臺灣博碩士論文加值系統

　　RC結構物之修補是近年來土木工程界的重心所在，許多先進國家亦積極使用各式各樣的材料於RC結構物之補強，目前鋼板補強是最常見的方法之一。但RC結構物與鋼板之介面粘結層屬於三維薄層元素，現今尚無補強後膠結層三維應力解析解。本研究主要重點是以粘結層三維應力有限元素分析為主，應用非線性有限元素套裝軟體－ANSYS，利用不同元素類型模擬鋼筋、混凝土、粘結層與鋼板之材料及幾何非線性以建立正確的材料模型，並採用弧長法（Arc-Length Method）來分析非線性之問題。以探討RC梁於未補強、側貼於梁之兩側鋼板補強、外貼鋼板於梁底與兩側等三種情況之裂縫型式及膠結層之應力、滑動與剝落情形。
　　研究結果顯示，可驗證實驗結果〔林文山，2001〕，以外貼鋼板於梁底及兩側的方式為最佳補強工法，在鋼板邊界之膠結層雖有部分脫落，但對RC梁仍可提供束制且減緩破壞的速率。而於ANSYS程式中探討膠結層之分析結果，可明確模擬RC梁受力後的力學行為，以提供工程師之初步判斷。

　　Now, the key point of the civil engineering is the strengthening of reinforced concrete structures. In the developed countries, every kind of materials is used in the strengthening of reinforced concrete structures, actively. The strengthening of external steel plates is the most common way. The bond of interface between the reinforced concrete structures and external steel plates is three-dimension of the thin elements, and there is not the analytic solution of three-dimension stresses after strengthening now. Therefore, the key point of this study is the finite element analysis of three-dimension stress of the bond. The program of the nonlinearing finite element analysis － ANSYS－ is used to analyze, and set proper model of the material by the different elements such as the reinforcing, the concrete, the bond, and the steel plate, and the arc-length method is used to analyze the nonlinear problem. Then, they are discussed that the form of the fissure in the conditions of the no strengthening, the wings, or the jacket, the conditions of stresses, sliding, and debonding of the bonds.
　　The results of the tests （Wen-Shan Lin，2001） can be verified from this analytic results, the way of the jacket is the best way of strengthening. Some bonds fell off at the interface of the external steel plates, but the reinforced concrete beam still supply to decrease the failed velocity. In the analysis of ANSYS program, the analytic results of the bonds can be discussed, the mechanical behavior of the reinforced concrete beam that the force applied can be simulated, and these can supply to determine preliminary for engineers.

目　錄
摘　要 i
ABSTRACT ii
誌　謝 iv
目　錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章　緒　論 1
1.1　研究動機 1
1.2　研究目的 1
1.3　研究內容及方法 2
第二章　文獻回顧 4
2.1　前言 4
2.2　鋼筋混凝土結構補強 6
2.2.1　RC結構的損害與補強 6
2.2.2　RC結構之補強時機及工法 7
2.3　介紹ANSYS-7.0有限元素程式 8
2.3.1　有限元素法理論 8
2.3.2　簡介 10
2.3.3　前處理(Preprocessor) 14
2.3.4　分析計算(Solution) 15
2.3.5　後處理(Postprocessor) 16
第三章　鋼板補強RC梁之三維非線性有限元素分析 18
3.1　前言 18
3.2　元素種類 19
3.2.1　SOLID65 19
3.2.2　LINK8　3－Ｄ元素 21
3.2.3　SHELL99層狀薄殼元素 23
3.2.4　TARGE170 24
3.2.5　CONTA 174 26
3.3　材料性質 27
3.3.1　混凝土之材料性質 27
3.3.1.1　強度包絡曲面 28
3.3.1.2　混凝土拉應力及拉力加勁 29
3.3.1.3　混凝土之剪力折減 30
3.3.1.4　混凝土等效單軸應力－應變關係 30
3.3.2　鋼筋的材料性質 32
3.3.3　鋼板的材料性質 34
3.3.4　膠結層之材料性質 35
3.4　三維非線性鋼筋混凝土梁模型介紹 37
3.4.1　分析三維非線性RC梁的模型種類與其特質 37
3.4.2　混凝土裂縫之分析方法 39
3.5　鋼板補強鋼筋混凝土梁模型之建立 43
3.5.1　鋼筋混凝土梁實體模型之建立 43
3.5.2　梁之鋼板補強分析型式 47
3.6　非線性分析理論 47
3.6.1　增量疊代分析 52
3.6.2　Newton-Raphson法 55
3.6.3　位移控制法 56
3.6.4　弧長法（Arc-Length method） 58
3.6.5　功控制法 59
3.6.6　N+1維空間理論 61
3.7　ANSYS非線性分析說明及流程 65
3.7.1　逐步增量載荷和平衡疊代 65
3.7.2　收斂準則 72
3.8　分析規劃 74
第四章　有限元素分析結果與討論 78
4.1　網格劃分密度 78
4.2　受力與邊界條件之設定 80
4.3　參數設定對分析結果之影響 83
4.3.1　剪力傳遞係數 83
4.3.2　加載步驟之設定與收斂容許誤差 83
4.4　分析結果 85
4.4.1　極限載重與載重－位移曲線 85
4.4.2　ANSYS有限元素模型之裂縫型式 90
4.4.3　不同補強方式與應力及應變之發展 95
4.4.3.1　未補強ＲＣ梁（MODEL-1） 95
4.4.3.2　側貼補強ＲＣ梁（MODEL-2） 100
4.4.3.3　兩側及底部鋼板補強ＲＣ梁（MODEL-3） 111
4.4.4　膠結層之分析結果 124
4.4.4.1　MODEL-2膠結層之分析結果 124
4.4.4.2　MODEL-3膠結層之分析結果 135
第五章　結論與建議 147
5.1　結論 147
5.2　建議 149
5.3　未來研究方向 150
參考文獻 151

參考文獻
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