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減震技術-鋼板減震器


長條形鋼材承受拉力而伸長變形時,如果「變形程度」沒有超過材料的「彈性限度」,當停止施力後,鋼材會回復成原來的長度,鐵原子回復成原本的排列形狀。

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如果鋼材承受更大的拉力,以致超過材料的彈性限度,拉力所作的功,會轉換成永久改變鐵原子排列形狀所需的能量。之後即使停止施力,鋼材也不會回復成原本的模樣,而永久變形,這種現象就稱為塑性變形。鋼材的塑性變形,能發揮吸能減震的功用。

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鋼材受壓超過彈性限度時,也會發生塑性變形,之後即使停止施力,亦無法回復到原本的長度。受壓鋼材的塑性變形,同樣具有消耗外部能量,吸能減震的功能。

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如果換成細長的鋼材作實驗,受拉超過彈性限度時,細長鋼材會發生塑性變形而吸能,但受壓時卻容易挫屈,不能有效吸能。

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為避免細長鋼材過早挫屈,可外加「束制」固定,束制的範圍越大,細長鋼材越不容易挫屈。鋼材承受壓力時,能塑性變形吸能減震。

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挫屈與束制的關係,也可從鎚打釘子的生活經驗觀察得到:

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(左圖)細長的鐵釘,鎚擊易挫屈

(右圖)老虎鉗夾固後再鎚擊,鐵釘不挫屈


挫屈束制斜撐(BRB, Buckling Restrained Bracing)是鋼板減震器的典型代表,其構造是在核心鋼材的外圍加裝外套管,並填入混凝土,防止核心鋼材受壓而挫屈。

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挫屈束制斜撐的核心鋼材受拉力或受壓力,經由伸長或縮短的塑性變形過程,吸收結構振動能量,發揮減震的功能。

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(左圖)斜撐受拉

(中圖)結構靜止狀態

(右圖)斜撐受壓


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