張國鎮臺灣大學：土木工程學研究所吳思誼2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50555隨著材料技術、結構動力分析與實驗技術之進步，結構控制專利元件近年來蓬勃發展。新式滾動式隔震支承(Rolling Type Bearing ,RTB)為本校土木系張國鎮老師研究團隊與美國紐約大學水牛城分校(Buffalo)合作研發的專利產品。 本論文針對新式滾動式隔震支承應用於縮尺橋梁系統，進行一系列振動台試驗，期能瞭解RTB系統動力特性與力學行為，探討RTB系統之隔震效益與實務可行性。目 錄 摘要 一 目錄 二 圖目錄 四 表目錄 十一 照片目錄 十二 第一章 緒論 1 1.1 簡介 1 1.2 研究動機與目的 7 第二章 結構控制元件 11 2.1 鉛心橡膠支承 11 2.1.1 鉛心橡膠支承基本構造與力學行為 11 2.1.2 鉛心橡膠支承設計與檢核流程 12 2.2 滾動支承 16 2.2.1 滾動支承基本構造與力學行為 16 2.2.2 滾動支承設計流程 21 2.3 線性黏滯型阻尼器 22 2.4 結構控制元件測試 24 第三章　縮尺橋梁振動台試驗研究 42 3.1 縮尺橋梁模型製作原理 42 3.1.1 因次分析原理 42 3.1.2 實體與模型 44 3.2 縮尺橋梁振動台試驗 46 3.3 縮尺橋梁振動台試驗成果 48 3.3.1 鉛心橡膠支承橋梁結構 50 3.3.2 滾動支承橋梁結構 52 3.3.3 滾動支承配合線性黏滯型阻尼橋梁結構 53 3.3.4 試驗成果小結 54 第四章　鉛心橡膠支承縮尺橋梁結構分析模型 133 4.1 縮尺橋SAP有限元素模型 133 4.2 鉛心橡膠支承SAP模擬結果 134 第五章　滾動支承縮尺橋梁結構分析模型 141 5.1 滾動支承MATLAB數值模型 141 5.2 滾動支承數值模擬成果 143 第六章　結論與展望 151 參考文獻 153 圖 目 錄 圖1.1 隔震與減震理念 8 圖2.1.1 LRB 28 圖2.1.2 LRB理想力學行為 28 圖2.1.3 橋梁隔震LRB設計流程 29 圖2.2.1 滾動摩擦力 30 圖2.2.2 滾動支承力學行為 30 圖2.2.3 滾動支承滾軸受力自由體圖 30 圖2.2.4 RTB加速度反應與支承斜坡角度關係 31 圖2.2.5 輸入地震PGA與RTB輸出最大加速度反應關係圖 31 圖2.2.6 RTB系統頻率與支承相對位移關係曲線 32 圖2.2.7 滾動支承設計流程圖 33 圖2.3.1 黏滯阻尼基本構造 34 圖2.3.2 黏滯阻尼典型遲滯迴圈 34 圖2.4.1 LRB Sine Wave 1.0Hz 遲滯迴圈(2個支承墊) 35 圖2.4.2 LRB Sine Wave 1.5Hz 遲滯迴圈(2個支承墊) 35 圖2.4.3 LRB Sine Wave 2.0Hz 遲滯迴圈(2個支承墊) 36 圖2.4.4 Linear Viscous Damper 0.6Hz 遲滯迴圈 36 圖2.4.5 Linear Viscous Damper 0.8Hz 遲滯迴圈 37 圖2.4.6 Linear Viscous Damper 1.0Hz 遲滯迴圈 37 圖2.4.7 Linear Viscous Damper C value 38 圖3.1.1 縮尺模型設計理念 59 圖3.1.2 單跨縮尺橋梁模擬單元 59 圖3.1.3 縮尺橋梁模型立面圖 59 圖3.1.4 縮尺模型側視圖 60 圖3.1.5 保護側撐架示意立面圖 60 圖3.1.6 保護側撐架示意側視圖 61 圖3.1.7 隔震支承接合鋼鈑 61 圖3.1.8 縱向阻尼安裝接合圖 63 圖3.1.9 LRB安裝示意圖 63 圖3.1.10 RTB安裝示意圖 63 圖3.1.11 PROTOTYPE 橋柱橫斷面 64 圖3.1.12 PROTOTYPE 橋柱縱斷面 64 圖3.1.13 PROTOTYPE 橋面版 65 圖3.2.1 現行耐震設計規範水平彈性反應譜 66 圖3.2.2 縮尺水平彈性反應譜 (縮尺比例7.5) 66 圖3.2.3 EL Centro加速度歷時 (正規化) 67 圖3.2.4 KOBE加速度歷時 (正規化) 67 圖3.2.5 TCU068加速度歷時 (正規化) 68 圖3.2.6 TCU068 Code Compatible加速度歷時 (正規化) 68 圖3.2.7 EL Centro加速度歷時反應譜 (正規化) 69 圖3.2.7-1 EL Centro加速度歷時反應譜 (PGA=0.5g) 69 圖3.2.7-2 EL Centro加速度歷時反應譜 (PGA=0.3g) 70 圖3.2.7-3 EL Centro位移歷時反應譜 (PGA=0.5g) 70 圖3.2.8 KOBE加速度歷時反應譜 (正規化) 71 圖3.2.8-1 KOBE加速度歷時反應譜 (PGA=0.5g) 71 圖3.2.9 TCU068加速度歷時反應譜 (正規化) 72 圖3.2.10 TCU068 Code Compatible加速度歷時反應譜 (正規化) 72 圖3.2.11 南方橋柱應變計配置 73 圖3.2.12 北方橋柱應變計配置 73 圖3.2.13 橋面版加速規與位移計配置圖 74 圖3.2.14 帽梁加速規與位移計配置圖 74 圖3.3.1 EL Centro X500輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 75 圖3.3.2 EL Centro X500輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 75 圖3.3.3 