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系統識別號 U0002-1502201613065300
中文論文名稱 一種新型的建築結構消能系統
英文論文名稱 A New Type of Structural Energy Dissipating System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 104
學期 1
出版年 105
研究生中文姓名 吳建佑
研究生英文姓名 Chien-Yu Wu
學號 603380055
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-01-11
論文頁數 112頁
口試委員 指導教授-段永定
委員-劉明仁
委員-黃昭勳
中文關鍵字 摩擦單擺阻尼器  調諧質量阻尼器  結構減振 
英文關鍵字 Friction Pendulum System  Tuned Mass Damper  Structural Vibration Reduction 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究將以FPS 型隔震系統與鐘擺型TMD 做結合,研發出新型的TMD 系統,稱為『VFPS 型TMD』(Variable Friction Pendulum System of Tuned Mass Damper)。透過工程分析軟體建構可靠的數值模型進行分析,探討研發之系統特性是否符合使用需求與期待的工程特性。本研究研發之系統預期將較現有的TMD系統提供更好的耐震效應,並對可變的摩擦力和外力的關係,提出最佳的參數設計,期有助於結構耐震之應用與推廣。VFPS 型TMD 的頻率取決於摩擦弧面之曲率半徑,與同樣是單擺型TMD 比較,僅需安裝基座之空間,因此單一樓層就可配置本系統,而圓盤型VFPS 配置,可減少扭轉效應造成的副作用。其創新性的減震系統極具結構系統特色之外,提供之結構體積與空間,可充分發揮室內建築景觀設計之創意價值,相當具有建築觀光效益與設計代表性。本計畫研究將提出有效且明確的變摩擦單擺減震系統減振效益分析方法。
英文摘要 This study proposed an innovated structural vibration reduction system, Variable Friction Pendulum System of Tuned Mass Damper (VFPS). The numerical model of VFPS will be studied with Matlab. Consequently, the design procedures of VFPS will also be verified such that the frequencies of structures with VFPS will be tuned well and match the designed propose.The behavior of VFPS could be simulated and will show that the efficiency of developed system in this study. The vibration reduction due to the VFPS can be proved via the study.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究方法 3
1-4 研究流程 4
1-5 研究內容 5
第二章 文獻回顧 7
2-1 結構減振系統研究 7
2-2 摩擦鐘擺系統 8
2-3 調諧質量阻尼器 9
2-4 摩擦單擺型調諧質量阻尼器 11
第三章 基礎理論 12
3-1 調諧質量阻尼器理論 12
3-2 VFPS-TMD動力行為 17
第四章 數值分析方法 22
4-1 Newmark’s method 22
4-2 解微分方程 23
4-3 程式內容 25
4-4程式驗證 31
4-5 外力選擇 33
第五章數值分析結果 40
5-1 試驗內容 40
5-2自由震動 40
5-3白噪音 44
5-4簡諧外力 49
5-5地震力 61
5-6 VFPS-TMD測試 64
第六章 結論與建議 69
6-1 結論 69
6-2 建議 70
參考文獻 71
附錄1 Matlab自訂函數 75
附錄2 Matlab計算VFPS-TMD反應程式碼 76
附錄3 Matlab使用Newmark’s method程式碼 78
附錄4 Matlab計算結構加裝TMD反應程式碼 81
圖目錄
圖1-1-1研究流程圖 4
圖3-1-1 滑塊式TMD示意圖 13
圖3-1-2 單擺式TMD示意圖 14
圖3-1-3滑塊式TMD示意圖 15
圖3-2-1 VFPS-TMD示意圖 17
圖3-2-2 VFPS-TMD力分析圖 18
圖3-2-3 遲滯迴圈 20
圖4-4-1結構位移比較 32
圖4-4-2阻尼器位移比較 32
圖4-5-1 程式產生之白噪音 34
圖4-5-2 三種頻率的正弦波 35
圖4-5-3 地震力加速編號1 35
圖4-5-4 地震力加速編號2 36
圖4-5-5 地震力加速編號3 36
圖4-5-6 地震力加速編號4 37
圖4-5-7 地震力加速編號5 37
圖4-5-8 地震力加速編號6 38
圖4-5-9 地震力加速編號7 38
圖4-5-10 地震力加速編號8 39
圖4-5-11 地震力加速編號9 39
圖5-2-1 自由震動位移與時間關係圖,摩擦係數0.01 41
圖5-2-2 自由震動位移與時間關係圖,摩擦係數0.02 41
圖5-2-3 自由震動位移與時間關係圖,摩擦係數0.03 42
圖5-2-4 自由震動遲滯迴圈圖,摩擦係數0.01 42
圖5-2-5 自由震動遲滯迴圈圖,摩擦係數0.02 43
圖5-2-6 自由震動遲滯迴圈圖,摩擦係數0.03 43
圖5-3-1 白噪音位移與時間關係圖,摩擦係數0.01 45
圖5-3-2 白噪音位移與時間關係圖,摩擦係數0.02 45
圖5-3-3 白噪音位移與時間關係圖,摩擦係數0.03 46
圖5-3-4 白噪音遲滯迴圈圖,摩擦係數0.01 47
圖5-3-5 白噪音遲滯迴圈圖,摩擦係數0.02 48
圖5-3-6 白噪音遲滯迴圈圖,摩擦係數0.03 48
圖5-4-1 SIN(0.2Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.01 51
圖5-4-2 SIN(0.4Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.01 52
圖5-4-3 SIN(0.6Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.01 52
圖5-4-4 SIN(0.2Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.02 53
圖5-4-5 SIN(0.4Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.02 53
圖5-4-6 SIN(0.6Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.02 54
圖5-4-7 SIN(0.2Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.03 54
圖5-4-8 SIN(0.4Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.03 55
圖5-4-9 SIN(0.6Π)位移與時間關係圖,摩擦係數0.03 55
圖5-3-10 SIN(0.2Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.01 56
圖5-3-11 SIN(0.4Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.01 56
圖5-3-12 SIN(0.6Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.01 57
圖5-3-13 SIN(0.2Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.02 57
圖5-3-14 SIN(0.4Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.02 58
圖5-3-15 SIN(0.6Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.02 58
圖5-3-16 SIN(0.2Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.03 59
圖5-3-17 SIN(0.4Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.03 59
圖5-3-18 SIN(0.6Π)遲滯迴圈圖,摩擦係數0.03 60
