現在位置首頁 > 博碩士論文 > 詳目
論文中文名稱:複合材料救災便橋之試驗與分析 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Experimental and Analytical Study on Temporary Rescue Bridges Using Composite Materials [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:101
出版年度:102
中文姓名:林忠蔚
英文姓名:Chung-Wei Lin
研究生學號:100428010
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2013-07-18
論文頁數:155
指導教授中文名:宋裕祺
口試委員中文名:尹世洵;洪曉慧
中文關鍵詞:輕量化纖維複合材料
英文關鍵詞:LightweightFiber Composites
論文中文摘要:國內每逢颱風季時,常因連夜豪雨使得溪水暴漲,導致某些地區的聯外橋梁遭洪水及土石沖毀而形成孤島,為了快速恢復對外交通必須搭設便橋,以往便橋材料大多採用鋼構材,組裝時須倚賴重型機具,頗為費時費工,若能將鋼材替代成具高強度且重量輕的纖維複合材料,作為救災便橋,將可有效加快道路搶通及人員救援時間。
本文首先針對救災便橋之主梁與橫梁相接進行設計,以玻璃纖維複合材料作為主梁,以鋼材料作為橫梁,並依照規範規定進行複合材料主梁與鋼橫梁相接之細部設計,並進而設計橋面寬3公尺、跨度10公尺及承受5噸車載之便橋,且於國家地震工程研究中心進行相關性能試驗。此外,本文亦利用有限元素分析軟體MSC Patran進行模擬,其中纖維複合材料為正交異性材料(Orthotropic),於分析時考慮複合材料實際疊層效應,以準確模擬實驗的真實情況,最後並將所得之分析結果與試驗成果比對,藉此探討複合材料便橋整體結構特性。
論文英文摘要:The cross-river bridges were frequently washed away as result in foundation scouring or substructure attacked by flood in season of typhoon. The traffic network may accordingly be hurt or even ruptured and gives trouble to people live in the area isolated by broken bridges. In order to provide the effective emergence rescue, a kind of easy-erection temporary bridge for traffic is required to shorten time of social restoring after disaster. The fiber reinforcing plastic (FRP) has advantages of high strength, lightweight and good durability for reuse, etc., and is an ideal material for temporary bridge of emergence rescue.
This thesis intends to do preliminary study on temporary bridge using FRP. A loading test of simply supported I-beam using glass fiber composite material was planed in this study, and conducted by National Center on Research on Earthquake Engineering (NCREE). The structural performance was able to be discussed and investigated.
On the other hand, the finite element analysis was carried out and compared with the test outcomes for assuring the accuracy of the analytical model. The results obtained shows that certain degree of safety factor of the design is able to be certificated and the analytical model established is available to predict structural performance of the practical bridge.
論文目次:目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
致 謝 iv
目 錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究內容與方法 1
