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論文中文名稱:複合材料緊急救災橋梁設計、實驗與分析 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Design, Experimental and Analytical Study on Fiber Reinforced Polymer Bridges for Disaster Relief [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:103
畢業學期:第一學期
中文姓名:許哲愷
英文姓名:Che-Kai Hsu
研究生學號:101428092
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2015/01/19
指導教授中文名:宋裕祺
口試委員中文名:張國鎮;張荻薇;洪曉慧
中文關鍵詞:纖維複合材料
英文關鍵詞:Fiber Reinforced Polymer
論文中文摘要:為避免洪災或地震引致橋梁損毀,造成某些地區因聯外道路中斷而形成孤島,如何研提一適合的橋梁形式,能在短暫時間內以有限的人力、機具組裝完成且可重複拆解使用,以符合臨時搶救災之功能,實屬重要。本文研擬應用複合纖維材料於輕量化救災橋梁之規劃、分析、設計與快速組裝,採用非對稱跨徑(側跨12m +主 20 m)之單塔自錨式複合斜張橋,設計目標為可通行五噸載貨小卡車與具備快速搭建、拆卸與可重複使用之功能。本文所研提輕量化救災橋梁之組裝係以全程模擬處於受災現場為基準,採用懸臂施工且須於8小時內架設完成,並且經由現地載重實驗顯示設計橋型與組裝規劃均屬可行,並根據有限元素法建構輕便橋實體模型,詳細模擬玻璃纖維複合材料之疊層性質與行為,並與實驗結果進行比對。
此外,以本次現地實驗之經驗為基礎,本研究繼續開發應用複合纖維材料於更大跨度之救災用輕便橋梁,初步規畫之橋梁型式跨度介於40 m至60 m之間,並利用有限元素模型進行分析,進一步比較各橋型間之差異,以決定出最適合之形式。
相關研究成果冀能在緊急災害發生時,讓救災人員、救援物資於短時間內快速搶進至受災地區,以降低災害帶來的損失,發揮最大的救援效果。
論文英文摘要:In recent years, the global climate has changed from bad to worse. The changing climate thus causes floods to occur more and more frequently, which in turn causes many bridges to be swept away. To provide safe traffic diversion, this thesis designs and constructs a cable-stay bridge with 20m main span by using fiber reinforced polymer material. The purpose of the design is that, in this way, the bridge can be constructed in 8 hours and can hold 5-ton trucks when they pass through. After construction, a series of tests were conducted to verify the fact that the bridge can conform to the design purpose. In addition, these tests were numerically simulated by finite element analysis software ANSYS, and make a comparison between experimental and numerical results to investigate the accuracy of numerical modeling of the bridge. Furthermore, this thesis will summarize all the experience of 20m span cable-stay bridge design and construction in the hope that bridges applying fiber reinforced polymer material with span between 40m to 60m will be developed. In this way, the relief workers and supplies will be rushed into the disaster area so that the loss and casualties can be reduced.
論文目次:摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 v
圖目錄 xi
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
1.3 章節概述 4
第二章 文獻回顧 6
2.1 前言 6
2.2複合材料於橋梁工程之應用 7
2.2.1複合材料應用於橋面板 7
2.2.2複合材料應用於吊索 8
2.3複合材料應用於橋梁之實際案例 8
2.4複合材料救災便橋設計規範 12
2.5小結 12
第三章 跨度20m緊急救災用複合材料斜張橋 13
設計、分析與檢核 13
3.1 前言 13
3.2 構件尺寸及橋型之選擇與橋梁初步設計 13
3.2.1橋梁構件尺寸選擇 13
3.2.2橋型選擇 13
3.2.3橋梁設計 14
3.3模型建立與分析 20
3.3.1模型建立 20
3.3.2鋼索預力分析 20
3.3.3施工階段分析 22
3.4斜張橋構件、接合設計與檢核 29
3.4.1 鋼構件分析與檢核 29
3.4.2 GFRP構件分析與檢核 31
3.4.3 接合設計與檢核 32
3.5小結 35
第四章 模擬救災現場之斜張橋渡河組裝實驗 35
4.1前言 36
4.2 跨徑20m複合材料斜張橋預組裝 36
4.2 救災用複合材料斜張橋計時組裝時間規劃 40
4.3 救災用複合式斜張橋現地模擬渡河組裝 48
4.4小結 55
第五章、跨徑20m斜張橋現地實驗規劃 56
5.1前言 56
5.2實驗場地佈置 56
5.3鋼索微振實驗規劃 57
5.4靜態載重實驗 61
5.5動態載重實驗 65
5.6懸臂載重實驗 66
第六章 實驗結果與分析模擬探討 67
6.1 前言 67
6.2. 有限元素模型之建立 68
6.2.1有限元素模型 68
6.2.2模型材料性質參數設定 69
6.2.3邊界條件設定 74
6.3鋼索微振實驗結果與分析比較 75
6.4靜態載重實驗結果與分析比較 82
6.5動態載重實驗結果與分析比較 95
6.6懸臂載重實驗結果與分析比較 96
6.6小結 99
第七章 應用複合材料之大跨度橋型設計 101
7.1前言 101
7.2跨度40m之雙塔式斜張橋 101
7.2.1有限元素模型 101
7.2.2鋼索預力分析 102
7.2.3施工階段分析 103
7.2.4橋梁構件檢核 106
7.3跨度60m之單塔式斜張橋之研議 108
7.3.1有限元素模型 110
7.3.2鋼索預力分析 111
7.3.3 施工階段分析 113
7.3.4橋樑構件檢核 126
7.4跨度60m吊橋橋型之研議 128
7.4.1有限元素模型 129
7.4.2施工階段分析 130
7.4.3橋梁構件檢核 146
7.4小結 148
第八章 結論與建議 150
8.1結論 150
8.2建議 151
參考文獻 151
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