圖5-6-1 各摩擦係數勁度分布圖 64
圖5-6-2 有無VFPS-TMD結構位移圖(正弦波) 65
圖5-6-3 有無VFPS-TMD結構加速度圖(正弦波) 66
圖5-6-4有無VFPS-TMD結構位移圖(地震力) 67
圖5-6-5有無VFPS-TMD結構加速度圖(地震力) 67
圖5-5-1 地震編號1,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 86
圖5-5-2 地震編號2,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 86
圖5-5-3 地震編號3,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 87
圖5-5-4 地震編號4,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 87
圖5-5-5 地震編號5,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 88
圖5-5-6 地震編號6,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 88
圖5-5-7 地震編號7,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 89
圖5-5-8 地震編號8,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 89
圖5-5-9 地震編號9,摩擦係數0.01,位移與時間關係圖 90
圖5-5-10 地震編號1,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 90
圖5-5-11 地震編號2,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 91
圖5-5-12 地震編號3,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 91
圖5-5-13 地震編號4,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 92
圖5-5-14 地震編號5,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 92
圖5-5-15 地震編號6,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 93
圖5-5-16 地震編號7,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 93
圖5-5-17 地震編號8,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 94
圖5-5-18 地震編號9,摩擦係數0.02,位移與時間關係圖 94
圖5-5-19 地震編號1,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 95
圖5-5-20 地震編號2,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 95
圖5-5-21 地震編號3,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 96
圖5-5-22 地震編號4,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 96
圖5-5-23 地震編號5,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 97
圖5-5-24 地震編號6,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 97
圖5-5-25 地震編號7,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 98
圖5-5-27 地震編號9,摩擦係數0.03,位移與時間關係圖 99
圖5-5-28 地震編號1,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 99
圖5-5-29 地震編號2,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 100
圖5-5-30 地震編號3,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 100
圖5-5-31 地震編號4,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 101
圖5-5-32 地震編號5,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 101
圖5-5-33 地震編號6,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 102
圖5-5-34 地震編號7,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 102
圖5-5-35 地震編號8,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 103
圖5-5-36 地震編號9,摩擦係數0.01,遲滯迴圈圖 103
圖5-5-37 地震編號1,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 104
圖5-5-38 地震編號2,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 104
圖5-5-39 地震編號3,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 105
圖5-5-40 地震編號4,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 105
圖5-5-41 地震編號5,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 106
圖5-5-42 地震編號6,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 106
圖5-5-43 地震編號7,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 107
圖5-5-44 地震編號8,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 107
圖5-5-45 地震編號9,摩擦係數0.02,遲滯迴圈圖 108
圖5-5-46 地震編號1,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 108
圖5-5-47 地震編號2,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 109
圖5-5-48 地震編號3,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 109
圖5-5-49 地震編號4,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 110
圖5-5-50 地震編號5,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 110
圖5-5-51 地震編號6,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 111
圖5-5-52 地震編號7,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 111
圖5-5-53 地震編號8,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 112
圖5-5-54 地震編號9,摩擦係數0.03,遲滯迴圈圖 112
表目錄
表4-5-1地震測站表 34
表5-2-1 自由震動等效勁度與阻尼 44
表5-3-1白噪音等效勁度與阻尼 46
表5-4 簡諧外力等效勁度與阻尼 51
表5-5-1地震力等效勁度與阻尼,摩擦係數0.01 62
表5-5-2地震力等效勁度與阻尼,摩擦係數0.02 63
表5-5-3地震力等效勁度與阻尼,摩擦係數0.03 63
參考文獻 [1] Gaul L. , and Nitsche R. Friction control for vibration suppression. Mechanical Systems and Signal Processing. Vol. 14, pp. 139-150(2000).
