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論文中文名稱:模組化GFRP防洪板設計與應用 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:The Design and Application of the Modular GFRP Flood Gate [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:土木工程系土木與防災碩士班
畢業學年度:104
畢業學期:第二學期
中文姓名:郭育汝
英文姓名:Yu-Ju, Kuo
研究生學號:103428025
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2016/06/11
指導教授中文名:李有豐
指導教授英文名:Yeou-Fong, Li
口試委員中文名:陳清泉;李有豐;徐增興;邱佑宗
中文關鍵詞:玻璃纖維、防洪板、有限元素分析
英文關鍵詞:Glass fiber reinforced plastics, Flood gates, Finite element analysis
論文中文摘要:現行防洪板大多由金屬材料製成,存在著造價高昂、搬運與安裝不便、與容易生鏽等問題。本論文利用具質量輕、強度高且耐候性佳之玻璃纖維強化高分子複合材料(Glass Fiber Reinforcement Plastic, GFRP)來取代傳統金屬材料,進行模組化GFRP防洪板設計、分析與試驗驗證。本研究透過GFRP各構件之力學試驗,選擇較適宜之構件斷面與尺寸,並將試驗所得之材料參數代入有限元素分析軟體中,進行模組化GFRP防洪板靜態水壓模擬分析。分析結果再與GFRP防洪板於靜水壓試驗結果進行比較,以驗證本研究設計之模組式GFRP防洪板具有足夠力學強度來抵抗水壓之變形,且確認分析模型與材料參數正確後,供後續分析使用。為推廣本研究設計之GFRP防洪板,使其可應用於不同場所,如住家、停車場等,最後進行跨度分析,改變防洪板跨度並將結果製成表格。
論文英文摘要:The existing flood gates are made by metallic materials, which is expensive, subject to rust, too heavy to move or install. To solve the above problems, the high-strength, light weight and corrosion resistance materials, Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP), were used to design a modular flood gate. The appropriate GFRP members/components were chosen to perform the three-points bending test and finite element analysis, and to obtain the bending modulus of the GFRP members/components. Then, the deformations of the GFRP flood gates were measured from the static water pressure test. Comparing the experimental and finite element analysis results, the modular GFRP flood gates were proved to be very effective. Finally, the finite element analysis was executed for different span length and tabulated.
論文目次:摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iii
表目錄 v
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究目的及內容 6
第二章 文獻回顧 8
2.1 相關研究 8
2.2 FRP現有水門案例 24
第三章 GFRP防洪板構件試驗與分析 27
3.1 FRP材料介紹與特性 27
3.1.1 FRP材料特性介紹 27
3.1.2 FRP材料構件生產與製造 31
3.2試驗規劃 33
3.2.1 試驗設備 34
3.2.2 GFRP構件選擇與先行測試 35
3.3 GFRP方管試驗與分析 39
3.4 GFRP格柵試驗與分析 45
3.5 GFRP構件試驗與分析小結 53
第四章 GFRP防洪板試驗與分析 55
4.1 GFRP防洪板水密性測試 55
4.1.1一單元GFRP防洪板製作 55
4.1.2水密性測試之試體製作 61
4.1.3水密性測試 65
4.2 GFRP防洪板力學試驗 68
4.2.1一單元GFRP防洪板力學試驗 69
4.2.2 力學試驗結果 71
4.3 GFRP防洪板數值分析 73
