臺灣博碩士論文加值系統

本論文使用顯式有限元分析軟體模擬橋梁支承系統之非線性大變形行為，並將模擬結果與真實橡膠支承墊基本性能試驗加以比較，以求得可適用於日後不同規格之合成橡膠支承墊功能之分析模擬。由LS-DYNA軟體模擬所得之結果可知，超彈性材料所得之模擬結果較優於其他材料模型所得之模擬結果。由模擬合成橡膠支承墊基本力學行為之過程，得到未來模擬橡膠支承墊時可供參考之材料性質參數範圍和模擬分析時可利用之技巧及關鍵問題。模擬所得到之橡膠支承墊基本力學性能結果，主要是用於提供未來含支承系統橋梁結構受地震力作用下之大尺度分析時，支承系統的非線性歷時反應。

In this thesis, explicit finite element code is used to simulate the nonlinear behavior of the bridge bearing system. The nonlinear behavior of rubber bearing was investigated in detail. Three types of material models in the LS- DYNA coder were evaluated by comparing with the experimental results of the compression and shearing tests of rubber bearing. It turns out that the Hyperviscoelastic Rubber model can simulate the performance better than the Kinematic Hardening Plastic Material model and the Mooney-Rivlin Rubber model. The material parameters obtained from those validation simulations will be used to conduct the numerical analysis for other types of design of rubber bearing device.
The performance curves of the rubber bearing device in the local level can be linked with the global structural analysis of bridge structure under seismic loading.

中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
照片目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究內容 5
第二章 文獻回顧與基本理論 7
2.1 隔震器之分類 7
2.2 橡膠支承墊之構造與特性 8
2.2.1 橡膠之特性 10
2.2.2 橡膠理論模型 11
2.2.3 鋼板之特性 23
2.3 LS-DYNA 發展概況 24
第三章 LS-DYNA使用之正確性驗證及材料說明 26
3.1 基本力學行為驗證 26
3.1.1 軸向壓伸驗證 26
3.1.2 剪力驗證 31
3.2 LS-DYNA橡膠材料介紹 49
3.2.1 Kinematic Hardening Plastic Material 49
3.2.2 Mooney-Rivlin Rubber 52
3.2.3 Hyperviscoelastic Rubber 54
第四章 橡膠支承墊基本性能試驗說明與模擬 58
4.1 純橡膠材料之張力試驗 58
4.2 橡膠支承墊基本性能試驗說明 60
4.2.1 試驗規範 60
4.2.2 試體規格 60
4.3 橡膠支承墊壓縮勁度試驗 62
4.3.1 壓縮勁度試驗程序 62
4.3.2 壓縮勁度試驗結果 63
4.4 橡膠支承墊壓縮勁度試驗模擬 66
4.4.1 隨動硬化塑性材料 68
4.4.2 Mooney-Rivlin Rubber 73
4.4.3 超彈性橡膠材料 76
4.4.4 壓縮試驗模擬結果比較 81
4.5 橡膠支承墊剪力模數試驗 84
4.5.1 剪力模數試驗程序 85
4.5.2 剪力模數試驗結果 86
4.6 橡膠支承墊剪力模數試驗模擬 88
4.6.1 隨動硬化塑性材料 89
4.6.2 Mooney-Rivlin Rubber 93
4.6.3 超彈性橡膠材料 97
4.6.4 剪力試驗模擬結果 101
第五章 橡膠支承墊摩擦係數試驗說明及模擬 104
5.1 摩擦係數試驗說明 104
5.1.1 試驗目的 104
5.1.2 試驗設置 104
5.1.3 試驗裝置 106
5.1.4 試驗程序 109
5.2 摩擦係數試驗結果 109
5.3 摩擦係數試驗模擬 111
5.3.1 模擬目的 111
5.3.2 模擬設置 112
5.4 摩擦係數試驗模擬結果 117
5.5 橡膠支承墊角度轉動模擬 119
5.5.1 模擬目的 119
5.5.2 模擬設置 120
5.6 橡膠支承墊角度轉動模擬結果 123
第六章 結論與建議 128
6.1 結論 128
6.2 建議與未來展望 130
參考文獻 131
附錄A 剪力模數試驗模擬LS-DYNA輸入檔 133

[1] Hallquist, J. O., Theoretical Manual for DYNA3D, Lawrence Livermore Laboratory Report No. UCID-19401, University of California, 1982.
[2]Klaus Weimar, LS-DYNA User’s Guide, CAD-FEM GmbH, 2001.
[3]American Association of State Highway and Transportation Officials. Standard Specifications for Highway Bridges. 17th Edition. Washington, D.C.: 2002.
[4]BRITISH STANDARD, Rubber-Determination of Frictional Properties, BS ISO 15113: 1999
[5]Gere, James M., Mechanics of Materials, Fifth Edition, Stanford University, 2001.
[6]Aklonis, John J., Introduction to Polymer Viscoelasticity, John Wiley & Sons. Inc. 1983.
[7]McCrum, N. G., Buckley, C. P., Bucknall, C. B., Principle of Polymer Engineering, Oxford Science Publications. 1997.
[8]Javier Bonet, Richard D. Wood, Nonlinear continuum mechanics for finite element analysis, Cambridge University, 1997.
[9]Ogden, R. W., Non-Linear Elastic Deformations, John Wiley & Sons. Inc. 1984.
[10]交通技術標準規範公路類公路工程部，「公路橋梁設計規範」，初版，台北市：幼獅，民國90 年。
[11]林呈、孫洪福，「見證921集集大地震-震害成因與因應對策」，初版，台北市：麥格羅希爾，民國89年。
[12]蔡相全、孫健行，「隔震用多層橡膠支承墊之實驗研究」，NCREE-96-014，國家地震工程研究中心，民國85年。
[13]黃碩耀，「高阻尼橡膠支承墊力學行為之實驗研究」，國立台灣科技大學土木工程學研究所碩士論文，民國86年。
[14]吳秉憲，「橋梁功能性支承系統參數之研究-橡膠支承墊力學行為與摩擦係數測定」，國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文，民國93年。
[15]陈惠钊，「粘度测量」，中國计量出版社，1994。
[16]匡震邦，「非線性連續介質力學」，上海交通大学出版社，2002。
[17]劉國雄、林樹均、李勝隆、鄭晃忠、葉均蔚，「工程材料科學」，全華科技圖書股份有限公司，1991。
[18]山田嘉昭，「塑性、粘彈性」，日本鋼構造協会，1970。
[19]林士斌，「高阻尼多層橡膠支承與鉛擠阻尼器之理論分析與實驗比較」，逢甲大學土木及水利工程研究所碩士論文，民國89年。