以結構實驗方法研究樓房結構之動力行為乃最具現場代表性之方式，其中建置實尺寸結構模型最能夠模擬現場結構情況，但最大之缺點則是在材料以及施工部分需耗費較大之成本。因此本研究以3D列印技術建置樓房結構縮尺模型進行動力實驗探討其可行性並分析未制震及含制震系統之樓房結構在各地震波激振下之減振效益。另一方面在Python程式環境下以堆積質量方法建置未制震及含制震系統之數學模型並以4階Runge-Kutta數值方法求得數值結構在地表加速度輸入後之歷時數值分析反應。本研究考慮之單層樓房結構包括：未控制結構(空構架)，以及採用懸吊單擺調諧質量阻尼器(Suspended Pendulum Tuned Mass Damper, SPTMD)系統，對角阻尼斜撐系統，弓形阻尼器(Toggle Braced Damper, TBD)系統等附加振動控制元件之構架，最後比較結構實驗以及數值分析反應之差異並探討其誤差來源。研究結果顯示，(1) 在各制震系統之減振效果方面，效果由優至差依序為含TBD系統，含對角阻尼斜撐系統，含SPTMD系統。(2)未控制結構系統之實驗值及分析值相接近，證實 3D 列印模型可其可行性，其中含SPTMD系統以及含對角阻尼斜撐系統在實驗值及分析值之誤差則較大。

Experimental approaches provide the most representative and practical studies of dynamic behavior of building structures. Though full-scaled model testing can offer precise information of the real protocols, it leads to high cost and long time for material preparation and model construction and makes this approach not efficient. This study is aimed at applying 3D techniques to investigate structural dynamic behavior of small-scaled model testing of uncontrolled and controlled building structures using various anti-earthquake apparatuses under different ground accelerations. The main purpose is to study the feasibility and efficiency of making testing models using 3D printing technique by comparing the analytical and experimental results. In the analytical and computational model, equations of motion of various single-storey building models based on lumped mass concept, then transformed into state-space form and the time-domain dynamic responses are solved by 4-th order Runge-Kutta algorithm. Computation is coded and executed in Python. Numerical results are compared with those obtained from experiments to analyze the errors and reasons. Results show that: (1) The sequence of aseismic effect of three kinds of passive anti-earthquake apparatuses, from high to low, is TBD, DD, SPTMD; (2) Analytical results agree well with those obtained from experimental models, feasibility of applying 3D building models to vibration test had been preliminarily proven. However, errors are relative high between analytical and experimental results for model using SPTMD and DD.

目錄

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 XI
符號說明 XVI
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 阻尼被動減震系統方面 2
1.2.2 調諧質量阻尼方面 4
1.3 研究目的 7
1.4 研究方法 7
1.5 論文架構 8
第二章 未制震與制震樓房結構系統之數學模型 9
2.1 引言 9
2.2 基本假設 9
2.3 未控制結構系統 11
2.4 含單擺式調諧質量阻尼(SPTMD)結構系統 13
2.5 含對角阻尼斜撐結構系統 15
2.6 含弓形配置阻尼結構系統 19
