三段式鋼板阻尼器耐震設計、分析及試驗研究

Abstract

"三段式鋼板阻尼器(3-Segment Steel Panel Damper, SPD)為一種剪力消能型的耐震間柱，由一段非彈性核心段(Inelastic Core, IC)與兩段彈性連接段(Elastic Joint, EJ)構成。藉由IC段承受反覆剪力變形消散能量，為延緩剪力變形造成的挫屈，須設置挫屈束制加勁板。由於日本學者所提SPD的設計方法多只針對IC段，本研究簡化其中加勁板設計流程，配合國內習見容量設計法及斷面肢材寬厚比限制，建立一套三段式鋼板阻尼器的完整設計流程。為減低SPD製造成本，本研究採用SN400B為腹板、SN490B為翼板製造長跨寬翼斷面，裁切製作三段式鋼板阻尼器過程，利用疊合板來加勁EJ段。以SPD的IC段目標挫屈剪力變形量(13%與8%弧度)作為設計參數，製造淨高均為2.6米，深1000mm、標稱剪力強度1128kN，只有加勁板細節不同的兩組SPD試體。實驗結果顯示SPD-3L4T雖在未達目標剪力變形量13%弧度之前便發生挫屈(8%弧度)，但實驗強度及勁度與設計目標相近，且具良好韌性容量。所建算式成功預測SPD-4L2T挫屈剪力變形量(8%弧度)，且具穩定消能性能。兩組試體皆驗證所提容量設計及疊合板設計方法成功，試驗中皆無發生意外降伏或破壞。本研究成功使用有限元素模型模擬試驗結果，並用材料模型校正過的有限元素模型進行兩組參數分析；分析結果顯示EJ段疊合板的塞孔焊在軸力、應變硬化及初始缺陷的情況下具有必要性。本研究建議EJ段疊合板可採梁柱交會區疊合板的設計方法進行設計。與傳統偏心斜撐構架剪力連桿梁加勁板設計方法比較，在IC段採本研究所提方法配置加勁板較為經濟。"