臺灣博碩士論文加值系統

結構鋼材通常具有不同的化學性質，這些化學特性可能影響鋼材之機械性質，降低銲接性，影響結構的性能。於鋼板生產的壓延程序中，非金屬的硫化錳(MnS)沿軋延向呈現扁平長條狀，而這些扁平狀的硫化錳可能於鋼板受面外作用力時產生層狀撕裂。且當採用厚板時，層狀撕裂的問題亦大幅地增加。本文研究實尺寸鋼板的面外受力行為，分別研究A572 Gr.50、SM490B和SN490C等鋼材，且試驗的試體模擬最嚴格的梁柱接頭區之情況。實尺寸鋼板的隔板採用高入熱量銲接(EGW)，梁翼板採用全滲透銲(FCAW)銲接。本研究試驗以均勻斷面試體和變斷面試體於鋼板面外受拉力情況下進行，試驗結果顯示不同的鋼材類型和不同的載重情況下，均勻斷面試體的板厚向行為較變斷面試體敏感。

Structural steel usually possesses various chemistries. These chemistries may affect the mechanical property of the steel, degenerate the weldablity and the structural performance. During the rolling process of the steel plate, the non-metallic magnesium sulfide (MnS) inclusions of the steel are flattened. These flattened inclusions may induce the lamellar tearing when the steel plate is subjected to the out-of-plane force. The possibility of lamellar tearing greatly increased if thick plate is used. This reported research examined the through thickness behavior of the jumbo size steel plate. Three different steel, A572 Gr.50, SM490B and SN490C are examined. The experimental program is designed to simulate the most rigorous situation in the area of beam-to-column connection. The jumbo steel plate is weld to the diaphragm plate by high heat input welding, EGW, and to the beam flange by FCAW weld. A cruciform specimen is used and the jumbo plate is subjected to out-of plane pulling force. These studies show that the through thickness behavior of jumbo plate is sensitive to the loading conditions and the types of the steel.

目錄 I
圖索引 V
照片索引 XI
符號表 XIII

第一章 緒論 1-1
1- 1　前言 1-1
1- 2　研究動機與目的 1-3
1- 3　研究內容 1-7
1- 4　文獻回顧 1-8

第二章　試驗鋼材之性能 2-1
2- 1　前言 2-1
2- 2　傳統鋼材與高性能鋼之比較 2-2
2-2- 1　傳統鋼材與高性能鋼之化性比較 2-5
2-2- 2　傳統鋼材與高性能鋼之物性比較 2-6
2- 3　試驗鋼材之化物性 2-7
2-3- 1　傳統鋼材之材料性質 2-7
2-3-1- 1　傳統鋼材之化學性質(化性) 2-8
2-3-1- 2　傳統鋼材之機械性質(物性) 2-8
2-3- 2　高性能鋼之材料性質 2-9
2-3-2- 1　高性能鋼之化學性質(化性) 2-9
2-3-2- 2　高性能鋼之機械性質(物性) 2-10
2- 4　試驗鋼材之化物性比較 2-10

