含低降伏鋼板阻尼器最佳化構架之耐震性能分析與試驗研究

鋼板阻尼器（Steel Panel Damper, SPD）為耐震間柱的一種，中間段為非彈性核心段，上下兩段為彈性連接段，在核心段配置加勁板，可延遲受剪挫屈的發生。在抗彎構架（Moment Resisting Frame, MRF）中設置SPD可增加結構的側向勁度、強度與韌性。本研究利用含鋼板阻尼器抗彎構架（SPD-MRF）之最佳化程式，對僅考慮容量設計法之六層樓SPD-MRF進行最佳化設計，將原構架稱為「初始設計」。完成最佳化設計之構架稱為「基本設計」，針對基本設計之第一模態對應之層間位移角反應最大的三個樓層進行1.5倍勁度調整稱為「實用設計」，此外核心段材料分為LYP100與SN400B，總共有六個SPD-MRF模型。基本設計可減少12％用鋼量，但無法維持初始設計之勁度；實用設計可減少6％用鋼量，且可維持初始設計之勁度，並讓第一模態對應之層間位移角分布更均勻。核心採LYP100之SPD有較大的設計斷面，在構架中SPD抗剪力比為40％，大於核心採SN400B之SPD抗剪力比37％。研究也進行模型側推分析與非線性動力歷時分析比較。另設計兩組以LYP100作為核心材料的SPD，分別對其進行反覆加載試驗（Cyclic Test）與結合分析模型同步更新技術（Online Model Updating, OMU）的複合試驗（Hybrid Simulation），探討SPD耐震容量與其於構架中的耐震性能。非線性動力歷時分析結果可得MCE級地震作用下SPD核心段之最大剪應變需求平均值為4.13％弧度，遠低於兩組SPD試體之核心段剪應變容量9.8％弧度與14.4％弧度，且累積塑性變形（Cumulative Plastic Deformation, CPD）達1339以上，可承受至少4次MCE級地震才可能發生破壞，顯示SPD擁有良好之疲勞壽命。