1.3 章節概述 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 複合材料於橋梁構件之應用 6
2.2.1 複合材料橋面板 8
2.2.2 複合材料吊索 9
2.2.3 複合材料筋 10
2.3 複合材料接合方式 11
2.3.1 螺栓接合 11
2.3.2 黏結接合 12
2.4 複合材料構件力學行為 14
2.4.1 複合材料板力學行為 14
2.4.2 複合材料梁力學行為 16
2.4.3 複合材料強度行為 17
2.5 國內外複合材料橋梁之案例 19
2.5.1 纖維複合材料應用於人行陸橋之案例 19
2.5.2 纖維複合材料應用於公路橋之案例 23
2.6 小結 25
第三章 複合材料救災便橋設計 27
3.1 前言 27
3.2 複合材料救災便橋之研究規劃 27
3.2.1 複合材料之特性 27
3.2.2 設計規劃及考量 29
3.3 橫梁接合細部設計及檢核 30
3.3.1 接合構件設計檢核 32
3.3.2 螺栓孔間距及邊距檢核 36
3.4小結 50
第四章 救災便橋性能試驗及實驗規劃 51
4.1 實驗目的 51
4.2 試體設計尺寸 51
4.2.1 橫梁接合實驗之試體規劃 52
4.2.2 跨度10m全橋實驗之試體規劃 54
4.3試體組裝 56
4.4實驗配置 66
4.4.1 橫梁接合試驗 66
4.4.2 跨度10m全橋試驗 75
4.5 小結 88
第五章 89
5.1 前言 89
5.2 有限元素概述 89
5.2.1 有限元素基本理論 89
5.2.2 有限元素基本原理 90
5.3 有限元素軟體簡介 93
5.3.1 MSC Patran簡介 93
5.3.2 MSC Patran架構 94
5.4有限元素模型之建立 96
5.4.1 有限元素模型 96
5.4.2 材料性質及參數 97
5.4.3 邊界條件與載重位置 100
5.5 橫梁接合試驗與有限元素分析結果 103
5.5.1 第一階段中間載重試驗結果 103
5.5.2 第一階段中間載重有限元素分析 110
5.5.3 討論 114
5.5.4 第二階段偏心載重試驗結果 118
5.5.5 第二階段偏心載重有限元素分析 127
5.5.6 討論 132
5.5.7 跨度10m全橋試驗有限元素分析結果 140
5.6 小結 143
第六章 結論與建議 147
6.1 結論 147
6.2 建議 148
參考文獻 151
論文參考文獻:1. 葉芳耀、張國鎮、宋裕祺、劉光晏、詹穎雯、周中哲、洪曉慧、劉禎業、尹世洵,複合材料輕量化便橋技術研發(1/3),國家地震工程研究中心,2011,報告編號:NCREE-11-020。
2. 邢帆、江曉禹,「纖維增強樹脂基複合材料在橋梁工程的應用」,四川建築,第二十四卷,第六期,2004,第74-76頁。
3. 萬水、胡紅、周榮星,「複合材料橋面板的應用和研究進展」,公路交通科技,第二十一卷,第八期,2004,第59-63頁。
4. 孫杰、孫峙華、胡榮根,「碳纖維複合材料在橋梁工程中的應用及其前景」,公路交通技術,第一期,2004,第46-60頁。
5. 蘇明,「GFRP橋面板在公路橋梁上的應用」,內蒙古公路與運輸,第三期,2007,第30-32頁。
6. 周麗君,「纖維增強複合材料在橋梁工程中的應用」,廣東建材,第九期,2006,第26-28頁。
7. 姜輝、周履,「碳纖維加勁塑料在橋梁工程中的應用」,橋梁建設,第三期,1999,第20-28頁。
8. 孫常成,「橋梁新型複合材料的發展應用」,科技情報開發與經濟,第十五卷,第十一期,2005,第163-164頁。
9. 曾憲桃、東惠民,「複合材料FRP在橋梁工程中的應用及其前景」,橋梁建設,第二期,2000,第66-70頁。
10. 姜暘,「FRP材料在橋梁工程中的應用」,山西建築,第三十五卷,第八期,2009,第318-319頁。
11. 羅小寶、徐文平,「FRP索在大跨徑橋梁上的應用研究」,工業建築,2004,第311-315頁。
12. 土木学会構造工学委員会,「FRP橋梁設計技術小委員会報告書」,土木学会構造工学技術シリーズ,第五十三卷,2006,第20-40頁。
13. 畢鴻章,「複合材料在建橋及修補加固橋梁方面的應用」,高科技纖維與應用,第三十卷,第二期,2005,第44-47頁。
14. 葉曉華、胡紅、馮勛偉,「纖維增強複合材料在橋面版中的應用」,上海紡織科技,第三十二卷,第四期,2004,第34-38頁。
15. 馮鵬、葉列平,「纖維增強複合材料橋面板的應用與研究」,工業建築,2004,第290-301頁。
16. Tang B. M.,「美國橋梁技術近期發展概況」,世界橋梁,第四期,2009,第1-4頁。
17. 李建輝、鄭宗才、杜修力,「FRP在橋梁結構中的應用與發展」,公路,第四期,2007,第58-65頁。
18. 倪章軍、李建中、范立础,「FRP組合橋面系統在橋梁工程中的應用與發展」,玻璃鋼/複合材料,第一期,2004,第42-47頁。
19. 2010,拉挤成型工艺流程图,http://www.frponline.com.cn/news/detail_30521.html
20. 謝旭、朱越峰,「CFRP拉索設計對大跨度斜拉橋力學特性的影響」,工程力學,第二十四卷,第十一期,2007,第113-120頁。
21. 熊文、肖汝誠,「CFRP與鋼組合斜拉索設計方案及理論研究」,同濟大學學報(自然科學版),第三十八卷,第一期,2010,第12-17頁。
