現在位置首頁 > 博碩士論文 > 詳目
論文中文名稱:預鑄節塊外置預力橋墩之耐震行為分析 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Seismic Analysis of Precast Segmental External-Tensioned Bridge Columns [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
出版年度:97
中文姓名:林紹傑
英文姓名:Shao-Chieh Lin
研究生學號:95428006
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2008-06-30
論文頁數:128
指導教授中文名:宋裕祺
口試委員中文名:張國鎮;蔡益超
中文關鍵詞:預鑄節塊有限元素法外置預力
英文關鍵詞:Precast SegmentalFinite element methodExternal-Tensioned
論文中文摘要:預鑄節塊工法是一種結合預鑄生產及機械化吊裝的施工方式。預鑄節塊外置預力橋墩讓工程師降低在施工期間的意外事件、免除施工期間對交通的中斷及加快建造的速度,亦可確保應有的建造品質及降低橋梁使用年限間的維護費用與建造期間對周遭環境的衝擊。此一工法在橋梁的上部結構已行之多年,然而對下部結構而言,則相對較少。
目前有關預鑄節塊外置預力橋墩的研究並不多見,本研究針對其耐震行為進行分析與探討。本研究使用有限元素軟體 ANSYS進行預鑄節塊橋柱遲滯迴圈分析,分析結果並與國內外相關反覆載重試驗成果進行比對;此外並使用SAP2000 以簡化模式進行預鑄節塊橋柱之Pushover分析,分析所得之力-位移曲線並與國內外相關反覆載重試驗成果相比對。此些分析所得結果與實驗成果尚稱吻合。
論文英文摘要:Precast segmental construction is a construction method involving the use of precast production and field mechanical erection. Precast Segmental External-Tensioned Bridge Columns allows engineers to minimize accidents in the work zone, to reduce traffic disruptions and to increase the speed of construction, while maintaining construction quality and minimizing the life-time cost as well as environmental impact. This type of construction has been widely used in bridge superstructures, however, its use in substructures is still limited.
So far, few researches were devoted on precast segmental bridge columns with external prestressing, therefore, this study intends to perform seismic analysis of this special structure. The finite element software, ANSYS, was employed to conduct cyclic loading analysis of precast segmental bridge columns and the comparisons between the analytical results and experimental results were made. In addition, the SAP2000 was also used to conduct Pushover analysis of a simplified structure model. It shows that this study can provide an acceptable result in analysing the seismic behavior of this kind of substructure.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
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 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 相關試驗研究 4
2.2 行為特性介紹 10
2.3 有限元素軟體ANSYS在鋼筋混凝土結構分析之應用 12
2.4 案例介紹 17
第三章 理論分析模型 24
3.1 一般RC柱分析模式 24
3.2 預力柱分析模式 30
3.3 材料組成率 32
3.3.1 混凝土之組成率 32
3.3.1.1 Mander圍束混凝土之應力應變曲線 33
3.3.1.2 Mander非圍束混凝土應力應變曲線 37
3.3.1.3 Kawashima圍束混凝土應力應變曲線 38
3.3.1.4 Kawashima非圍束混凝土應力應變曲線 40
3.3.1.5 Mander與Kawashima曲線之異同 40
3.3.2 鋼筋之組成率 42
3.3.3 預力鋼鍵 44
3.4 節塊接觸介面力學行為之探討 45
第四章 預鑄節塊之有限元素分析要點 47
4.1 有限元素法基本概念 47
4.2 ANSYS基本架構 47
4.2.1 前處理器(Preprocessor) 47
4.2.1.1 定義材料特性 48
4.2.1.2 建立實體模型 48
4.2.1.3 網格之劃分 48
4.2.2 分析器(Solution) 49
4.2.3 後處理器(Postprocessor) 49
4.3 ANSYS中適用於模擬混凝土之元素 50
4.3.1 三維鋼筋混凝土元素-Solid65 51
4.3.1.1 Solid65元素說明 51
4.3.1.2 Solid65元素輸入資料 53
4.3.1.3 Solid65元素資訊 55
4.3.1.4 Solid65元素輸出資料 55
