偏心滾動隔震系統之數值模擬及實驗驗證

Abstract

" 傳統線性隔震系統因其回復力與位移呈線性關係，使隔震系統具有特定頻率，當地表外力頻率接近該隔震系統之特定頻率時，可能因共振效應使系統反應超過容許值。因此，許多非線性隔震系統之相關研究逐漸產出，本研究所探討之偏心滾動隔震系統(Eccentric Rolling Isolation System, ERIS)即屬其一。於機構上，隔震平台以偏心梢接於圓形隔震器上，隔震平台上可裝置隔震標的物，例如建築結構或機電設備。過去對於ERIS之初步研究，已由數值模擬初步驗證，相較於線性系統，ERIS確實能減緩共振反應，以應對近斷層地震。然而，其隔震頻率受圓形隔震器之半徑主導，故需要占用較大的空間，不利實務應用。再者，先前於理論上，假設上部結構重遠大於圓形隔震器，進而忽略後者。然而，若考慮於設備隔震應用之前提下，兩者重量差距縮小，可能不滿足原研究對質量忽略之假設，分析模擬亦無法掌握實際動力特性。有鑑於此，本研究將圓形隔震器質量納入理論考量，修正理論推導，進一步模擬並掌握圓形隔震器慣性對隔震性能之影響。本研究首先以能量法重新推導考慮圓形隔震器質量之運動方程式，系統採庫倫摩擦模型模擬系統之消能行為。經參數敏感度分析，探討系統設計參數，包含隔震器半徑、偏心比與質量比對系統動力行為之影響。隨著偏心比之降低、半徑增加與質量比增加可延長隔震系統基本震動週期。於強迫振動之模擬，考慮數筆包含近斷層與遠域震波並配合不同振幅，確認隔震系統之性能。最終，以小型振動台試驗，以四組不同參數組合之隔震系統試體進行試驗。由試驗量測與數值擬合之結果，成功驗證理論與分析之正確性。證明考慮圓形隔震器質量量之必要性，以及其所帶來之機構尺寸縮減之效益，大幅提升實務應用之可行性。"