EL Centro X500帽梁加速度(LRB) 76 圖3.3.4 EL Centro X500隔震支承相對位移歷時圖 (LRB) 76 圖3.3.5 EL Centro X500系統轉換函數 (LRB) 77 圖3.3.6 EL Centro X500隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 77 圖3.3.7 EL Centro X300輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 78 圖3.3.8 EL Centro X300輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 78 圖3.3.9 EL Centro X300帽梁加速度(LRB) 79 圖3.3.10 EL Centro X300隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 79 圖3.3.11 EL Centro X300系統轉換函數(LRB) 80 圖3.3.12 EL Centro X300隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 80 圖3.3.13 EL Centro X100輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 81 圖3.3.14 EL Centro X100輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 81 圖3.3.15 EL Centro X100帽梁加速度(LRB) 82 圖3.3.16 EL Centro X100隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 82 圖3.3.17 EL Centro X100系統轉換函數(LRB) 83 圖3.3.18 EL Centro X100隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 83 圖3.3.19 KOBE X500輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 84 圖3.3.20 KOBE X500輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 84 圖3.3.21 KOBE X500帽梁加速度(LRB) 85 圖3.3.22 KOBE X500隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 85 圖3.3.23 KOBE X500系統轉換函數(LRB) 86 圖3.3.24 KOBE X500隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 86 圖3.3.25 KOBE X100輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 87 圖3.3.26 KOBE X100輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 87 圖3.3.27 KOBE X100帽梁加速度(LRB) 88 圖3.3.28 KOBE X100隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 88 圖3.3.29 KOBE X100系統轉換函數(LRB) 89 圖3.3.30 KOBE X100隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 89 圖3.3.31 TCU068 X250輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 90 圖3.3.32 TCU068 X250輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 90 圖3.3.33 TCU068 X250帽梁加速度(LRB) 91 圖3.3.34 TCU068 X250隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 91 圖3.3.35 TCU068 X250系統轉換函數(LRB) 92 圖3.3.36 TCU068 X250隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 92 圖3.3.37 TCU0682 X250輸入地震傅立葉轉換圖(LRB) 93 圖3.3.38 TCU0682 X250輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(LRB) 93 圖3.3.39 TCU0682 X250帽梁加速度(LRB) 94 圖3.3.40 TCU0682 X250隔震支承相對位移歷時圖(LRB) 94 圖3.3.41 TCU0682 X250系統轉換函數(LRB) 95 圖3.3.42 TCU0682 X250隔震支承遲滯迴圈圖(LRB) 95 圖3.3.43 EL Centro X300輸入地震傅立葉轉換圖(RTB) 96 圖3.3.44 EL Centro X300輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB) 