4.3.1.4 Solid65元素的假設與限制 57
4.4 ANSYS中適用於模擬鋼筋之元素 58
4.4.1 三維桿元素-Link8 59
4.4.1.1 Link8元素說明 59
4.4.1.2 Link8元素輸入資料 60
4.4.1.3 Link8元素輸出資料 61
4.4.1.4 Link8元素的假設與限制 62
4.4.2 管元素-Pipe20 62
4.4.2.1 Pipe20元素說明 62
4.4.2.2 Pipe20元素輸入資料 63
4.4.2.3 Pipe20元素輸出資料 64
4.4.2.4 Pipe20元素的假設與限制 66
4.5 ANSYS中適用於節塊間接觸之元素 66
4.5.1 接觸元素對-Conta174與Targe170 68
4.5.1.1 Targe170元素說明 68
4.5.1.2 Targe170元素輸入資料 69
4.5.1.3 Targe170元素的假設與限制 70
4.5.1.4 Conta174元素說明 70
4.5.1.5 Conta174元素輸入資料 70
4.5.1.6 Conta174元素的假設與限制 73
4.6 建立分析模型 73
4.7 非線性應力分析的類型 74
4.7.1 前言 74
4.7.1.1 幾何非線性 74
4.7.1.2 材料非線性 75
4.7.1.3 接觸分析 76
4.7.2 非線性分析的收斂性探討 76
4.7.2.1 Newton-Raphson Method 76
4.7.2.2 收斂準則 77
4.7.2.3 收斂半徑 77
4.7.2.4 Load Step和Substeps 78
4.7.2.5 Newton-Raphson Option 79
4.8 小結 80
第五章 預鑄節塊試體之分析與驗證 81
5.1 前言 81
5.2 使用ANSYS軟體對實驗成果分析與驗證 81
5.2.1 張國鎮等人實驗成果分析與驗證 81
5.2.1.1 模擬試體之使用元素 82
5.2.1.2 材料性質之設定 84
5.2.1.3 接觸介面之設定 87
5.2.1.4 接觸面參數設定 89
5.2.1.5 求解選項之設定 90
5.2.1.5 結果比較 91
5.2.2 台灣與美國合作實驗成果之分析與驗證 96
5.2.2.1 模擬試體之使用元素 97
5.2.2.2 材料性質之設定 99
5.2.2.3 接觸介面之設定 102
5.2.2.4 接觸面參數設定 102
5.2.2.5 求解選項之設定 102
5.2.2.6 結果比較 102
5.3 預鑄節塊外置預力橋墩SAP2000模型之建立 112
5.3.1 預鑄節塊之連桿設定 113
5.3.2 推覆分析設定 116
5.4 結果比較 119
5.4.1 P1試體之分析與驗證 119
5.4.2 C0C試體之分析與驗證 121
5.4.3 C0C-2試體之分析與驗證 122
第六章 結論與建議 123
6.1 結論 123
6.2 建議 124
參考文獻 125
論文參考文獻:[1] A. F. Barbosa and G. O. Ribeiro, “Analysis of Reinforced Concrete Structures using ANSYS Nonlinear Concrete Model,” Computational Mechanics:New Trends and Applications, Barcelona, Spain, 1998.
[2] ANSYS User’s Manual version 11.0,Swanson Analysis Systems,Inc, 2007
[3] C. Christopoulos, A. Filiatrault and B. Folz, “Seismic response of self-centring hysteretic SDOF systems,” Earthquake Engineering and Structure Dynamic, Vol.31, 2002, pp.1131-1150.
[4] C. C. Chou and Y. C. Chen, “Cyclic tests of post-tensioned precast CFT segmental bridge columns with unbonded strands,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 35, 2006, pp.159–175.
[5] CSI, SAP2000:Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures, Computer and Structures, Inc., Berkeley, California, 1996.
[6] E. Erduran, A. Yakut, “Drift based damage functions for reinforced concrete columns,” Computers and Structures, Vol. 82, 2004, pp.121–130.
[7] J. T. Hewes and M. J. N. Priestley, “Seismic Design and Performance of Precast Concrete Segmental Bridge Columns,” Department of Structural Engineering University of California, San Diego, 2002, Report No. SSRP-2001/25.
[8] J. H. Moon, and N. H. Burns, “Flexural Behavior of Member with Unbonded Tendons. I:Theory,” ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No. 8, 1997, pp.1087-1094.
[9] J. H. Moon, and N. H. Burns, “Flexural Behavior of Member with Unbonded Tendons. II:Applications,” ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No. 8, 1997, pp.1095-1101.
