現在位置首頁 > 博碩士論文 > 詳目
論文中文名稱:以有限元素法分析模擬RC剪力牆之裂縫分布及其演化過程 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Finite Element Analysis on the Cracking Distribution and Evolution of RC Structural Walls [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:97
出版年度:98
中文姓名:馬鈺婷
英文姓名:Yu-Ting Ma
研究生學號:96428005
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2009-07-24
論文頁數:121
指導教授中文名:李有豐
口試委員中文名:陳清泉;黃世建;徐增興
中文關鍵詞:有限元素法剪力牆混凝土裂縫
英文關鍵詞:Finite Element Method (FEM)Shear WallsConcrete Crack
論文中文摘要:本文以有限元素分析軟體進行RC剪力牆的分析,從模型建立、破壞型態、裂縫分佈位置及裂縫演化過程加以分析。以ANSYS套裝軟體,針對不同高寬比及配筋型式之純RC剪力牆及含RC剪力牆構架建立數值模型。數值模型包含元素模型、材料模型及實體模型,最後組合成有限元素模型。元素模型係利用三維實體元素模擬混凝土,鋼筋則以三維線元素。材料模型以多線性等向硬化(Multilinear Isotropic)材料模型模擬鋼筋及混凝土應力-應變曲線之彈塑非線性材料行為。實體模型則依照牆體配筋及斷面尺寸建立而成。分析之文獻試體為四座傳統配筋剪力牆及一座改良配筋剪力牆,傳統配筋剪力牆當中,兩座為高型剪力牆,另兩座為中型剪力牆,改良配筋剪力牆則為中型剪力牆且以45度斜向配筋,分別進行線彈性及彈塑非線性剪力牆側推分析,預測裂縫可能發生之位置以及元素破裂面,判定剪力牆破壞型態以及裂縫演化過程。將分析結果與文獻中實驗進行比對,分析之裂縫發生範圍、位置、裂縫方向與演化狀況與實驗相似,並且不受限於高型或是中型的剪力牆亦或是改良配筋,皆可達到良好的預測結果。極限位移誤差百分比平均為4.68 %﹔極限載重誤差百分比平均為8.03 %,並且力與位移分析結果整體趨勢與實驗分析結果相似。本研究之成果可觀測牆體裂縫分佈、趨勢及演化並依其狀況設計改良型RC剪力牆配筋。
論文英文摘要:In this thesis, finite element analysis are performed on the cracking distribution and evolution reinforced concrete walls by using ANSYS program. Reinforced concrete walls are analyzed by incorporating the element models, material models and virtual models. The link model and solid model were used to simulated reinforced steel bar and concrete respectively. In terms of the stress-stain relationship of reinforced steel bar and concrete to establish the nonlinear material models with multilinear isotropic law. Virtual models are created based on the dimensions of the RC walls and integrated with element models and material models to performed finite element models. Four traditional reinforced concrete walls with horizontal and vertical steel bars, two of these traditional RC walls are high-rise and other two are mid-rize, and one new RC wall was used also. These RC walls analyzed with finite element method to obtain the cracking distribution and evolution of RC walls. The analytical results of the RC walls showed the cracking distribution and evolution approximated to the experimental results, and the errors of ultimate lateral force are averaged about 4.68 %. In this thesis, cracking distribution and evolution of RC walls can be predicted with finite element method with ANSYS program.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 國外相關研究 2
1.2.2 國內相關研究 3
1.3 研究內容與流程規劃 4
第二章 RC牆體材料之塑性力學 6
2.1 鋼筋之應力-應變關係 6
2.2混凝土受力行為 7
2.2.1 混凝土單軸受力行為 8
2.2.2 混凝土雙軸受力行為 9
2.2.3 混凝土三軸受力行為 10
2.3 塑性力學 17
2.3.1 降伏面 17
2.3.2 硬化法則 18
2.3.3 流動法則 20
2.3.4 破壞準則 20
2.4 混凝土破壞準則 21
2.5 有限元素基本理論 29
第三章 RC牆體之有限元素分析 32
3.1 ANSYS簡介 32
3.2 非線性結構分析 34
3.2.1 非線性結構 34
3.2.2非線性靜態分析 37
3.2.3 ANSYS非線性分析流程 41
3.3 元素模型 42
3.3.1 鋼筋 43
3.3.2 混凝土 45
3.4 材料模型 47
3.5 實體模型及有限元素模型 52
3.6 小結 57
第四章 RC剪力牆有限元素分析 58
4.1 試體簡介 58
4.2 傳統配筋剪力牆分析 61
4.2.1 試體PWL 61
4.2.2 試體HWFL1 71
4.2.3 試體MWA0 82
4.2.4 試體MWF2 92
4.3 改良配筋剪力牆分析 104
4.3.1 MWFD2 104
4.4 小結 115
第五章 結論 116
5.1 結論 116
5.2 建議 117
參考文獻 118
論文參考文獻:[1] Anil, Ö. and Altin, S. (2007). “An Experimental Study on Reinforced Concrete Partially Infilled Frames,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 3, pp. 449-460.
