可變滑移剛度摩擦阻尼之研發及性能評估

Abstract

在1999年集集大地震後，近年陸續發生了數次的災害性地震造成不少生命財產的損失，也讓國人亦對建築結構之安全性愈發重視。在近年的歷次震害調查發現，建築結構震損中有?多是結構系統或施工品質不良的早期建築物，台灣?多建築物已進入高齡化之情況下，對於老舊或不符合耐震要求之建築物進行修復與補強，以達到規範規定之結構勁度及韌性要求，是目前重要與急迫的課題。利用斜撐補強的工法因相較於濕式工法例如設置鋼筋混凝土剪力牆等安裝快速簡便，為建築補強常用的補強方式，其中挫屈束制斜撐，在降伏後尚能夠提供飽滿遲滯迴圈消耗地震能量，為目前國內常用的方式。對於舊建築的補強，斜撐在彈性以及在降伏後有二次剛度等都持續增加現有柱的軸力負擔，因此對於既有柱以及基礎需要做額外的補強設計進而提升造價以及影響空間利用。 本研究研發一可變剛滑移剛度摩擦斜撐，其摩擦滑動啟動後的二次剛度可調整為負剛度，亦即隨斜撐軸向變形增加，摩擦力降低，以此減少隨著結構變形增加施加於鄰接柱的額外軸力亦逐步增加的情況，減少對原結構之柱與基礎補強。首先以庫倫摩擦機制及斜面幾何關係推導斜面摩擦阻尼的力學行為之理論公式，並透過數值分析軟體OpenSees進行結構斜撐補強前後側推分析，以評估及比較可變滑移剛度摩擦斜撐與挫屈束制斜撐補強構架兩者對於柱軸力負擔的影響，分析結果顯示，斜撐的二次剛度僅對柱構件軸力有顯著影響，對斜撐鄰接柱之影響尤其大，且層間側向變形愈大，負剛度斜撐相較於挫屈束制斜撐能有效減小增加於柱的額外軸力。對於整體結構行為，負剛度斜撐構架之層間側向變形分布相較於挫屈束制斜撐較集中於底層，上部結構變形則減小。 本研究亦透過實驗評估負斜率摩擦阻尼實際的效果，試驗規劃共6種形式的摩擦阻尼試體，分別進行動靜態單向反覆加載及動靜態雙向往復加載。試驗參數包含以下三點，斜面位置、斜面數量、加載頻率，以試驗評估及探討斜面運用於摩擦阻尼中，使其具可變強度耗能行為之可行性，並以試驗結果檢驗摩擦阻尼力學行為之理論公式。試驗結果顯示，斜面位於阻尼內側之試體可有效提供良好穩定的可變強度耗能行為，斜面位於阻尼外側之試體則因組裝所需之各部件孔隙裕度，及試體機構導致螺栓軸力與摩擦力關係複雜化，初始強度降低一半及遲滯迴圈面積大幅減小，耗能行為中僅有滑動距離後段部分有受斜面影響之可變強度。斜面數量與摩擦阻尼強度變化呈線性關係。加載頻率對具斜面摩擦阻尼有些?影響，與傳統摩擦阻尼不同，因其耗能行為受螺栓軸力影響甚大，而在於滑動段兩端，螺栓軸力變化趨勢不相同。最後本研究推導了斜面摩擦阻尼的力學行為之公式，除斜面角度所造成之幾何相互關係，亦考量了鋼板因螺栓鎖固於墊片範圍承壓彈性剛度及鋼板因斜面產生間隙而受彎之彈性剛度，可得與試驗結果相近之滑移剛度及遲滯迴圈。

Date of Award	2018 Sept 5
Original language	Chinese
Supervisor	Yu-Lin Chung (Supervisor)