非線性調諧質塊阻尼器設計參數最佳化之研究

吳賴雲 ； 鍾立來 ； 張忠信 ； 黃旭輝 ； 陳家乾

《結構工程》 23卷2期 (2008/06) Pp. 107-136

https://doi.org/10.6849/SE.200806_23(2).0005

摘要

對超高層大樓而言，風力視為主要擾動，為了降低風力振動及提高舒適度之要求，採用控制元件減低結構物振動反應乃時勢所趨。調諧質塊阻尼器乃具有質量、阻尼及彈簧之結構振動控制系統，其自然振頻與結構之基本振頻相調諧。藉由主結構之振動量轉移至調諧質塊阻尼器，以質塊振動量之上升，換取主結構動態反應之降低，並以質塊阻尼器具有之阻尼特性，來消散傳入之振動量，進而提昇結構之安全性及服務性。線性調諧質塊阻尼器之最佳化理論及應用已經相當成熟，但是非線性調諧質塊阻尼器最佳化理論仍在發展中。本文旨在探討結構加裝非線性調諧質塊阻尼器之最佳化參數研究。首先提出結構加裝非線性調諧質塊阻尼器之動力分析方法，解得結構之動態反應。採用台北101大樓結構之相關參數，且非線性調諧質塊阻尼器具有不同的質量比、頻率比及阻尼型式，驗證直接搜尋法(Direct Search Method)實屬可行，可取得調諧質塊阻尼器之最佳設計參數。經參數分析後，減振效益對頻率比相當敏感，對阻尼係數較不敏感，且阻尼力之次冪愈高，減振效益對阻尼係數愈不敏感。當阻尼力之次冪為0.5，最佳阻尼係數正比於風力倍率之平方根；當阻尼力之次冪為2.0，最佳阻尼係數則反比於風力之倍率；但是最佳頻率比均不隨風力之倍率而變。採用台北101大樓結構及其調諧質塊阻尼器之相關參數，並考量其他阻尼型式，只要設計得當，不同阻尼型式之調諧質塊阻尼器均能有效控制結構反應，在半年回歸期之風力作用下，將結構之加速度峰值降至舒適度之要求範圍內。阻尼力之非線性次冪愈高，阻尼器衝程（位移）之需求較小，但出力（阻尼力）之需求則愈大。