[2] W. F. Chen and A. F. Saleeb (1982). “Constitutive Equations for Engineering Materials, Vo1, 1 Elasticity and modelling,” John Wiley & Sons, New York.
[3] Dhanasekar, M. and Haider, W. (2008). “Explicit Finite Element Analysis of Lightly Reinforced Masonry Shear Walls,” Computers and Structures, Vol. 86, No. 1-2, pp. 15-26.
[4] Hidalgo, P. A., Jordan, R. M. and Martinez, M. P. (2002). “An Analytical Model to Predict the Inelastic Seismic Behavior of Shear-Wall, Reinforced Concrete Structures,” Engineering Structures, Vol. 24, No. 1, pp. 85-98.
[5] Hsu, T. T. C. (1998). “Unified Approach to Shear Analysis and Design,” Cement and Concrete Composites, Vol. 20, No. 6, pp. 419-435.
[6] Hughes, D. P., and Chapman, G. P. (1966). “The Complete Stress-Strain Curve for Concrete in Direct Tension,” Bulletin RILEM, No. 30, pp. 95-97.
[7] Kent, D. C., and Park, R. (1971). “Flexural Memberes with Confined Concrete,” Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, No. 7, pp. 1969-1990.
[8] Kupfer, H., Hilsdorf, H. K., and Rusch, H. (1969). “Behavior of Concrete Under Biaxial Stresses,” Journal of the American Concrete Institute, Vol. 66, No. 8, pp.656-666.
[9] Lestuzzi, P. and Bachmann, H. (2007). “Displacement Ductility and Energy Assessment from Shaking Table Tests on RC Structural Walls,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 8, pp. 1708-1721.
[10] Mander, J. B., Priestley, M. J. N. and Park, R. (1988). “Observed Stress-strain Behavior of Confined Concrete,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 97, No. 7, pp. 1969-1990.
[11] Mander, J. B., Priestley, M. J. N. and Park, R. (1988). “Theoretical Stress-strain Model for Confined Concrete,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 8, pp. 1804-1826.
[12] Nelissen, L. J. M. (1972) “Biaxial Testing of Normal Concrete,” HERON, Vol. 18, No. 1.
[13] Palermo, D. and Vecchio, F. J. (2004). “Compression field modeling of reinforced concrete subjected to reversed loaded: verification,” ACI Structural Journal, Vol. 101, No. 1, 2004, pp. 155-164.
[14] Palermo, D. and Vecchio, F. J. (2007). “Simulation of Cyclically Loaded Concrete Structures Based on the Finite-Element Method,” Journal of Structural Engineering, Vol. 133, No. 5, pp. 728-738.
[15] Pilakoutas, K. and Elnashai, A. (1995). “Cyclic Behavior of Reinforced Concrete Cantilever Walls, Part I: Experimental Results,” ACI Structural Journal, Vol. 92, No. 3, pp. 271-281.
[16] Popovics, S. (1973). “A Numerical Approach to the Complete Stress-Strain Curves for Concrete,” Cement and Concrete Research, Vol. 3, No. 5, pp.583-599.
[17] Salonikios, T. N. (2002). “Shear Strength and Deformation Patterns of R/C Walls with Aspect Ratio 1.0 and 1.5 Designed to Eurocode 8 (EC8),” Engineering Structures, Vol. 24, No. 1, pp. 39-49.