4.3.1 一單元GFRP防洪板靜水壓分析 73
4.3.2 漂流物撞擊分析 80
4.3.3 不同跨度GFRP防洪板數值分析 83
4.4 GFRP防洪板試驗與分析小結 84
第五章 GFRP防洪板效益分析 86
5.1碳足跡與生命週期評估介紹 87
5.2碳足跡計算 88
5.2.1 一單元模組化GFRP防洪板 89
5.2.2 傳統金屬材料防洪板 92
5.2.3 減碳效益分析 97
5.3初始成本分析 99
5.4 GFRP防洪板效益分析小結 100
第六章 結論 101
參考文獻 103;表2.1 梁構件之位移表 21
表3.1 FRP組成成分 28
表3.2 各種FRP材料參數比較 29
表3.3 材料比強度與比彈性模數比較 30
表3.4 FRP與各種材質適用環境比較表 30
表3.5 FRP製作方法及製作過程 31
表3.6 試驗設備介紹 34
表3.7 GFRP構件測試之規格與編號 35
表3.8 GFRP格柵肋厚與試體編號 37
表3.9 GFRP方管三點抗彎結果 41
表3.10 格柵三點抗彎試驗結果 46
表3.11 彈性模數分析結果 49
表4.1 試驗採用之材料與說明 56
表4.2 環氧樹脂配比及性質 57
表4.3 GFRP防洪板試體編號 70
表4.4 量測點位編號 71
表4.5 試驗水深90 cm之防洪板變形量 71
表4.6 GFRP板與格柵之材料參數 74
表4.7 兩側為剛性接合之變形量比較 75
表4.8 底部為剛性接合之變形量比較 79
表4.9 試驗水深90 cm之試驗與分析結果比較表 79
表4.10 衝擊試驗模擬分析結果與比較 82
表4.11 不同跨度下之最大變形量分析 84
表4.12 GFRP防洪板格柵厚度建議表 85
表5.1 一單元「模組化GFRP防洪板」各階段數據資料 90
表5.2 各材質防洪板之基本假設評估比較表 92
表5.3 一單元鋁合金防洪板數據資料假設與碳排放量 93
表5.4 一單元不鏽鋼防洪板數據資料假設與碳排放量 95
表5.5 各材料防洪板之減碳效益分析表 98
表5.6 各材料防洪板造價表 99;圖1.1 金屬製防洪板搬運不易 2
圖1.2 防洪板搭配沙包擋水 3
圖1.3 門扇式防洪板 4
圖1.4 改良型防水閘門 5
圖1.5 研究流程圖 7
圖2.1 縮尺寸直立堤模型架設示意圖 8
圖2.2 向岸動態壓力與相對深度關係圖 9
圖2.3 衝擊作用時間與能量關係圖 10
圖2.4 CFRP版試驗與分析結果比較 11
圖2.5 低速衝擊載重作用於FRP層板之數值模擬與實驗結果比較 12
圖2.6 FRP版樁浸泡後涵水量與強度之關係圖 13
圖2.7 發生挫屈之FRP連結版樁 14
圖2.8 FRP水濱擋土牆壓力示意圖 15
圖2.9 應力與循環次數關係圖 16
圖2.10 應力-位移曲線圖比較 17
圖2.11 FRP梁構件分層系統 18
圖2.12 跨深比與剪力變形關係圖 19
圖2.13 I型梁三點抗彎實驗及分析 20
圖2.14 FRP構件跨深比挫屈彎矩之研究 22
圖2.15 試體破壞情形 23
圖2.16 有限元素分析之結果 23
圖2.17 GFRP水門安裝實例 24
圖2.18 日本FRP止水名人 26
圖3.1 各種纖維圖片 29
圖3.2 FRP拉擠成型製程 32
圖3.3 模壓成型製程 33
圖3.4 連續式FRP浪平板製程 33
圖3.5 三點抗彎試驗架設示意圖 35
圖3.6 格柵版裁切示意圖 37
圖3.7 先行試驗之力量與位移關係圖 38
圖3.8 GFRP正方管測試結果 39
圖3.9 GFRP方管構件力量與位移關係圖 41
圖3.10 方型斷面GFRP構件試驗與分析之力與位移關係圖 43
圖3.11 GFRP方管之有線元素收斂性分析 45
圖3.12 各格柵三點抗彎試驗力與位移關係圖 48
圖3.13 格柵數值模型 49
圖3.14 GFRP格柵構件試驗與分析之力與位移關係圖 51
圖3.15 GFRP格柵之有線元素收斂性分析 53
圖4.1 立柱製作過程 59
圖4.2 防洪板製作過程 60
圖4.3 一單元GFRP防洪板組裝完成照 60
圖4.4 試驗水槽組裝 62
圖4.5 立柱與U型槽裝設 63
圖4.6 水槽防水與試體緊迫 65
圖4.7 其他滲漏水因素排除 67
圖4.8 水密性測驗照片 67
圖4.9 水密性測試結果 68
圖4.10 GFRP防洪板力學試驗架設圖 70
圖4.11 水深與變形量關係圖 72
圖4.12 防洪板有限元素軟體建立 74
圖4.13 設定水深90 cm 75
圖4.14 不同邊界條件之分析結果 78
圖4.15 防水閘門收斂性分析 80
圖4.16 衝擊試驗之分析設定 81
圖4.17 衝擊載重之收斂性分析 83
圖5.1 金屬防洪板型式樣本 86
圖5.2 防洪板施作流程 87
圖5.3 生命週期之各階段說明 88
圖5.4 模組化GFRP防洪板之各階段碳足跡比例 92
圖5.5 鋁合金防洪板之各階段碳足跡比例 95
圖5.6 不鏽鋼防洪板之各階段碳足跡比例 97
圖5.7 各材料防洪板碳排放量比較圖 98
圖5.8 初始興建成本分析 100
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論文全文使用權限:同意授權於2021-08-02起公開