鋼橋黏彈性鋪面承載分析｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	林伯叡 BO-RUEI LIN
論文名稱：	鋼橋黏彈性鋪面承載分析
指導教授：	張瑞宏 Rui-Hung Chang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2015
畢業學年度：	103
語文別：	中文
論文頁數：	121
中文關鍵詞：	鋼橋鋪面、有限元素法、ABAQUS 、黏彈性
外文關鍵詞：	steel bridge pavement, finite element method, ABAQUS, viscoelastics
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隨著橋梁發展的日進月異，鋼橋結構也成為主要的選擇之一，而鋼橋結構上之鋪面又與平面道路的考慮條件不同。研究結果發現，鋪面在受到荷重後引起的變形與黏彈性性質有關，所以本研究以有限元素法作為力學基礎，配合有限元素分析軟體 ABAQUS進行分析，以此模擬車輛荷重於鋼橋鋪面的承載分析，並在不同溫度條件下，利用鋪面黏彈性參數來模擬真實的力學反應，與求取舖面層所產生的垂直最大撓度(U3)、最大主張應變(MPE-T)、垂直壓應變(E33-C)與橫向應力(S11與S22)等四個破壞參數，以觀察車輪荷重對黏彈性鋪面所造成的影響。
透過加入黏滯度、鬆弛時間等係數的黏彈性參數，來分析鋼橋鋪面受到車輪荷重的結果。模擬結果發現，黏彈性鋪面會因為時間增加，各項破壞參數也會逐漸變大，直到達到最大值後穩定。而分析結果也會因為車輛荷重下方有橫梁與肋梁支撐，對鋪面層造成較小的損害。最後發現在雙層鋪面材料配置中，將回彈模數較大之材料置於底層時，可有效降低黏彈性性質因為時間增加對鋪面的影響。

As the developments of bridge technology are improved everyday, steel structures becomes one of the main options to build bridges. However, the pavements of steel bridge are under different considerations compared to road planes. Researches show that, after loaded the pavements occur deformations which are related to Viscoelastic Properties. This study applies finite element methods as the mechanics base and ABAQUS software to analyze the simulation of wheel loading on the pavements. Under different temperature conditions, Viscoelastic parameters are utilized to simulate the real mechanics reactions, and to observe the effects of wheel loadings on the elastic pavements according to these four damage parameters: the maximum deflection(U3), the maximum value of maximum principle tensile strain(MPE-T), the vertical compressive strain(E33-C), and Horizontal of stress (S11&S22).
The results of wheel loading on the pavements of steel bridges are analyzed through coefficients such as viscosity and the relaxation of time. The results of simulation show that the damage parameters of viscoelastics of pavement increase as time passes, and become steady until it reached the maximum values. Because those floor beams and ribs support the pavements with vehicle loading, vehicle loading cause minor damages to the pavements. In the double thickness material design, placing the materials with higher module of resilience at the bottom can efficiently reduce the effect from the properties of viscoelastics to the pavements as time passed.

目錄    V
圖目錄    VIII
表目錄    XII
符號說明    XIII
一、緒論    1
1-1前言    1
1-2研究動機與目的    1
1-3 研究方法與流程    2
二、 文獻回顧    5
2-1公路鋪面    5
2-1-1柔性鋪面種類    7
2-1-2柔性鋪面之破壞原因與形式    7
2-2鋼床板與鋪面    11
2-2-1鋼床板結構組成    11
2-2-2鋼床鈑鋪面之構造    14
2-2-3鋼床鈑鋪面材料介紹    16
2-2-4鋼床鈑鋪面材料厚度介紹    18
2-3鋪面力學分析之理論    21
2-3-1 Boussinesq力學彈性理論    21
2-4有限元素法於柔性鋪面與鋼床鈑之應用    23
2-4-1有限元素法    23
2-4-2有限元素分析軟體ABAQUS簡介    24
2-4-3柔性鋪面與鋼床鈑之有限元素法分析    25
2-5AASHTO 柔性鋪面設計方法    30
2-5-1 AASHTO 2008 力學-經驗法鋪面設計準則    30
2-6黏彈性理論    34
2-6-1 Maxwell model    35
2-6-2  Kelvin model    36
2-6-3 Burgers model    37
第三章 鋼床鈑三維有限元素模型文獻驗證    40
3-1前言    40
3-2分析流程及模型介紹    41
3-3幾何模型分析與網格建立    43
3-3-1 模型建立    43
3-3-2 載重與載重位置介紹    44
3-3-3基本假設與邊界條件    44
3-3-4元素類型(Element type)    45
3-4潛變參數    46
3-4-1分析軟體ABAQUS所需之黏彈性參數    46
3-4-2 SigmaPlot 轉換過程    47
3-5黏彈性分析結果驗證與結論    50
3-5-1黏彈性分析結果比較    50
3-5-2黏彈性分析結論    52
第四章 三維有限元素鋼橋黏彈性鋪面模型建立與分析    54
4-1鋼床鈑模型說明    54
4-1-1模型尺寸    54
4-1-2邊界條件    55
4-1-3材料性質    55
4-2車輪載重    56
4-2-1車輪載重介紹    56
4-2-2雙軸載重簡化    59
4-2-3載重位置    59
4-3黏彈性參數    62
4-3-1 Burgers模型基本原理推導    62
4-3-2參數取得    64
4-4鋪面破壞分析判斷準則    65
4-5黏彈性分析結果    67
4-5-1載重位置與破壞模式分析    67
4-5-2載重位置與時間關係分析    71
4-5-3載重位置與黏彈性分析    74
4-6結論    75
第五章 不同溫度下黏彈性鋪面承載分析    80
5-1黏彈性鋪面參數獲得方式與說明    80
5-2單層黏彈性鋪面配置    82
5-2-1  黏彈性單層鋪面破壞發生位置分析    82
5-2-2不同溫度下破壞參數結果分析    83
5-3雙層黏彈性鋪面配置    85
5-3-1雙層黏彈性鋪面載重位置分析    86
5-3-2 雙層黏彈性鋪面最大破壞參數比較    86
5-3-3雙層黏彈性鋪面時間關係比較    87
5-4結論    88
第六章 結論    101
6-1結論    101
6-2建議    102
參考文獻    103

                                

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