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論文中文名稱:鋼浪腹鈑外置預力橋結構行為之分析與探討 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Study on Structure Behavior of Prestressed Girder with Corrugated Steel Web [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:徐誌隆
英文姓名:Chih Lung Hsu
研究生學號:95428008
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2008-06-30
論文頁數:143
指導教授中文名:宋裕祺
指導教授英文名:Yu-Chi, Sung
口試委員中文名:蔡益超;張國鎮
中文關鍵詞:鋼浪腹鈑有限元素法預力混凝土
英文關鍵詞:Corrugated steel webFinite Element MethodPre-stress concrete
論文中文摘要:鋼浪腹鈑外置預力橋為一種新穎的橋梁結構型式,乃是採用鋼浪腹鈑取代傳統箱梁之混凝土腹板。如此一來,可減少混凝土之使用量,有效地減輕自重,並可提高抗剪強度。鋼浪腹鈑有特殊「手風琴效應」之結構行為,可容許橋梁沿著軸向有伸縮之變形,故鋼浪腹鈑不承受軸力以及撓曲,因此使得預力系統能夠更有效的導入混凝土翼板內,大大的提升預力施加之效率。故使用鋼浪腹鈑有橋梁輕型化、經濟性、外觀優美、提高橋梁之剪力強度以及施工快速等優點,其結構行為的探討便顯得相當的重要。
本文採用有限元素分析軟體ANSYS v11.0模擬分析鋼浪腹鈑外置預力橋之結構行為,分析模式中考慮了幾何非線性以及材料非線性。文中針對鋼浪腹鈑與鋼翼板I型梁、鋼浪腹鈑與混凝土翼板I型梁做研究,將分析之結果與其真實試驗結果兩者作比對,說明本文之分析可有效模擬鋼浪腹板外置預力橋之結構行為,並且能夠了解其細部之應力分佈情形,冀望該分析結果能夠對於以後設計該類型腹板之橋梁提供參考。
論文英文摘要:Prestressed girder with corrugated steel web is a new type of structure. In which, the corrugated steel web is employed to replace web of the traditional concrete box girder. Therefore, it can reduce the use of concrete as well as self-weight effectively, and increase shear strength of the web. The “accordion effect” of corrugated steel web is a special structure behavior that allows axial telescopic of displacement with girder, accordingly, the corrugated steel web doesn’t take axial force and flexural bending so that the prestress can be efficiently introduced into the concrete flange. The use of corrugated steel web has many advantages such as light girder, economy cost, artistic appearance, high shear strength and rapid construction. The application of it to practical bridge engineering becomes popular in last decade, the study on its structure behavior is thus important.
In this study, the famous finite element software of ANSYS v11.0 was used for simulation and analysis on structure behavior of corrugated steel web. Effects of geometric and material nonlinear were taken into account. The reported experimental results of steel and concrete I-girders with corrugated steel web were served as case studies. The results of analysis were compared with those of experiment. It shows that the analysis is consistent to the actural behavior within acceptable precision. The results obtained might benefit the design of this type girder in the future.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法與內容 2
1.3 章節內容概述 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 鋼浪腹鈑試驗研究文獻回顧 5
2.3 鋼浪腹鈑簡化、模擬分析文獻回顧 10
2.4 鋼浪腹鈑穩定性文獻回顧 11
2.5 鋼浪腹鈑參數分析文獻回顧 12
2.6 鋼浪腹鈑之接合方式 15
2.7 國外之工程實例介紹 16
第三章 鋼浪腹鈑之力學特性 23
3.1 前言 23
3.2 手風琴效應 23
3.3 鋼浪腹鈑外置預力橋之應力分佈特性 25