第三章　試體規劃、製作與測試計畫 3-1
3- 1　前言 3-1
3- 2　試體規劃 3-1
3-2- 1　試驗類別規劃 3-2
3-2- 2　試體數量規劃 3-4
3- 3　試體製作 3-4
3-3- 1　試體製作流程 3-4
3- 4　實驗載重之規劃 3-7
3-4- 1　拉力試驗 3-7
3-4- 2　反復載重試驗 3-8
3- 5　試驗量測系統配置及方式 3-9
3-5- 1　量測系統配置 3-9
3-5-1- 1　整體結構之量測系統 3-9
3-5- 2　試驗裝置方式建立 3-10
第四章　試驗結果分析與討論 4-1
4- 1　前言 4-1
4- 2　試體材料試驗 4-2
4-2- 1　A572 Gr.50之試驗鋼材 4-2
4-2-1- 1　母材(鋼板)試驗 4-2
4-2-1- 2　銲道試驗 4-4
4-2- 2　SN490C之試驗鋼材 4-5
4-2-2- 1　母材(鋼板)試驗 4-5
4-2-2- 1　銲道試驗 4-6
4-2- 3　材料試驗之討論 4-7
4- 3　整體結構試驗過程之觀察記錄 4-11
4-3- 1　整體結構之拉力試驗 4-11
4-3-1- 1　A572 Gr.50傳統鋼材 4-11
4-3-1- 2　SM490B高性能鋼 4-15
4-3-1- 3　SN490C高性能鋼 4-18
4-3- 2　整體結構之拉力試驗討論 4-21
4-3-2- 1　各鋼材拉力試驗之結果 4-22
4-3-2- 2　各鋼材拉力試驗之結果討論 4-24
4-3- 3　整體結構之疲勞試驗 4-28
4-3-3- 1　A572 Gr.50傳統鋼材 4-29
4-3-3- 2　SN490C高性能鋼 4-30
4-3- 4　整體結構之疲勞試驗討論 4-32
4-3-4- 1　各鋼材疲勞試驗之結果 4-33
4-3-4- 2　各鋼材疲勞試驗之結果討論 4-35
4-3- 5　整體結構之試驗結果討論 4-37

