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研究生： 許豐榮
Feng-Rong Xu
論文名稱： 結構補強用斜撐之彈塑性行為數值模擬
Elastic-Plasticity Numerical Simulation of The Bracings for Structural Repair
指導教授： 王仲宇
Chung-Yue Wang
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
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 118
中文關鍵詞： 鋼斜撐 、彈塑性分析 、Ansys 、接觸分析
外文關鍵詞： steel bracing, elastic-plasticity analysis, Ansy
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    • 隨著時代的演變，土木結構工程技術的開發與進步，對於損傷或者設計不良之結構物，已有許多的補強與加勁的方式，鑒於一般房屋為框架型的結構型式，可進一步於框架內緣加置補強用斜撐，進行結構物強度的補強，以使受損建築物修復後能符合相關耐震規範要求。
    考量鋼材料在降伏後之塑性延展行為，結構補強用之斜撐系統以鋼結構型式，採用方鋼管為斜撐主體型式，並在兩側進行切割以達韌性變形之目的；考慮切割後可能的損壞模式，適當於兩側之切割區加設角鋼圍束與內撐之方鋼管，如此鋼斜撐的消能能力可更為提升。
    利用Ansys有限元素分析軟體來模擬鋼斜撐彈塑性行為，採用位移控制加載方式來分析各3D鋼斜撐模型，結果中可發現鋼斜撐在經過圍束設計後，大大提昇斜撐原本不足的抗壓強度，且經圍束作用後斜撐之遲滯迴圈也比未圍束時的飽滿，消能效果明顯改善，因此圍束設計的確可以改善斜撐經切割後不足的勁度與消能能力。

    With the development of the times, the development and progress of civil engineering have had a lot of ways repair and with strength of benefit already for the damaging or the bad designing structure. Seeing that general structure building of frame type, can use bracing to add in frame to repair the strength of structure, so that the damaged building can accord with the code and able to bear shaking after being repaired.
    Consider the plasticity extension behavior after steel material yielding, bracing system use as steel construction, the principle part of bracing system adopt the rectangular steel tube, and cut it on both sides in order to the purpose to reach toughness out of shape; The possible damaged way, add and set up the angle steel to confine and steel tube to brace inner after considering cutting, such steel bracing energy disappear ability can raise.
    Using Ansys finite element program to analyze steel bracing’s elastic-plasticity behavior, adopt displacement to control the way of loading to analyse that every 3D steel bracing models. In the results, it have improve the originally insufficient bracing’s compression strength greatly after to use the confined design, and the force-displacement cycles more wide, energy dissipating also improved obviously, the confined design can improve steel bracing’s stiffness and energy dissipating after cutting bracing.

    中文摘要 Ⅰ 誌謝 Ⅱ 目錄 Ⅲ 照目錄 Ⅵ 表目錄 Ⅶ 圖目錄 Ⅷ 第一章 序論............................................................................................1 1.1 前言............................................................................................1 1.2 研究動機與目的........................................................................1 1.3 文獻回顧....................................................................................8 1.4 論文架構...................................................................................11 第二章 理論分析..................................................................................13 2.1 鋼斜撐動力平衡方程式..........................................................13 2.2 斜撐的基本理論與強度分析....................................................18 2.21 鋼材料應力-應變關係........................................................18 2.22 隨動硬化規則與包氏效應.................................................20 2.23 降伏條件準則. ...................................................................21 2.3 斜撐的基本理論與設計強度分析..........................................22 2.31 拉力理論分析..................................................................22 2.32 壓力理論分析..................................................................23 2.33 彈性挫屈理論與非彈性挫屈理論..................................24 第三章 Ansys廣用套裝分析軟體.......................................................28 3.1 Ansys廣用套裝分析軟體之實體元素模型............................28 3.2 Ansys廣用套裝分析軟體數值驗證........................................29 3.21 懸臂樑彎曲變形接觸問題..................................................30 3.22 厚壁圓管之擴張問題..........................................................35 第四章 三維鋼斜撐模型之規劃與模擬..............................................44 4.1 鋼斜撐基本材料特性..............................................................44 4.2 鋼斜撐主體桿件之配置與規劃..............................................45 4.21 鋼斜撐之開孔位置型式及長度..........................................46 4.22 鋼管開孔處之圍束設計......................................................48 4.3 三維斜撐數值模型的建立與分析..........................................49 4.31 斜撐模型的建立..................................................................49 4.32 數值模擬設定......................................................................61 第五章 三維斜撐數值模擬結果與分析..............................................67 5.1 數值模擬分析結果....................................................................67 5.2 鋼斜撐的拉力強度與壓力強度................................................68 5.3 未圍束之斜撐數值模擬分析結果............................................69 5.4 圍束之斜撐數值模擬分析結果................................................86 第六章 結論與建議..............................................................................99 6.1 結論..........................................................................................99 6.2 建議........................................................................................101 參考文獻................................................................................................104

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