關於此實驗
將兩座塔放在同一座振動台上。一座作為無支撐的基準模型；另一座則採用你選擇的支撐和阻尼。執行指定的地面運動，查看屋頂反應，並比較最大層間位移。剛度較大的塔可能避開一個共振，卻更接近另一個共振，因此不能只憑外觀判斷結果。
學習目標
- 區分地面運動與相對於地面的位移
- 將質量和剛度與固有頻率連結起來
- 觀察共振和阻尼的影響
- 對兩個不同的彈性結構施加相同的激振並進行比較
- 解讀層間位移，但不宣稱能預測倒塌
使用方法
- 1同時搖動兩座塔，並檢視峰值響應。說明為什麼在相同的基底運動下，它們的屋頂移動方式不同。
- 2保持支撐不變，將振動頻率從第一模態固有頻率以下逐步掃至其以上。
- 3使用橘色把手增加模態阻尼，並比較屋頂的最大位移。
- 4保持剛度不變，改變樓層質量。預測固有頻率的變化。
- 5比較無支撐、斜撐和交叉支撐預設，同時記錄屋頂位移和層間位移。
模型
假設
- 每座塔都有兩個相等的集中樓層質量和兩個相等的線性層剛度。忽略樓板轉動、扭轉、基礎柔度和土壤響應。
- 支撐預設會將提供的無支撐樓層剛度乘以1、2.5或4。這些是定義好的等效剛度選項，並非計算實際支撐接頭的剛度。
- 基準塔一律採用裸框架剛度和5%的模態阻尼。可調式塔採用針對其兩個自然模態調諧的瑞利阻尼。
- 地面位移是乘上持續12秒的sin⁴包絡線的正弦波。將其精確的二階導數用於運動方程式，接著計算12秒的自由響應。
- RK4採用固定的0.005秒時間步長；每隔0.05秒儲存一次繪圖資料。兩座塔的運動都以相同比例放大。模型不包含降伏、開裂和倒塌。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼在某個激振頻率下，提高剛度反而會使響應變差？
- Q2為什麼樓層質量加倍會降低自然頻率？
- Q3屋頂位移與最大層間位移有什麼差異？
- Q4為了公平比較，為什麼兩座塔必須接受相同的地面運動？
常見問題
搖晃停止後，屋頂為什麼還會移動？
彈性結構會保留動能和應變能。阻尼會逐漸耗散這種自由振動。
層間位移很大，是否代表動畫預測了結構倒塌？
不是。它顯示的是彈性反應。較大的層間位移可能超出該模型的假設，而且模型未包含損傷法則。
為什麼支撐配置會使剛度按固定倍數變化？
本實驗比較的是透明的集中參數模型。要確定實際支撐的剛度，還需要截面、幾何形狀、連接方式和施工細節等資訊。