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研究生:簡旭甫
研究生(外文):Syu-FuJian
論文名稱:不同加載速率下摩擦單擺支承之消能行為測試
論文名稱(外文):Energy Dissipation Performance of Friction Pendulum System under Different Loading Speed
指導教授:朱世禹
指導教授(外文):Shih-Yu Chu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:216
中文關鍵詞:摩擦單擺支承多重取樣技術擬動態試驗加載速率隔震系統
外文關鍵詞:Friction Pendulum SystemMultiple Sampling TechniquesPseudo-Dynamic TestLoading RateIsolation System
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摩擦單擺支承(簡稱FPS)為現今許多結構物常採用之隔震元件,若需觀察或測試實尺寸結構裝設FPS之實際消能行為或隔震效果,多透過縮尺結構模型搭配縮尺元件之振動台實驗完成,然而縮尺元件之消能行為是否足以推論實尺元件之隔減震效能,可進一步採用實尺寸元件之擬動態實驗進行測試。但要實行擬動態實驗前,需先確認FPS元件之摩擦力回授訊號量測值是否會受到加載速率之影響。因此本文採用多重取樣技術,針對FPS系統進行不同加載速率之元件測試,並針對摩擦力量測訊號進行探討。傳統之元件測試試驗命令發送時間間隔通常等於量測取樣時間,而多重取樣量測技術可以在制動器位移命令發送時間間隔中,利用較多的量測取樣數目,以了解致動器的詳細運作過程及試體的行為,並可藉由較多的量測取樣資料進行訊號之平均,以獲得較準確之摩擦力回饋訊號,確保未來擬動態實驗之正確性。且經由不同加載速率之測試,亦可選擇在對應試體載重下,油壓制動器工作範圍之合適命令發送時間間隔,以確保制動器位移命令之達成率。多重取樣元件測試結果顯示,在致動器的工作範圍下,多重取樣元件測試之加載速率快慢並不影響摩擦力回授訊號量測值,證實FPS的確可以施行慢速擬動態實驗。而初步擬動態實驗測試結果顯示,令實驗結果不盡理想的主因可能在於本實驗架構無法完整模擬摩擦力的黏著行為,未來若能改進此情況則擬動態實驗可有成功的機會。
Friction pendulum system (FPS) is widely adopted isolation component for many structures today. In order to observe or validate its energy dissipation behavior and isolation performance, shaking table tests of scale-down models and scale-down components are usually conducted. The experimental results may not be able to infer the isolation performance of full-scale components; therefore, pseudo-dynamic tests of full-scale components can provide further information. Prior to the pseudo-dynamic test, one should confirm that the friction behavior of FPS is loading rate independent. The multiple sampling technique is applied in this study to observe the hysteresis loops of FPS components under different loading rates. It samples multiple feedback measurements during the sampling period of actuator command to provide detailed characteristics of FPS components and ensure the quality of force measurements. Furthermore, multiple sampling data can be averaged to ensure the accuracy of pseudo-dynamic test. The results of component tests demonstrate that the hysteresis loops of FPS components under different loading rates have similar rate-independent characteristics.
論文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 IX
符號 XVIII
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 FPS隔震器之理論推導與實驗架構分析 7
2.1 FPS之構造介紹 7
2.2 FPS架構數值模擬原理推導介紹 8
2.2.1 FPS之運動方程式 8
2.2.2 非線性摩擦力之計算方式 10
2.3 FPS擬動態實驗原理介紹 11
2.4 實驗設備與架構介紹 12
2.4.1 實驗之試體設計組裝 12
2.4.2 實驗設備 13
2.5 FPS實驗架構之穩定度測試 14
2.5.1 FPS架構之四端軸力量測比較 14
2.5.2 FPS架構之扭轉測定 15
2.6 整體架構自由體驗證 15
2.6.1 FPS整體架構自由體圖推導 15
2.6.2 以簡諧波討論整體架構之理論與實驗結果之擬合 17
2.6.3 討論整體架構受震反應之理論與實驗結果之擬合 18
2.7 FPS之自由體驗證 19
2.7.1 FPS自由體圖推導 19
2.7.2 前後端軸力與FPS正向力比較 20
第3章 不同加載速率之FPS元件測試 79
3.1 結構系統參數識別 79
3.1.1 FPS勁度識別 79
3.1.2 基底剪力之力平衡方程式 80
3.1.3 力平衡與自由體圖之摩擦力比較 80
3.1.4 修正型勁度識別方式 80
3.1.5 各端FPS量測摩擦力迴歸 81
3.1.6 各端FPS自重量測與理論FPS自重比較 82
3.1.7 各端FPS摩擦係數識別 83
3.2 FPS系統識別參數驗證 83
3.3 多重取樣量測技術 84
3.3.1 油壓致動器之作動方式 85
3.3.2 取點型多重取樣與平均型多重取樣 85
3.3.3 線性內插型命令發送方式 86
3.3.4 油壓致動器之反應時間 87
3.3.5 制動器穩定時間與命令時間間隔之關係 89
3.3.6 制動器穩定時間與單位步階位移之關係 90
3.3.7 取點型多重量測取樣與平均型多重量測取樣的比較 91
3.4 多重取樣之制動器荷重計反應 92
3.4.1 單位步階位移改變對基底剪力的影響 92
3.4.2 命令時間間隔改變對基底剪力量測的影響 93
3.5 多重取樣元件測試 93
3.5.1 元件測試實驗摩擦力驗證 94
3.5.2 不同多重取樣方式對於摩擦力量測的影響 95
3.5.3 不同加載速率對於摩擦力量測的影響 96
第4章 FPS擬動態實驗初探 189
4.1.1 FPS擬動態實驗初試 189
4.1.2 FPS擬動態實驗修正 189
4.2 數值模擬、力平衡與實驗摩擦力擬合 191
4.3 小結 192
第5章 結論與建議 211
5.1 結論 211
5.2 建議 212
參考文獻 214
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[28]曾旭玟,「高分子材料於結構隔震技術之應用」,國立高雄第一科技大學營建工程研究所,碩士論文,(2004)。

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