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研究生: 陳旻靖
Chen, Ming-Ching
論文名稱: 含摩擦阻尼消能外伸臂結構振動台實驗
Shaking table test of outrigger structure incorporating friction dampers
指導教授: 林保均
Lin, Pao-Chun
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: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 191
中文關鍵詞: 外伸臂桁架結構摩擦阻尼器振動台試驗鋼結構
外文關鍵詞: outrigger system, friction damper, shaking table test, steel structure
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  • 本研究主要目的為進行含摩擦阻尼器外伸臂桁架結構振動台試驗,並透過試驗探討含阻尼外伸臂桁架高層結構之耐震性能。本研究利用縮尺理論將實際20 層之結構縮小至振動台試驗所需的試體。試體設計透過使用PISA3D 執行模態及動力分析進行確認,分析模型主要分為核心結構、外周柱結構及外伸臂系統,核心結構作為側力系統來源,外周柱結構承受軸向力,外伸臂系統的加裝則可降低結構之受震反應。
    振動台試體為高9m 重5tonf 之鋼結構,於高度方向均分為10 層,每層配置1tonf 之質量。外伸臂桁架以鋼梁模擬,阻尼器則採用摩擦阻尼器。摩擦阻尼器之正向力由螺栓荷重計量測,阻尼器滑動量則以LVDT 位移計量測,並用以計算摩擦阻尼器所消散之能量。此次試驗主要的研究重點為外伸臂配置與摩擦阻尼器配置,透過將外伸臂梁拆換至不同樓層,探討不同的外伸臂配置對結構物受震反應的影響,摩擦阻尼器之阻尼則是透過鋼板之間的摩擦而產生,利用螺栓對鋼板施加正向力,改變不同的摩擦阻尼器正向力以探討消能及阻尼器滑動的效果。並以5 組地震歷時(BCJL2、
    El Centro、Imperial Valley、Tabas 及ChiChi)進行試驗,最大地表加速度為0.64g。藉由改變外伸臂樓層位置於6F、8F 與10F,以及摩擦阻尼器正向力為5kN、10kN 及20kN 時,探討不同配置下試體之受震反應。試驗結果顯示,在輸入之5 組地震歷時中,當外伸臂配置於6F 時能有效降低結構之側向變形反應。摩擦阻尼器之正向力越高能較有效減小試體受震反應,而摩擦阻尼器正向力為10kN 時可以達到較佳的消能表現。試驗結果與過去對於含阻尼外伸臂桁架系統最佳化設計相關之數值研究相近,透過實際之試驗結果探討含阻尼外伸臂結構系統之最佳化設計。

    The main purpose of this study is to evaluate the seismic performance of the damped-outrigger system incorporating friction dampers by conducting a shaking table test. In this study, a 20-story steel structure incorporating damped-outrigger system is designed as the benchmark model and is reduced to a weight of 5 tonf and 9-m tall reduced-scale shaking table test specimen. The specimen is mainly composed of a core structure, perimeter columns, and outrigger system. The core structure is the source of the lateral force resisting system, and the perimeter column is mainly used to sustain axial force. The outrigger system efficiently reduces the seismic response of the core structure. According to the test results, the test result indicates that changing the outrigger location brings is more efficient in reducing the lateral displacement and overturning bending moment of the structure than changing the friction damper normal force. The test results are similar to previous numerical studies related to the optimal design of the damped outrigger truss system

    摘 要 i Summary ii 表目錄 vii 圖目錄 viii 照片目錄 x 附錄目錄 xii 符號列表 xiv 第1章 緒論 1-1 1.1 前言 1-1 1.2 研究動機及目的 1-1 1.3 論文架構 1-2 第2章 外伸臂之相關研究 2-1 2.1 前言 2-1 2.2 外伸臂系統介紹 2-1 2.3 含阻尼器外伸臂系統介紹 2-3 第3章 縮尺試體設計 3-1 3.1 縮尺理論 3-1 3.1.1. 20層模型介紹 3-1 3.1.2. 縮尺理論應用 3-1 3.1.3. 縮尺結構設計 3-2 3.2 試體設計 3-5 3.2.1. 核心試體 3-5 3.2.2. 外周柱設計 3-6 3.2.3. 外伸臂 3-7 3.2.4. 摩擦阻尼器配置 3-8 3.2.5. 外伸臂配置選取 3-9 3.2.6. 地震力選取 3-9 3.3 總結 3-10 第4章 縮尺試體製造及試驗規劃 4-1 4.1 前言 4-1 4.2 試體製造 4-1 4.2.1. 試體介紹 4-1 4.2.2. 核心試體 4-1 4.2.3. 外周柱 4-3 4.2.4. 外伸梁 4-4 4.2.5. 外伸臂 4-4 4.2.6. 側向支撐 4-5 4.3 量測儀器及設備介紹 4-6 4.4 試體安裝 4-9 4.4.1. 應變計與螺桿架設 4-9 4.4.2. 質量塊與核心試體吊裝 4-9 4.4.3. 外伸梁及外伸臂吊裝 4-10 4.4.4. 拉線式位移計與側向支撐安裝 4-11 4.4.5. LVDT、加速度規及MoCap架設 4-11 4.5 量測資料處理 4-12 4.6 試驗流程 4-18 第5章 試驗結果與討論 5-1 5.1 前言 5-1 5.2 週期 5-2 5.3 樓層最大側向位移 5-3 5.4 層間側位移角 5-5 5.5 核心基底剪力 5-7 5.6 核心柱底彎矩 5-9 5.7 外伸臂彎矩 5-10 5.8 外伸臂剪力 5-12 5.9 外周柱軸向力 5-13 5.10 摩擦阻尼器力量變形 5-14 5.11 摩擦阻尼器能量消散分析 5-16 5.12 最大樓層加速度 5-18 5.13 外伸梁的影響 5-19 5.14 小結 5-19 第6章 實尺寸二十層結構含摩擦阻尼器外伸臂設計 6-1 6.1 實際結構設計 6-1 6.2 實際含摩擦阻尼器外伸臂 6-2 6.3 結構設計流程 6-2 第7章 結論與未來展望 7-1 參考文獻 參考1 表附錄 表-1 圖附錄 圖-1 照片附錄 照片-1 附錄A 縮尺試體量測儀器位置 附錄-1 附錄B 頂層位移歷時 附錄-19 附錄C 核心基底剪力歷時 附錄-29

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    https://www.ncree.narl.org.tw/about/laboratory/page/102

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