臺灣博碩士論文加值系統

近幾年來，世界各先進國家積極應用各式各樣的材料對鋼筋混凝土結構物補強，鋼筋混凝土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，目前玻璃纖維補強是最常見的方法之一。本研究主要重點是以三維應力有限元素分析為主，應用非線性有限元素分析程式ANSYS，配合不同種類的元素型式，建立玻璃纖維補強鋼筋混凝土梁之有限元素模型。以有限元素法模擬、分析和預測由玻璃纖維補強的鋼筋混凝土梁之力學行為和破壞模式，並探討鋼筋混凝土梁應用有限元素法分析時，由元素型式、材料參數、網格密度和補強型式對勁度與極限承載力之影響。並採用弧長法（Arc-Length Method）來分析非線性之問題，用以探討RC 梁於未補強、外貼玻璃纖維於梁底與兩側等情況之裂縫型式及應力。研究結果顯示，可驗證實驗結果，對RC 梁來說可提供束制且減緩破壞的速率。而於ANSYS 程式中探討之分析結果，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 Glass Fiber Reinforcement Plastics is the most common way. The key point of this study is the finite element analysis of three-dimension stress of the bond. The goal of the present research is to analyze and predict the behavior and failure mechanism of reinforced concrete beams and use the nonlinear finite element program-ANSYS.Also, the present research discusses the effect of element type, material parameters, meshing density, and retrofitted type used in the analysis on stiffness and ultimate load capacity. 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, or the jacket, the conditions of stresses, sliding, and debonding of the bonds. The results of the tests can be verified from this analytic results, but the reinforced concrete beam still supply to
decrease the failed velocity. In the analysis of ANSYS program, the analytic results 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.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 4
1.4 研究內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 鋼筋混凝土補強 7
2.2.1 纖維複合貼片介紹 7
2.2.2 FRP應用在混凝土結構物補強之相關文獻 7
2.2.3 補強定義和時機 9
第三章 GFRP補強鋼筋混凝土梁之三維非線性有限元素分析 12
3.1 前言 12
3.2 元素種類 12
3.2.1 SOLID65元素 13
3.2.2 LINK8元素 15
3.2.3 PLANE42元素 16
3.2.4 SHELL99元素 16
3.2.5 TARGE170元素 18
3.2.6 CONTA174元素 19
3.3 材料性質 20
3.3.1 混凝土之材料性質 20
3.3.1.1 混凝土的破壞準則 23
3.3.1.2 混凝土拉應力及拉力加勁 28
3.3.1.3 混凝土之剪力折減 29
3.3.2 鋼筋的材料性質 30
3.3.3 玻璃纖維的材料性質 31
3.3.4 黏著材料之材料性質 31
3.4 三維非線性鋼筋混凝土梁模型 33
3.4.1 分析三維非線性鋼筋混凝土梁之種類與特性 33
3.4.2 混凝土裂縫分析方法 35
3.5 GFRP補強鋼筋混凝土梁模型之建立 36
3.5.1 實體鋼筋混凝土梁之模型建立 36
3.6 ANSYS非線性分析說明 41
3.6.1 Newton-Raphson平衡疊代法 42
3.6.2 非線性求解的組織及職別 44
3.6.3 非線性收斂準則 45
3.6.4 載重步驟說明 47
3.7 模擬分析規劃 47
第四章 有限元素分析結果與討論 48
4.1 網格密度對分析結果之影響 48
4.2 參數設定對分析結果之影響 50
4.2.1 剪力傳遞係數 50
4.2.2 加載步驟設定和收斂容許誤差對非線性分析之影響
51
4.3 受力與邊界條件之設定 53
4.4 分析結果 56
4.4.1 極限載重與位移 56
4.4.2 ANSYS有限元素模型與試體破壞模式比較 59
4.4.3 不同補強方式之應力與應變發展 65
4.4.3.1 彎矩破壞之未補強RC梁（NUMBER1-1）
65
4.4.3.2 兩側及底部GFRP補強RC梁（NUMBER1-2）
68
4.4.3.3 剪力破壞之未補強RC梁（NUMBER2-1）
77
4.4.3.4 兩側及底部GFRP補強剪力破壞之RC梁
（NUMBER2-2） 79
4.4.4 載重位移圖比較 88
第五章 結論與建議 94
5.1 結論 94
5.2 建議 95
參考文獻 96
附錄A ANSYS8.0有限元素分析程式之介紹 99

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