3.3.1 鋼浪腹鈑外置預力橋之軸向、撓曲的應力應變分佈特性 25
3.3.2 鋼浪腹鈑外置預力橋之剪應力、剪應變分佈特性 27
3.4 鋼浪腹鈑接合處剪力計算式 27
3.5 剪力變形對於鋼浪腹鈑外置預力橋撓度之影響 29
3.6 鋼浪腹鈑剪力挫屈 33
3.6.1 鋼浪腹鈑之剪力挫屈形式 33
3.6.2 鋼浪腹鈑剪力挫屈計算式 35
3.6.3 鋼浪腹鈑降伏剪應力 38
3.7 鋼浪腹鈑之撓曲應力計算式 38
3.8 討論 43
第四章 鋼浪腹鈑之有限元素分析要點 44
4.1 前言 44
4.2 有限元素法概要 44
4.3 有線元素法套裝軟體ANSYS架構說明 47
4.3.1 前處理 (Pre-processor) 47
4.3.1.1 選用合適元素種類,定義實體常數及給定材料性 48
4.3.1.2 建立結構物之實體模型 49
4.3.1.3 實體模型轉換成有限元素模型 49
4.3.2 求解分析(Solution) 50
4.3.2.1 選擇分析方法及解法選項 50
4.3.2.2 設定邊界條件並設定外力條件 50
4.3.2.3 設定輸出控制並求解 51
4.3.3 後處理 (Post-processor) 51
4.4 ANSYS適用模擬鋼浪腹鈑之元素 53
4.4.1 SHELL63元素 54
4.4.1.1 SHELL63元素說明 54
4.4.1.2 SHELL63元素輸入資料 55
4.4.1.3 SHELL63元素輸出資料 56
4.4.1.4 SHELL63元素之限制 57
4.4.2 SHELL43元素 57
4.4.2.1 SHELL43元素說明 57
4.4.2.2 SHELL43元素輸入資料 58
4.4.2.3 SHELL43元素輸出資料 59
4.4.2.4 SHELL43元素限制 60
4.4.3 SHELL181元素 60
4.4.3.1 SHELL181元素說明 60
4.4.3.2 SHELL181元素輸入資料 61
4.4.3.3 SHELL181元素輸出資料 63
4.4.3.4 SHELL181元素限制 64
4.5 ANSYS適用模擬混凝土之元素 64
4.5.1 SOLID45元素 65
4.5.1.1 SOLID45元素說明 65
4.5.1.2 SOLID45元素輸入資料 66
4.5.1.3 SOLID45元素輸出資料 67
4.5.1.4 SOLID45元素限制 68
4.6 ANSYS適用模擬預力鋼鍵之元素 68
4.6.1 LINK8元素 68
4.6.1.1 LINK8元素說明 68
4.6.1.2 LINK8元素輸入資料 69
4.6.1.3 LINK8元素輸出資料 70
4.6.1.4 LINK8元素限制 70
4.7 ANSYS非線性選項設定要點 71
4.7.1 非線性說明 71
4.7.2 ANSYS非線性分析要點 71
4.7.2.1 幾何非線性設定要點 72
4.7.2.2 材料非線性設定要點 72
4.7.2.3 ANSYS之牛頓法設定要點 73
4.7.2.4 收斂準則之設定要點 74
第五章 案例分析與驗證 78
5.1 前言 78
5.2 鋼浪腹鈑與鋼翼板受力作用下之反應分析與驗證 78
5.2.1 案例試體說明 78
5.2.2 ANSYS模擬分析之要點 79
5.2.2.1 G7A試體之分析設定 79
5.2.2.1.1 材料設定 79
5.2.2.1.2 邊界條件之設定 80
5.2.2.1.3 非線性選項設定 81
5.2.2.1.4 適用元素之探討 82
5.2.2.1.5 敏感度分析 82
5.2.2.1.6 分析結果 83
5.2.2.2 G8A試體之分析設定 87
5.2.2.2.1 材料設定 87
5.2.2.2.2 邊界條件之設定 87
5.2.2.2.3 非線性選項設定 88
5.2.2.2.4 適用元素之探討 89
5.2.2.2.5 敏感度分析 90
5.2.2.2.6 分析結果 90
5.3 鋼浪腹鈑與混凝土翼板受力作用下之反應分析 94
5.3.1 試體說明 94
5.3.2 ANSYS模擬分析之要點 95
5.3.2.1 波高20mm試體之分析設定 95
5.3.2.1.1 材料設定 95
5.3.2.1.2 邊界條件之設定 96
5.3.2.1.3 非線性選項設定 97
5.3.2.1.4 適用元素之探討 97
5.3.2.1.5 敏感度分析 98
5.3.2.1.6 分析結果 99
5.3.2.2 波高30mm試體之分析設定 103
5.3.2.2.1 材料設定 103
5.3.2.2.2 邊界條件之設定 103
5.3.2.2.3 非線性選項設定 104
5.3.2.2.4 適用元素之探討 105
5.3.2.2.5 敏感度分析 105
5.3.2.2.6 分析結果 106
5.3.2.3 波高60mm試體之分析設定 110
5.3.2.3.1 材料設定 110
5.3.2.3.2 邊界條件之設定 110
5.3.2.3.3 非線性選項設定 111
5.3.2.3.4 適用元素之探討 112
5.3.2.3.5 敏感度分析 112
5.3.2.3.6 分析結果 113
5.4 鋼浪腹鈑與混凝土翼板在施加預力下之受力情形 117
5.4.1 案例試體說明 117
5.4.2 ANSYS模擬分析之要點 117
5.4.2.1 施加一集中載重P1之分析設定 118
5.4.2.1.1 邊界條件之設定 118
5.4.2.1.2 適用元素之探討 118
5.4.2.1.3 敏感度分析 121
5.4.2.1.4 分析結果 121
5.4.2.2 施加一對稱載重P1、P2之分析設定 125
5.4.2.2.1 邊界條件之設定 125
5.4.2.2.2 適用元素之探討 125
5.4.2.2.3 敏感度分析 128
5.4.2.2.4 分析結果 128
5.4.2.3 施加預力之分析設定 133
5.4.2.3.1 邊界條件之設定 133
5.4.2.3.2 適用元素之探討 133
5.4.2.3.3 敏感度分析 134
5.4.2.3.4 分析結果 134
5.5 綜合討論 137
第六章 結論與建議 138
6.1 結論 138
6.2 建議 139
參考文獻 141
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論文全文使用權限:同意授權於2018-01-01起公開