第五章 結論與建議 5-1
5- 1　結論 5-1
5- 2　建議 5-2

參考文獻 Ref-1

[1.1] 陳生金，『鋼結構設計-極限設計法與容許應力設計法』，2005年2月。
[1.2] Robert E.Reed-Hill Reza Abbaschain, 『Physical Metallurgy Principles』，物理冶金，劉偉隆、林淳杰、曾春風、陳文照編譯，民國八十八年。
[1.3] Barson, J.M. and Rolfe, S.T. , 『Fracture and Fatigue Control in Structural - Applications of Fracture Mechanics』, Prentive-Hall, New Jersey, (1977)
[1.4] 陳生金，『鋼結構行為與設計』，2009年1月。
[1.5] 鋼結構設計手冊-容許應力法(ASD)，中華民國結構工程學會，結構叢書系列01(CSSE 86-05A)，1999年4月。
[1.6] 營建署，『鋼結構極限設計法規範及解說(修正草案)』，96年4月。
[1.7] 營建署，『鋼結構容許應力設計法規範及解說(修正草案)』，96年4月。
[1.8] 營建署，『鋼構造建築物鋼結構施工規範(修正草案)』，96年4月。
[1.9] 張學誠，『巨形銲接箱型鋼柱之結構行為』，博士論文，國立台灣大學營建工程系所，民國83年1月。
[1.10] 涂進德，『高強度高厚度鋼梁柱接頭之耐震特性』，碩士論文，國立台灣大學營建工程系所，民國87年7月。
[1.11] 陳傑，『常見銲接細部對疲勞強度的影響』，碩士論文，國立台灣大學營建工程系所，民國91年7月。
[2.1] 陳生金，『鋼結構之疲勞強度設計』，第一屆鋼鐵構造技術協會，1987年8月。
[2.2] 黃慶淵、張耀南、王璽貴、楊正生，『橋梁用鋼的性質要求與發展現況』，鋼結構會刊，中華民國鋼結構協會(TISC)，第31期，38頁~61頁，中華民國97年7月。
[2.3] 江慶陞，『TMCP鋼材簡介』，技術與訓練，中鋼技術與訓練出版委員會，第16卷，第4期，66-69頁，民國80年8月。
[2.4] 陳正誠、蔡顯榮、梁宇宸，『電熱熔渣和(ESW)對箱型柱板材質之影響』，鋼結構設計與施工技術研討會，民國97年12月。
[2.5] 陳正誠、郭文隆，『梁柱接頭全滲透銲弧型陶瓷導銲器』，鋼結構設計與施工技術研討會，民國97年12月。
[3.1]　Elena Mele, Luis Calado, Antonello De Luca, 『Cyclic behaviour
of beam-to-column welded connections』, Steel and Composite
Structures, Vol. 1, No. 3 (2001), PP. 269-282.
[3.2]　A. M. Kanvinde, G. G. Deierlein, 『Cyclic Void Growth Model to
Assess Ductile Fracture Initiation in Structural Steels due to Ultra Low
Cycle Fatigue』 , Journal of Engineering Mechanics , ASCE , JUNE
(2007) , PP.701-712.
[3.3]　Wen-Chin Liu1, Zach Liang, and George C. Lee, 『Low Cycle
Bending Fatigue Strength of Steel Bars under Random Excitation. Part
I：Behavior』, Journal of Structural Engineering, ASCE , JUNE (2005),
PP. 913-918.
[3.4]　Wen-Chin Liu1, Zach Liang, and George C. Lee, 『Low Cycle
Bending Fatigue of Steel Bars under Random Excitation. Part II：Design
Considerations』, Journal of Structural Engineering, ASCE , JUNE
(2005), PP. 919-923.
[3.5]　Frank, K.H., and Fihser, J., 『Fatigue Strength of Fillet Welded
Cruciform Joints』, Journal of the Structural Division, ASCE ST, Vol.
105, No. 9, (1979)
[3.6]　Albrecht, P and Fiedland, I.M., 『Fatigue-Limit Effect on
Variable-Amplitude Fatigue of Stiffeners』, Journal of the Structural
Division, ASCE ST, Vol. 105, No.12, (1979)
[3.7]　Yuhshi Fukumoto, 『New constructional steels and structural stability』, Engineering Structures, Vol. 18, No.10, PP. 786-791, (1996)
[3.8]　C. Miki, K. Homma T. Tominaga, 『High strength and high
performance steels and their use in bridge structures』, Journal of
Constructional Steel Research, PP.3-20, (2002)
[3.9] E.J. Kaufmann, B. Metrovich, A.W. Pense, 『Characterization of Cyclic Inelastic Strain Behavior On Properties of A572 Gr.50 and Gr.50 Rolled Sections』, ATLSS, Lehigh University, December (2001).
[3.10]　Reidar Bjorhovde, 『Development and use of high performance
steel』, Journal of Constructional Steel Research, PP.393-400, (2004)
[3.11]　Kazuo Tateishi, Takeshi Hanji, Kuniaki Minami, 『A Prediction
model for extremely low cycle fatigue strength of structural steel』,
International Journal of Fatigue , 29, PP.887-896, (2007).
[3.12]　Helmut Krawinkler and Mahmud Zohrei, 『Cumulative Damage
In Steel Structures Subjected To Earthquake Ground Motions』,
Computers & Structures, Vol.16, No.1-4, PP.531-541, (1983).
[3.13]　Ashraf EI-Bahy, Sashi K. Kunnath, William C. Stone, and Andrew W. Taylor, 『Cumulative Seismic Damage of Circular Bridge Columns: Benchmark and Low-Cycle Fatigue Tests』, ACI Structural Journal, No.96-S71, PP.633-641, July-August (1999).