[10] J. B. Mander, M. J. N. Priestley, and R. Park, “Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete,” ASCE Journal of the Structural Division, Vol. 114, No. 8, 1988, pp.1804-1826.
[11] J. Hoshikuma, K. Kawashima, K. Nagaya, and A. W. Taylor, “Stress-Strain Model for Confined Reinforced Concrete in Bridge Piers,” ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No. 5, 1997, pp624-633.
[12] P. Fanning, “Nonlinear Models of Reinforced and Post-tensioned Concrete Beams,” Electronic Journal of Structural Engineering, Vol. 2, 2001, pp.111-119.
[13] R.Y. Xiao, T. O’Flaherty “Finite-element analysis of tested concrete connections,” Computers and Structures, Vol. 78, 2000, pp.247–255.
[14] S. L. Billington and J. K. Yoon, “Cyclic Response of Unbonded Posttensioned Precast Columns with Ductile Fiber-Reinforced Concrete,” ASCE Journal of Bridge Engineering, Vol. 9, no. 4, 2004, pp.353-363.
[15] S.K. Padmarajaiah, A. Ramaswamy, “A finite element assessment of flexural strength of prestressed concrete beams with fiber reinforcement,” Cement & Concrete Composites, Vol. 24, 2002, pp.229–241.
[16] S. De Nardin, F. M. Almeida Filho, J. O. Filho, V. G. Haach, A. L. H. C. El Debs, “Non-linear analisys of the bond strength behavior on the steel-concrete interface by numerical models and pull-out tests,” Proceedings of the 2005 Swactures Congress and the 2005 Forensic Engineering Symposium, New York, 2005, pp.20-24.
[17] S. A. Mirza, and J. G. MacGregor, “Variability of Mechanical Properties of Reinforcing Bars,” ASCE Journal of the Structural Division, Vol. 105, No. 5, 1979, pp.921-937.
[18] W. P. Kwan and S. L. Billington, “Unbonded Posttensioned Concrete Bridge Piers. I: Monotonic and Cyclic Analyses,” ASCE Journal of Bridge Engineering, Vol. 8, No. 2, 2003, pp.92-101.
[19] W.P. Kwan, and S. L. Billington, “Unbonded Posttensioned Concrete Bridge Piers. II: Seismic Analyses,” ASCE Journal of Bridge Engineering, Vol. 8, No. 2, 2003, pp.102-111.
[20] Y. C. Ou, P. H. Wang, K. C. Chang, and George C. Lee, “Seismic Performance of Segmental Precast Unbonded Posttensioned Concrete Bridge Columns,” ASCE Journal of the Structural Engineering, Vol. 133, No. 11, 2007, pp.1636-1647.
[21] 王瑞禎,預鑄節塊橋柱試驗及行為研究,博士論文,國立台灣大學土木工工程研究所,台北,2005。
[22] 李輝煌,ANSYS工程分析-基礎與觀念,台北:高立圖書有限公司,2005。
[23] 沈殷,李國平,陳艾榮,「體外預應力混凝土梁的非線性有限元分析」,同濟大學學報,Vol. 31,No. 7,2003。
[24] 林健全,預鑄預力中空矩形橋柱之剪力傳遞行為,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南,1999。
[25] 姚詩豪,中空矩形橋柱之抗彎行為,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南,1998。
[26] 郝文化,葉裕明,ANSYS土木工程應用實例,萬水ANSYS技術叢書,2005。
[27] 張國鎮、G. C. Lee、歐昱辰、王炳雄、蔡木森,「台灣與美國合作後拉式預鑄節塊橋柱試驗研究」,國家地震工程研究中心,2007,報告編號:NCREE-07-022。
[28] 康淵、陳信吉,ANSYS入門,台北:全華科技圖書股份有限公司,2002。
[29] 楊勇,型鋼混凝土粘結滑移基本理論及應用研究:博士論文,西安建築科技大學,西安,2003。
[30] 楊宙燕,中空矩形橋柱之耐震行為,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南,1999。
[31] 劉晉奇、褚晴暉,有限元素分析與ANSYS的工程應用,台中:滄海書局,2006。
[32] 謝劍,朱禮敏,戴自強,「混凝土夾芯雙向板的夾層板理論分析和有限元分析」,土木工程學報,Vol. 38,No. 17 ,2005。
論文全文使用權限:不同意授權