGA=200GAL，塑鋼，PDT_5） 102 圖 4.16 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（EL CENTRO EARTHQUAKE，PGA=250GAL，塑鋼，PDT_6） 103 圖 4.17 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，塑鋼，PDT_8） 104 圖 4.18 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（EL CENTRO EARTHQUAKE，PGA=200GAL，乙烯隆，PDT_10） 106 圖 4.19 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（EL CENTRO EARTHQUAKE，PGA=300GAL，乙烯隆，PDT_11） 107 圖 4.20 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（SIN波，週期為0.5秒，PGA=200GAL，乙烯隆，PDT_13） 108 圖 4.21 振動台實驗與擬動態實驗之結果比較（SIN波，週期為0.5秒，PGA=300GAL，乙烯隆，PDT_14） 110 圖 A.1 元件測試實驗結果（SIN波，變頻，振幅5MM，塑鋼） 113 圖 A.2 元件測試實驗結果（SIN波，變頻，振幅3MM，乙烯隆） 114 圖 B.1 多重取樣量測試驗架構模組 120 圖 B.2 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.5秒，單位步階位移5MM） 121 圖 B.3 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.5秒，單位步階位移2MM） 122 圖 B.4 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.5秒，單位步階位移0.8MM） 123 圖 B.5 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.5秒，單位步階位移0.2MM） 124 圖 B.6 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.2秒，單位步階位移5MM） 125 圖 B.7 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.2秒，單位步階位移2MM） 126 圖 B.8 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.2秒，單位步階位移0.8MM） 127 圖 B.9 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.2秒，單位步階位移0.2MM） 128 圖 B.10 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.05秒，單位步階位移0.2MM） 129 圖 B.11 多重取樣量測實驗結果（命令取樣時間0.05秒，單位步階位移0.05MM） 130 圖 C.1 位移計之長度與電壓關係圖 135 圖 C.2 萬能試驗機 135 圖 C.3 量測螺桿預壓力之荷重計壓力試驗組裝圖 136 圖 C.4 量測螺桿預壓力之荷重計拉力試驗組裝圖 136 圖 C.5 壓力試驗_1 137 圖 C.6 壓力試驗_2 138 圖 C.7 壓力試驗_3 139 圖 C.8 壓力試驗_4 140 圖 C.9 壓力試驗_5 141 圖 C.10 拉力試驗_1 142 圖 C.11 拉力試驗_2 143 圖 C.12 拉力試驗_3 144 圖 C.13 拉力試驗_4 145 圖 C.14 拉力試驗_5 146 圖 C.15 量測摩擦力之荷重計壓力試驗組裝圖 147 圖 C.16量測摩擦力之荷重計拉力試驗組裝圖 147 圖 C.17 壓力試驗_1 148 圖 C.18 壓力試驗_2 149 圖 C.19 壓力試驗_3 150 圖 C.20 壓力試驗_4 151 圖 C.21 壓力試驗_5 152 圖 C.22 拉力試驗_1 153 圖 C.23 拉力試驗_2 154 圖 C.24 拉力試驗_3 155 圖 C.25 拉力試驗_4 156 圖 C.26 拉力試驗_5 157

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    下載圖示 校內：2013-09-01公開
    校外：2013-09-01公開
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