[18] Shaingchin, S., Lukkunaprasit, P. and Wood, S. L. (2007). “Influence of Diagonal Web Reinforcement on Cyclic Behavior of Structural Walls,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 4, pp. 498-510.
[19] Su, R. K. L. and Wong, S. M. (2007). “Seismic Behaviour of Slender Reinforced Concrete Shear Walls Under High Axial Load Ratio,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 8, pp. 1957-1965.
[20] Tasnimi, A. A. (2000). “Strength and Deformation of Mid-Rise Shear Walls Under Load Reversal,” Engineering Structures, Vol. 22, No. 4, pp. 311-322.
[21] Umeki, K., Kitada, Y., Nishikawa, T., Maekawa, K. and Yamada, M. (2003). “Shear Transfer Constitutive Model for Pre-Cracked RC Plate Subjected to Combined Axial and Shear Stress,” Nuclear Engineering and Design, Vol. 220, No. 2, pp. 105-118.
[22] Willam K. J., and Warnke, E. P. (1974). “Constitutive Models for the Triaxial Behavior of Concrete,” International Association of Bridge and Structural Engineers Seminar on “Concrete Structures Subjected to Triaxial Stresses,” Paper III-1, Bergamo, Italy, pp.1-30.
[23] 司順瑋(2008),低矮型鋼筋混凝土剪力牆之實驗與分析研究,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北。
[24] 何東杰(2002),鋼鈑補強混凝土樑之分析,碩士論文,朝陽科技大學營建工程系碩士班,台中。
[25] 何象鏞(2007),含牆鋼筋混凝土結構側推分析,博士論文,國立中央大學土木工程研究所,桃園。
[26] 余明松(2002),低型R.C剪力牆-構架互制實驗研究,碩士論文,國立成功大學土木工程學系碩博士班,台南。
[27] 李輝煌(2005),ANSYS工程分析基礎與觀念,高立圖書有限公司,台北,第89~449頁。
[28] 林彥傑(2003),中輕度受損非韌性RC構件快速修復與補強之研究,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北。
[29] 林家民(2008),中高型RC剪力牆之等值柱參數建立與分析,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北。
[30] 邱聰智(2002),碳纖FRP在鋼筋混凝土牆之耐震補強研究,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北。
[31] 陳世育(2004),複合材料應用於鋼筋混凝土結構補強之有限元素分析,碩士論文,暨南國際大學土木工程學系,南投。
[32] 陳俊宏(2003),含開口RC牆非韌性構架之耐震抗剪強度研究,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北。
[33] 陳冠帆(2005),韌性剪力牆行為之有限元素分析,碩士論文,國立成功大學建築學系碩博士班,台南。
[34] 陳振瑋(2005),以等值柱模型分析含牆RC構架,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北。
[35] 黃文政(2004),三維非線性RC梁鋼板補強之有限元素分析,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災技術研究所,台北。
[36] 黃旭輝(2003),含磚牆非韌性RC構架之數值模擬,碩士論文,國立中央大學土木工程研究所,桃園。
[37] 黃冠勳(2001),雙層鋼筋混凝土剪力牆承受反向重覆載重之剛度變化及耐震診斷研究,碩士論文,國立成功大學建築及都市設計研究所,台南,1989。
[38] 葉永信(2001),鋼筋混凝土牆之碳纖FRP耐震補強研究,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北。
[39] 葉瑞德(2002),高型RC剪力牆-構架互制實驗研究,碩士論文,國立成功大學土木工程學系碩博士班,台南。
[40] 劉晉齊(2005),有限元素分析與ANSYS的工程應用,滄海書局,台中,第2~379頁。
[41] 蕭輔沛(2004),鋼筋混凝土剪力牆-構架互制行為之實驗研究與數值模擬,博士論文,國立成功大學土木工程學系碩博士班,台南。
[42] 賴慶鴻(1999),鋼筋混凝土剪力牆強度與剛度之試驗與分析,碩士論文,國立成功大學建築學系,台南。
[43] 蘇進國(2004),以結構性能為基準之房屋建築物耐震能力評估,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北。
論文全文使用權限:不同意授權