第三章 未制震與制震樓房3D列印模型結構試驗 20
3.1 引言 20
3.2 實驗方法 21
3.2.1 3D列印技術簡介 21
3.2.2 FDM成型程序 21
3.2.3 3D列印材料應用於結構實驗 24
3.2.4 六軸振動平台 25
3.3 地震波介紹 27
3.3.1簡諧波 27
3.3.2 1999集集地震 27
3.3.3 1995Kobe地震 28
3.3.4 1940 EL Centro 地震 28
3.4 未控制結構系統 29
3.4.1 簡諧波激振 29
3.4.2 地震波激振 29
3.5 含SPTMD結構系統 31
3.5.1 簡諧波激振 31
3.5.2 地震波激振 31
3.6 含對角阻尼斜撐結構系統 32
3.6.1 簡諧波激振 32
3.6.2 地震波激振 32
3.7 小結 33
第四章 未制震與制震樓房數值模型反應分析 34
4-1 引言 34
4-2 數值分析方法 34
4-2-1 狀態空間方程式 34
4-2-2　4階Runge-Kutta數值方法 35
4.3 未控制結構系統 36
4.3.1 結構參數測定 36
4.3.2 簡諧波激振 38
4.3.3 地震波激振 38
4.4 含SPTMD結構系統 39
4.4.1 簡諧波激振 39
4.4.2 地震波激振 39
4.5 含對角阻尼結構系統 40
4.5.1 黏滯性阻尼器阻尼測定 40
4.5.2 簡諧波激振 40
4.5.3地震波激振 41
4.6 含TBD結構系統 42
4.6.1 TBD系統之變形轉換係數 42
4.6.2 簡諧波激振 42
4.6.2 地震波激振 42
4.7 小結 43
第五章 未制震與制震樓房模型試驗與數值反應比較分析 44
5.1 未控制結構系統 44
5.1.1 簡諧波激振 44
5.1.2 地震波激振 44
5.2含SPTMD結構系統 45
5.2.1 簡諧波激振 45
5.2.2 地震波激振 45
5.3 含對角阻尼斜撐結構系統 46
5.3.1 簡諧波激振 46
5.3.2 地震波激振 46
5.4 小結 47
第六章 結論與建議 48
6.1 結論 48
6.2 未來研究之建議 50
參考文獻 51
附表 54
附圖 72
碩士論文口試答詢表 133
作者簡歷 137

1.中華民國內政部營建署，2011，建築物耐震設計規範及解說，100.1.19台內營字第0990810250號令修正部分規定，自中華民國一百年七月一日生效。
2.余一平，2006，結構小型模型試體振動台試驗初步研究，國立暨南國際大學土木工程學系，碩士論文。
3.陳文信，2004，黏滯性阻尼材料避震器之設計分析與測試，逢甲大學土木工程學系研究所，碩士論文。
4.陳博涵，2009，裝置X型加勁阻尼元件鋼構架之線性與非線性動態反應分析，國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所，碩士論文。
5.Zhefei Zhao, 2015, “Geometric Design Steps of the Upper Toggle-Brace-Damper System”, International Journal of Scientific Engineering and Technology, Vol. 4, No. 2, pp. 94-98.
6.詹鵬台、鄭至伸、呂良正，2016，”黏性阻尼器應用於二維與三維建築結構之最佳化設計”，結構工程，第31卷，第4期，pp.59－67。
7.Ersin Aydin, Baki Oztürk, Maciej Dutkiewicz,” Analysis of Efficiency of Passive Damper in Multistorey Building”, 2019, Journal of Sound and Vibration, Vol.439, pp. 17-28.
8.T. Pinkaew, P. Lukkunaprasit, P. Chatupote, “Seismic Effectiveness of Tuned Mass Dampers for Damage Reduction of Structures”, 2003, Engineering Structure, Vol. 25, pp. 39-46.
9.高道淵，2003，受強震作用結構物之調諧質量阻尼器設計，國立中興大學土木工程學系研究所，碩士論文。
10.林裕程，2003，各種調諧質量阻尼器之減振效用評估，國立中興大學土木工程學系研究所，碩士論文。
11.江恩暉、吳騏、劉中杰、徐德修，2010，”液流阻尼器與調諧質量阻尼器系統共構之耐震分析”，結構工程，第25卷，第5期，pp.13－26。
12.李至侖，2010，樓房加裝單擺式調諧質量阻尼器之振動抑制，國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所，碩士論文。
13.陳培榮、劉郁芳、李柏翰、林子剛、張國鎮，2017，”自體調諧質量阻尼系統動力反應最佳化於實務案例之可行性研究”，結構工程，第32卷，第3期，pp.48－68。
14.王哲夫、陳俊宏、涂佳瑋、吳承洧、林俊廷、林冠佑，2018，”滾動單擺式串聯調諧質量阻尼器之設計與性能探討”，中華民國第14屆結構工程及第4屆地震工程研討會，Paper No.14011。
15.Saman Bagheri, Vahid Rahmani-Dabbagh, 2018, “Seismic Response Control with Inelastic Tuned Mass Dampers”, Engineering Structure, Vol. 172, pp. 712-722.