[2] Inaudi JA. , and Kelly JM. Mass damper using friction-dissipating device. Journal of Engineering Mechanic. Vol. 121, pp. 142-149(1995).
[3] Ricciardelli F. , and Vickery BJ. Tuned vibration absorbers with dry friction dampingEarthquake Engineering and Structural Dynamics. Vol. 28, pp.707-724(1999).
[4] 田志昌,張黎明,“乾摩擦在調諧質量阻尼係數中的利用,工程抗震,(1) : 21-23(2000)。
[5] Mokha AS. ,Constantinou MC. ,Renihorn AM. , and Zayas V. Experimental studyof friction pendulum system isolation system.Journal of Structural Engineering. ASCE,Vol. 117, no. 4, pp.1201-1217(1991).
[6] Tsopelas P. , Constantinou MC. , Kim YS. , and Okamoto S. Experimental study of FPS system in bridge seismic isolation.Earthquake Engineering and Structural Dynamics. Vol. 25, pp. 65-78(1996).
[7] Moka AS. , Amin N. ,Constantinou MC. , and Zayas V. Seismic isolation retrofit og large historic building.Journal of Structural Engineering. ASCE, Vol. 122(3, pp. 298-308(1996)).
[8] Zayas V. , Low SS. , and Mahin SA. A simple pendulum technique for achieving seismic isolation.Earthquake Spectra. Vol. 6(2), pp. 317-331(1990).
[9] Frahm, H. Device for Damping Vibration of Bodies. U. S. Patent No. 989-958 (1911).
[10] Den Hartog JP. Mechanical Vibrations. 4th edn, McGraw-Hill, New York(1956).
[11] Warburton GB., and Ayorinde EO. “Optimum absorber parameters for simple systems.” Earthquake Engineering and Structural Dynamics,Vol. 8, pp. 197-217 (1980).
[12] Ayorinde EO., and Warburton GB. “Minimizing structural vibrations with absorbers.” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 8, pp. 219-236 (1980).
[13] Warburton GB. “Optimum absorber parameters for various combinations of response and excitation parameters.” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 10, p. 381-401 (1982).
[14] Hsiang-Chuan Tsai and Guan-Cheng Lin (1993), “Optimum Tuned-Mass Dampers for Minimizing Steady-State Response of Support-Excited and Damped Systems,”Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 23, 957-973.
[15] Rahul Rana and T.T.Song (1998), “Parametric study and simplified design of response and excitation parameters,” Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 10, 381-401.
[16] T.Pinkaew, P.Lukkunaprasit, P.Chatupote(2003), “Seismic effectiveness of tuned mass dampers for damage reduction of structures,” Journal of Engineering Structures, Vol. 25, 39-46.
[17] G.B.Warburton(1982), “Optimal absorber parameters for various combinations of response and excitation parameters,” Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 10, 381-401.
[18] Masato Abe’ (1996), “Tuned Mass Dampers for Structures with Bilinear Hysteresis, ” Journal of Engineering Mechanics, Vol. 122, No. 8,797~800.
[19]李大望,關罡,霍達.FPS型TMD控震效應分析.工業建築, 2003,31(2)
[20] 熊世樹,潘琴存,黃麗婷.FPS型TMD震動台試驗模型設計及其減震效率仿真分析.工程抗震與加固改造, 2006,28(5)
[21] 鍾立來,吳賴雲,陳宣宏,黃旭輝,張忠信,林廷翰.摩擦鐘擺型調諧質塊阻尼器之最佳化設計研究.國家地震工程研究中(NCREE-08-018)
[22] 鍾立來,吳賴雲,林廷翰,林美君,連冠華.雙向摩擦鐘擺型調諧質塊阻尼器減振效益之研究.國家地震工程研究中心 (NCREE-09-024)
[23] 吳政彥.變曲率滑動隔振結構之實驗與分析.國立高雄第一科技大學營建工程系碩士學位論文,2004年
[24] 董平(譯). 結構工程中的被動消能係統. 北京: 科學出版社, 2005
[25] 劉季, 周雲. 結構抗震控制的研究與應用狀況. 哈爾濱建築大學學報, 1995,28(4): 1-10
[26] 羅群(譯). 被動調諧質量阻尼器的震動控制效果. 世界地震工程, 1995, (1):59-65
[27] Anil K. Chopra Dynamics of Structures (4th Edition) (Prentice-Hall International Series in Civil Engineering and Engineering Mechanics)
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2016-02-22公開。
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