96 圖3.3.45 EL Centro X300帽梁加速度(RTB) 97 圖3.3.46 EL Centro X300隔震支承相對位移歷時圖(RTB) 97 圖3.3.47 EL Centro X300系統轉換函數(RTB) 98 圖3.3.48 EL Centro X300隔震支承遲滯迴圈圖(RTB) 98 圖3.3.49 KOBE X600輸入地震傅立葉轉換圖(RTB) 99 圖3.3.50 KOBE X600輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB) 99 圖3.3.51 KOBE X600帽梁加速度(RTB) 100 圖3.3.52 KOBE X600隔震支承相對位移歷時圖(RTB) 100 圖3.3.53 KOBE X600系統轉換函數(RTB) 101 圖3.3.54 KOBE X600隔震支承遲滯迴圈圖(RTB) 101 圖3.3.55 TCU068 X200輸入地震傅立葉轉換圖(RTB) 102 圖3.3.56 TCU068 X200輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB) 102 圖3.3.57 TCU068 X200帽梁加速度(RTB) 103 圖3.3.58 TCU068 X200隔震支承相對位移歷時圖(RTB) 103 圖3.3.59 TCU068 X200系統轉換函數(RTB) 104 圖3.3.60 TCU068 X200隔震支承遲滯迴圈圖(RTB) 104 圖3.3.61 TCU0682 X200輸入地震傅立葉轉換圖(RTB) 105 圖3.3.62 TCU0682 X200輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB) 105 圖3.3.63 TCU0682 X200帽梁加速度(RTB) 106 圖3.3.64 TCU0682 X200隔震支承相對位移歷時圖(RTB) 106 圖3.3.65 TCU0682 X200系統轉換函數(RTB) 107 圖3.3.66 TCU0682 X200隔震支承遲滯迴圈圖(RTB) 107 圖3.3.67 EL Centro X500輸入地震傅立葉轉換圖(RTB+Viscous) 108 圖3.3.68 EL Centro X500輸入地震加速度與橋面板加速度比較(RTB+Viscous) 108 圖3.3.69 EL Centro X500帽梁加速度(RTB+Viscous) 109 圖3.3.70 EL Centro X500隔震支承相對位移歷時圖(RTB+Viscous) 109 圖3.3.71 EL Centro X500系統轉換函數(RTB+Viscous) 110 圖3.3.72 EL Centro X500隔震支承遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 110 圖3.3.72-1 EL Centro X500線性黏滯阻尼遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 111 圖3.3.73 KOBE X600輸入地震傅立葉轉換圖(RTB+Viscous) 111 圖3.3.74 KOBE X600 輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB+Viscous) 112 圖3.3.75 KOBE X600帽梁加速度(RTB+Viscous) 112 圖3.3.76 KOBE X600隔震支承相對位移歷時圖(RTB+Viscous) 113 圖3.3.77 KOBE X600系統轉換函數(RTB+Viscous) 113 圖3.3.78 KOBE X600隔震支承遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 114 圖3.3.78-1 KOBE X600線性黏滯阻尼遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 114 圖3.3.79 TCU068 X250輸入地震傅立葉轉換圖(RTB+Viscous) 115 圖3.3.80 TCU068 X250輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB+Viscous ) 115 圖3.3.81 TCU068 X250帽梁加速度(RTB+Viscous) 116 圖3.3.82 TCU068 X250隔震支承相對位移歷時圖(RTB+Viscous) 116 圖3.3.83 TCU068 X250系統轉換函數(RTB+Viscous) 117 圖3.3.84 TCU068 X250隔震支承遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 117 圖3.3.84-1 TCU068 X250線性黏滯阻尼遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 118 圖3.3.85 TCU0682 X200輸入地震傅立葉轉換圖(RTB+Viscous) 118 圖3.3.86 TCU0682X200輸入地震加速度與橋面板加速度比較圖(RTB+Viscous) 119 圖3.3.87 TCU0682 X200帽梁加速度(RTB+Viscous) 119 圖3.3.88 TCU0682 X200隔震支承相對位移歷時圖(RTB+Viscous) 120 