NCREE-2008-024
時間 2008-09-30
標題 多自由度多功能構件試驗系統分析與設計
作者 蔡克銓林克強林德宏
摘要
本研究與MTS公司合作,在國家地震工程研究中心擴建的空間中,建造一多自由度多功能構件試驗系統(Multi-Axial Testing System, MATS),以便供隔減震構件研究學者使用。MATS為六個自由度的試驗系統,除垂直向載重外,亦有施加水平載重、側向載重及三個方向彎矩之能力,使MATS能模擬構件實際之受力或變形情況。MATS可進行多種不同型式構件之試驗,本研究以四種構件為設計標準,包括隔震支承墊、柱構件、速度型阻尼器以及斜撐構件。
MATS設計所考慮之試驗極限狀況主要分為兩種,其一為垂直載重較大(40MN)、水平載重較小(4MN)但水平位移很大(1.2m)之試驗,考慮的試體為隔震支承墊,試驗中水平位移與垂直載重可同時施加;另一種試驗狀況為垂直載重較小甚至沒有垂直載重,但水平載重較大(8MN)與水平位移中等(0.5m)之試驗,考慮的試體為斜撐構件。研究中針對MATS中垂直向千斤頂需求、載重平台、預力錨錠與反力樑進行詳細分析與設計。MATS系統共配置13個美國MTS公司專利的千斤頂,分為7個垂直向、4個側向與2個下壓千斤頂,此種千斤頂能提供推力,卻不能施加拉力,且載重平台滑動時產生之摩擦力很小,能方便多自由度之構件試驗。7個垂直向千斤頂透過載重平台對試體施垂直載重,包括中央1個pressure balanced型式最大載重為30MN之千斤頂,與周邊6個hydrostatic型式最大載重為5MN之千斤頂。4個側向千斤頂最大載重為1MN,用以控制載重平台之側移,2個下壓千斤頂最大載重則為2MN,當垂直載重較小時,能提供垂直向下壓載重,維持系統穩定,側向與下壓千斤頂皆為hydrostatic型式之千斤頂。
MATS採預力混凝土雙A型構架,構架柱皆施加33600kN之預力,此外鋼造載重平台與反力橫樑亦使用SAP分析軟體進行分析,以了解其應力與變形量,其中反力橫樑在最大荷載時變形量限制為5mm,旋轉量限制為0.001弧度。在未來的實際使用中,只要是構件的力學行為符合試驗系統容許範圍,例如樑柱接頭試驗與剪力牆試驗亦可利用MATS進行。
關鍵字 多自由度, 自反力構架系統
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