[3.14]　Ashraf EI-Bahy, Sashi K. Kunnath, William C. Stone, and Andrew W. Taylor, 『Cumulative Seismic Damage of Circular Bridge Columns: Variable Amplitude Tests』, ACI Structural Journal, No.96-S78, PP.711-719, September-October (1999).
[3.15] Eiichiro Saeki, Mitsuru Sugisawa, Tanemi Yamaguchi, and
Akira Wada, 『Mechanical Properties of Low Yield Point Steels』,
Journal of Materials in civil Engineering, ASCE, Vol. 10, No.3, August,
(1998).
[3.16]　Tong, X., Wang, D., and Xu, H., 『Investigation of cyclic
hysteresis energy in fatigue failure process』, International Journal of
Fatigue, Vol. 11 , No. 5, PP.353-359, September, (1989).
[3.17] R. Tremblay, M.-H. Archambault, and A. Filiatrault, 『Seismic Response of Concentrically Braced Steel Frames Made with Rectangular Hollow Bracing Members』, Journal of Structural Engineering, ASCE PP.1626-1636, December , (2003).
[3.18]　Gilberto Martinez-Saucedo1, Jeffrey A. Packer, F., and Constantin Christopoulos, 『Gusset Plate Connections to Circular Hollow Section Bracesunder Inelastic Cyclic Loading』, Journal of Structural Engineering, ASCE, PP.1252-1258, July , (2008).
[3.19]　Ali Davaran, Narges Easazadeh Far , 『An inelastic model for low cycle fatigue prediction in steel braces』, Journal of Constructional Steel Research, PP.1-8, July, (2008).
[3.20] 　Elena Mele, Luis Calado, and Antonello De Luca , 『Experimental Investigation on European Welded Connections』, Journal of Structural Engineering, ASCE, PP.1301-1311, October, (2003).
[3.21]　Oguz C. Celik, Jeffrey W. Berman, and Michel Bruneau,『Cyclic Testing of Braces Laterally Restrained by Steel Studs』, Journal of Structural Engineering, ASCE, PP.1114-1124, July, (2005).
[3.22]　B. V. Fell, A. T. Myers, G.G. Deierlein, and A. M. Kanvinde,
『Testing and Simulation of Ultra Low Cycle Fracture and Fatigue in
Steel Braces』, 8th National Conference on Earthquake Engineering, San
Francisco, April, (2006).
[3.23]　C.A. Apostolopoulos , M.P. Papadopoulos , 『Tensile and low cycle fatigue behavior of corroded reinforcing steel bars S400』, Construction and Building Materials, 21, PP. 855–864, (2007).
[3.24]　 Xianjie Yang, 『Low cycle fatigue and cyclic stress ratcheting failure behavior of carbon steel 45 under uniaxial cyclic loading』, International Journal of Fatigue, 27, PP. 1124–1132, April, (2005).
[4.1] 中國國家標準(CNS)，『金屬材料拉伸試驗試片』，總類2112，類號G2014，94年2月5日。
[4.2] 中國國家標準(CNS)，『金屬材料衝擊試驗試片』，總類3033，類號G2022，89年3月20日。
[4.3] 中國國家標準(CNS)，『金屬材料衝擊試驗法』，總類3034，類號G2023，85年7月25日。
[4.4] 中國國家標準(CNS)，『鋼板及扁鋼之厚度方向特性』，總類13813，類號G1028，86年2月3日。
[4.5] 中國國家標準(CNS)，『一般結構用軋鋼料』，總類2473，類號G3039，81年10月24日。
[4.6] 中國國家標準(CNS)，『銲接結構用軋鋼料』，總類2947，類號G3057，92年4月8日。
[4.7] 中國國家標準(CNS)，『建築結構用軋鋼料』，總類13812，類號G3262，92年4月8日。
[4.8] 中國國家標準(CNS)，『金屬材料之疲勞試驗法通則』，總類4958，類號G2057，86年10月1日。
[5.1] ASTM, 『Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing』, ASTM E606-04, (2004).
[5.2] ASTM, 『Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials』, ASTM E8/E 8M-08, (2008).
[5.3] ASTM, 『Manual On Low Cycle Fatigue Testing』, STP465, (1969).
[6.1] European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), 『Seismic Design. Recommended testing procedure for assessing the behaviour of structural steel elements under cyclic loads』, Technical Committee 1 - Structural Safety and Loadings, TWG1. 3 Rep. No. 45, (1986).
[7.1]　Applied Technology Council (ATC), 『Guidelines for cyclic seismic testing of components of steel structures』, ATC-24, Redwood, Calif, (1992).