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研究生: 楊詠翔
Yang, Yung-Hsiang
論文名稱: 滑動式基礎之介面摩擦行為探討以及結構動態行為評估
Evaluation of the Friction Behavior and Dynamic Response of the Structure Equipped with the Base Slide System
指導教授: 鍾育霖
Chung, Yu-Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 146
中文關鍵詞: 摩擦係數砂漿鑄鐵OpenSees街屋
外文關鍵詞: friction coefficient, mortar, cast iron, OpenSees, townhouse
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  • 建築物底層之破壞為一種常見的結構震損模式,基礎隔震有別於傳統透過結構構件如柱或牆等抵抗地震力的方式,透過隔震裝置有效的降低上部結構受地震力衝擊,減低震損。目前市面上常用之隔震裝置的建置成本對於台灣常見及地震後震損建物中佔大多數之中低樓層建物而言,在初期成本以及後續的維護成本上較不經濟的,而滑動式基礎則有建置及維護成本較低、修復容易等優勢。由過去的研究及實驗中,可發現以砂漿及鑄鐵作為滑動式基礎之摩擦介面,除材料取得容易外,其摩擦行為亦十分穩定。本研究為探討砂漿性質對摩擦係數之影響及滑動基礎之動態行為,先是以靜態摩擦試驗比較不同砂漿對摩擦行為之影響,取抗壓強度介於280 kgf/cm2 至920 kgf/cm2 之間、細度模數介於1.6 至3.2 之間的砂漿,用以比較抗壓強度及細度模數對摩擦係數的影響;再來透過以OpenSees 建立與過往振動台比較之數值模型,並改變其中的參數如介面摩擦係數 (μ)、輸入波大小 (PA)、輸入波週期(T),以及上部結構剛度 (K)。進而解析此滑動式基礎之動態行為;最後以OpenSees 模擬一現實中受地震震損之台灣常見鄰路街屋裝置砂漿—鑄鐵滑動式基礎前後之耐震行為,以驗證滑動式基礎之隔震效益並提出設計之建議。
    本研究所得之結論如下:
    1、由靜態摩擦實驗中得知,砂漿與鑄鐵之最大靜摩擦係數約介於0.17 及0.32之間,動摩擦係數則介於0.14 及0.3 之間,且摩擦行為隨砂漿種類不同亦有差異;而砂漿抗壓強度越高及細度模數越低者,其與鑄鐵間之摩擦係數則有越低的趨勢。
    2、本研究檢討了數種影響滑動式基礎上部結構行為之參數,分別為摩擦介面之摩擦係數、輸入波加速度、輸入波週期以及上部結構之結構剛度。其中,當摩擦係數越低時,滑動行為越容易發生且上部結構較不易發生抬升行為;而在相同摩擦介面狀態下,輸入波加速度越大則基礎滑動範圍越大;此外,輸入波週期越大者則滑動距離越大,且當輸入加速度提升時,滑動距離放大越顯著,除此之外頂層之加速度亦會與因結構與輸入波共振而放大;最後當上部結構剛度降低時,滑動行為較不易產生,且上部結構變形較大。
    3、透過街屋分析得知,由於建物上部結構兩向剛度及強度不一致,使弱向滑動行為在摩擦係數較高時無法適時發生,仍由上部結構抵抗地震力,以至於上部結構變形與基礎固定時無明顯差異;而在摩擦係數較低時,兩向皆發生滑動,且在輸入波放大為200%或300%,上部結構的變形與以原始100%輸入時接近,可見其充分發揮隔震效益。

    To evaluate the friction behavior and dynamic response of the structure equipped with a base slide system with mortar-cast iron as the sliding surface, static friction tests with various mortars in strength and fine modulus, numerical simulations base on the past shaking table experiments and an actual townhouse damaged in an earthquake have been conducted in the study. From the static friction tests, the friction coefficients of the interface are between 0.14 and 0.32. Generally, the friction coefficient is affected by both strength and fine modulus. Either higher the strength or lower the fine modulus of the mortar tend to lead to a lower friction coefficient. The numerical simulations model is built up by OpenSees according to the shaking table experiments, and by altering the interface and upper structure properties, namely, the friction coefficient of the interface (μ), the sizes of the input wave (PA), the period of the input wave (T), and the stiffness of the upper structure (K), to compare the difference in structure behavior. Furthermore, a typical townhouse in Taiwan is taken as a reference to build the numerical model and to learn the behavior of the base slide system in the application. Overall, the system performed better under the lower friction coefficient, yet the upper structure characteristic, maximum base drift distance, and construction site are still needed to take into consideration.

    摘要 I Extended Abstract III 誌謝 XI 目錄 XIII 表目錄 XV 圖目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 滑動式基礎發展相關研究 3 1.2.2 鋼材與砂漿摩擦行為相關研究 5 1.2.3 砂漿與鑄鐵之摩擦行為相關研究 9 1.2.4 採用沙漿及鑄鐵作為滑動式基礎之振動台相關試驗 11 1.3 研究方法 23 1.4 研究內容 24 第二章 砂漿強度及細度模數對摩擦係數之影響 25 2.1 實驗規劃 25 2.2 實驗結果 28 2.2.1 摩擦表面觀察 36 2.2.2 摩擦係數比較 38 2.3 小結 41 第三章 過往振動台實驗之數值分析結果 42 3.1 數值模型建立 42 3.1.1 振動台試體 42 3.1.2 數值模型 46 3.2 與振動台實驗結果比較 48 3.2.1 與2018年實驗之比較 49 3.2.2 與2019年實驗之比較 55 3.3 改變摩擦係數及輸入波對上部結構之影響 65 3.3.1 比較不同摩擦係數 65 3.3.2 比較二維及三圍輸入波 72 3.4 改變基礎、輸入波以及上部結構參數對滑動行為之影響 78 3.4.1 不同輸入波加速度值之比較 78 3.4.2 不同輸入波週期之比較 83 3.4.3 上部結構剛度不同之比較 87 3.5 小結 91 第四章 既有建築耐震性能分析 93 4.1 建築物介紹 93 4.2 數值模型建立 100 4.3 地震歷時分析 104 4.3.1 地震輸入 104 4.3.2 結構體反應 105 4.4 加入滑動基礎後之建築物行為模擬 111 4.4.1 不同摩擦係數對上部結構之影響 111 4.4.2 改變輸入波大小檢視隔震之效能 120 4.4.3 輸入地震力大小比較 137 4.5 小結 140 第五章 結論與建議 142 5.1 結論 142 5.2 建議 144 參考資料 145

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    下載圖示
    2025-12-12公開
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