圖3.3.89 TCU0682 X200系統轉換函數(RTB+Viscous) 120 圖3.3.90 TCU0682 X200隔震支承遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 121 圖3.3.90-1 TCU0682 X200線性黏滯阻尼遲滯迴圈圖(RTB+Viscous) 121 圖3.3.91 White Noise輸入地震PGA與橋面板PA關係圖 122 圖3.3.92 White Noise輸入地震PGA與支承相對位移關係圖 122 圖3.3.93 EL Centro輸入地震PGA與橋面板PA關係圖 123 圖3.3.94 EL Centro輸入地震PGA與支承相對位移關係圖 123 圖3.3.95 KOBE輸入地震PGA與橋面板PA關係圖 124 圖3.3.96 KOBE輸入地震PGA與支承相對位移關係圖 124 圖3.3.97 TCU068輸入地震PGA與橋面板PA關係圖 125 圖3.3.98 TCU068輸入地震PGA與支承相對位移關係圖 125 圖3.3.99 TCU0682輸入地震PGA與橋面板PA關係圖 126 圖3.3.100 TCU0682輸入地震PGA與支承相對位移關係圖 126 圖3.3.101 各地震RTB支承相對位移與頻率關係圖 127 圖3.3.102 各地震輸入PGA與RTB支承相對位移關係圖 127 圖4.1.1 EL Centro X500 LRB橋面版加速度模擬 135 圖4.1.2 EL Centro X500 LRB相對位移模擬 135 圖4.1.3 EL Centro X500 LRB帽梁相對位移模擬 136 圖4.1.4 KOBE X500 LRB橋面版加速度模擬 136 圖4.1.5 KOBE X500 LRB相對位移模擬 137 圖4.1.6 KOBE X500 LRB帽梁相對位移模擬 137 圖4.1.7 TCU068 X250 LRB橋面版加速度模擬 138 圖4.1.8 TCU068 X250 LRB相對位移模擬 138 圖4.1.9 TCU068 X250 LRB帽梁相對位移模擬 139 圖4.1.10 TCU0682 X250 LRB橋面版加速度模擬 139 圖4.1.11 TCU0682 X250 LRB相對位移模擬 140 圖4.1.12 TCU0682 X250 LRB帽梁相對位移模擬 140 圖5.1.1 EL Centro X300 RTB加速度模擬 145 圖5.1.2 EL Centro X300 RTB相對速度模擬 145 圖5.1.3 EL Centro X300 RTB相對位移模擬 146 圖5.1.4 KOBE X600 RTB加速度模擬 146 圖5.1.5 KOBE X600 RTB相對速度模擬 147 圖5.1.6 KOBE X600 RTB相對位移模擬 147 圖5.1.7 TCU068 X200 RTB加速度模擬 148 圖5.1.8 TCU068 X200 RTB相對速度模擬 148 圖5.1.9 TCU068 X200 RTB相對位移模擬 149 圖5.1.10 TCU0682 X200 RTB加速度模擬 149 圖5.1.11 TCU0682 X200 RTB相對速度模擬 150 圖5.1.12 TCU0682 X200 RTB相對位移模擬 150 表 目 錄 表2.1.1 試驗用LRB性能表(USVF提供) 26 表2.2.1 滾動摩擦係數 26 表2.3.1 振動台實驗用黏滯型阻尼器規格表 27 表2.4.1 振動台實驗用LRB元件測試成果 27 表3.1.1 相關參數縮尺比例 56 表3.1.2 原型與模型比例關係 56 表3.2.1 已執行振動台實驗各地震最大PGA 57 表3.2.2 振動台實驗用感測器種類 57 表3.2.3 振動台實驗用黏滯型阻尼器規格表 57 表3.3.1 振動台試驗LRB系統整體阻尼比 58 表3.3.2 振動台試驗Viscous Damper最大出力 58 照 片 目 錄 照片1.1 京華城購物休閒中心 9 照片1.2 京華城TADAS裝置 9 照片1.3 高雄東帝士摩天大樓 10 照片1.4 臺北101摩天大樓 10 照片2.2.1 RTB平臺 39 照片2.3.1 試驗用線性黏滯型阻尼器 39 照片2.3.2 試驗用線性黏滯型阻尼器性能表(廠商提供) 39 照片2.4.1 LRB元件測試 40 照片2.4.2 LRB元件測試(細部) 40 照片2.4.3 Linear Viscous Damper 元件測試 41 照片2.4.4 Linear Viscous Damper 元件測試(細部) 41 照片3.1.1 橋面版配筋 128 照片3.1.2 橋面版混凝土澆置 128 照片3.1.3 橋面版 129 照片3.1.4 縮尺橋梁振動台試驗架構 (LRB) 129 照片3.1.4-1 縮尺橋梁振動台試驗架構(細部) (LRB) 130 照片3.1.5 縮尺橋梁振動台試驗架構 (RTB) 130 照片3.1.6 縮尺橋梁振動台試驗滾動支承 131 照片3.1.7 縮尺橋梁振動台試驗架構 (RTB + Viscous damper) 131 照片3.1.8 縮尺橋梁振動台試驗架構 (RTB + Viscous damper) 132 照片3.1.9 縮尺橋梁振動台試驗 (Viscous damper) 1323940745 bytesapplication/pdfen-US隔震滾動隔震支承縮尺橋梁振動台試驗LRBRTBthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50555/1/ntu-94-R92521221-1.pdf