22. 李曉莉,「CFRP材料在超大跨度斜拉橋拉索中的應用研究」,武漢理工大學學報,第二十八卷,第二期,2006,第30-33頁。
23. 梅葵花、呂志濤,「CFRP在超大跨懸索橋和斜拉橋中的應用前景」,橋梁建設,第二期,2002,第75-78頁。
24. 梅葵花,「1000m級CFRP索斜拉橋靜力特性分析」,世界橋梁,第四期,2007,第47-50頁。
25. 呂志濤,「高性能材料FRP應用與結構工程創新」,建築科學與工程學報,第二十二卷,第一期,2005,第1-5頁。
26. 梅葵花,「FRP筋的特點及在橋梁工程中的應用」,公路,第七期,2007,第12-15頁。
27. 土木学会構造工学委員会FRP橋梁研究小委員会,FRP橋梁:技術とその展望,日本:土木学会,2004,第8-165頁
28. 蘇品書、賴耿陽,複合材料科學,台南市:復漢出版社,1988,第130-165頁。
29. 王興業等,複合材料力學分析與設計,湖南省長沙市:國防科技大學出版社,1999,第71-76頁。
30. Bill H., 2001, Aberfeldy Footbridge, http://en.structurae.de/structures/data/index.cf
m?id=s0002215
31. Fiberline Composites, 1997, The Fiberline bridge at Kolding, http://fiberline.com/
structures/profiles-and-decks-bridges/profiles-footbridges-and-cycle-bridges/case-stories-footbridge/fiberline-bridge-kolding
32. 內政部營建署,2010,沖繩縣伊計平良川線公路人行陸橋,http://wwwvideo.
cpami.gov.tw/video/index.php?option=com_content&view=article&id=11285&Itemid=76
33. Todos los derechos reservados, 2004, Laurel Lick run bridge, http://www.ipipsa.co
m.ar/moldes%20cerrados-7.htm
34. GEF, 2012, Tom’s Creek Bridge, http://www.gefinc.com/bridge_girders.html
35. John P., Ken B., 2008, Bonds Mill Lift Brdge, http://www.movablebridges
.org.uk/BridgePage.asp?BridgeNumber=101
36. 交通部,公路橋梁設計規範,2009。
37. 建設省土木研究所,纖維強化プラスチック土木構造材料のへ適用に関する共同研究報告書(II),日本:建設省土木研究所共同研究報告書252號,2000,第15-42頁。
38. 邱毅宗、尹世洵、王俊穎、宋裕祺、林忠蔚、張國鎮、葉芳耀、劉楨業、周中哲、洪曉慧、潘威佑、孫丕凡,「高性能材料FRP應用與結構工程創新」,中華民國第十一屆結構工程研討會暨第一屆地震工程研討會論文摘要集,台中,2012。
39. 中華民國工程學會,鋼結構設計手冊(容許應力法),台北:中華民國工程學會,1986。
40. 中華民國工程學會,鋼結構設計手冊(極限設計法),台北:中華民國工程學會,2003。
41. 孫丕凡,高分子複合材料翼型梁螺栓接合試驗,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所,台北,2012。
42. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., “The finite element method - volume 1:Basic formulation and linear problems,” Fourth edition, UK: McGraw-Hill, 1991.
43. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., “The finite element method - volume 2:Solid and fluid mechanics, dynamics and non-linearity,” Fourth edition, UK: McGraw-Hill, 1991
44. Reddy J. N., “An introduction to the finite element method,” McGraw-Hill, 1993.
45. Cook R. D., Malkus D. S., Plesha M. E., “Concepts and applications of finite element analysis,” Third edtion, John Wiley & Sons., 1989.
46. 宋裕祺、林正偉、王傅輝,「有限元素法在鋼橋局部應力分析之應用與探討」,中華技術,第七十一期,2006,第62-73頁。
47. 陳火紅、祁鵬,MSC Patran/Marc 培訓教程和實例,北京:科學出版社,2004年,第4-5頁
論文全文使用權限:不同意授權