16.張民岦，2005，”淺談調諧質量阻尼”，中華技術，第67卷。
17.Fahim Sadek, Bijan Mohraz, Andrew W. Taylor, Riley M. Chung, 1997, “A Method of Estimating The Parameters of Tuned Mass Dampers for Seismic Applications”, Earthquake Engineering And Structural Dynamics, Vol.26, pp. 617-635.
18.吳安傑、林保均、莊明介、蔡克銓，2015，”挫曲束制支撐構架設計概要與工程應用”，結構工程，第30卷，第1期，pp.11－33。
19.Douglas P. Taylor, 1996, “Fluid Dampers for Application of Seismic Energy Dissipation and Seismic Isolation”, 11th World Conference on Earthquake Engineering.
20.葉家君，2004，液流阻尼器之非線性行為在結構控制上之研究，國立成功大學土木工程學系研究所，碩士論文。
21.Jenn-Shin Hwang, Yin-Nan Huang, Ya-Hui Hung, 2005,” Analytical and Experimental Study of Toggle-Brace-Damper System”, Journal of Structural Engineering, Vol. 131, No. 7, pp. 1035-1043.
22.R. Zhang, H. He, D. Weng, H. Zhou, S. Ding, 2012, “Theoretical Analysis and Experimental Research on Toggle-Brace-Damper System Considering Different Installation Modes”, Scientia Iranica, Vol. 19, No. 6, pp. 1379-1390.
23.ASTM, 2015, Additive manufacturing- General principles- Terminology, ASTM 52900: 2015.
24.林鼎勝，2014，”3D列印的發展現況”，科學發展-科技部，第503卷，pp.32－37。
25.楊榮森，2019，”3D列印科技之原理與應用”，台灣醫學，第23卷，第1期，pp.41－47。
26.葉錦清，2016，”3D列印(積層製造)產業發展現況分析”，光連雙月刊，第124期，pp.42－47。
27.鄭正元、江卓培、林宗翰、林榮信、蘇威年、汪家昌、蔡明忠、賴維祥、鄭逸琳、洪基彬、鄭中緯、宋宜駿、陳怡文、賴信吉、吳貞興、許郁淞、陳宇恩，2017，3D列印－積層製造技術與應用，全華圖書股份有限公司。
28.蔡富吉、蔡坤哲，2014，3D印表機製造全書，碁峰資訊股份有限公司。
29.賽迪研究院專家組(譯)，2014，印出新世界－3D列印將如何改變我們的未來(原作者：Hod Lipson, Melba Kurman)，泰電電業股份有限公司。
30.陸銀秋、吳培龍、陳建國、吳迪，2016，”共聚酯PETG生產及性能研究”，中國石油和化工標準與質量，第20期，pp.16－18。
31.趙高升、劉秀軍、張志明、張慶印，2017，”PETG/PBT耗材的製備及其3D打印工藝研究”，塑料工業，第45卷，第12期，pp.59－62。
32.張鴻祥，1998，虛擬實境之六軸動感平台控制與系統整合，國立交通大學電機與控制工程學系研究所，碩士論文。
33.呂文德，2004，虛擬實境系統與六軸平台之整合，中華大學機械與航太工程研究所，碩士論文。
34.維俊有限公司，2016，六軸電動平台教育訓練手冊。
35.鍾立來，1993，”結構主動控制之狀態空間系統”，結構工程，第8卷，第2期，pp.89－98。
36.程曉旭、耿魯靜、張海、王勇，2014，數值分析—使用C語言，佳魁科技。
37.林丕靜，1996，數值分析，儒林圖書有限公司。
38.Anli K. Chopra, 2012, Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, 4th edition, Prentice Hall, New Jersey.