(3.236.222.124) 您好！臺灣時間：2021/05/08 07:08

### 詳目顯示:::

:

• 被引用:3
• 點閱:269
• 評分:
• 下載:20
• 書目收藏:0
 在結構工程上常見之開口薄壁斷面(open thin-walled section)構件，如由美制標準型鋼(rolled shapes)組合而成之組合斷面WC (W-section & Channel)與SC（S-section & Channel）係有效且經濟之組合斷面，在工業廠房中已被廣泛使用。當構件受到扭力作用時其斷面之分析包括純扭曲應力(pure torsional shear stress)與翹曲應力(warping stress)，而翹曲應力之分析包括翹曲剪應力(warping shear stress)與翹曲正向應力(Warping normal stress)，其中翹曲剪應力之分析常面臨之困難為翹曲常數(warping constant, Cw)之計算。雖然許多常見開口斷面之翹曲常數已有現成公式可用，但是這些現成公式一般而言也是相當複雜。開口斷面其翹曲常數之取得，往往包括斷面剪力中心位置之確定與翹曲常數本身之計算，其過程牽涉複雜之積分運算，這對一般從事例行實務設計之工程師而言是有困難的，因此開口薄壁斷面翹曲常數之計算，一直是工程師之困擾。 本研究試以一階分析(first-order analysis)為基礎整理、推導以積分式表示之理論公式，考慮斷面係由薄壁板元素(thin-walled plate element)組成之特性，將理論積分式改成數值公式，最後將數值公式轉成電腦程式(Fortran)，由電腦執行開口薄壁斷面翹曲常數之複雜數值運算工作。所有電腦計算結果將與現有公式結果作比較以確認其正確性，提供AISC設計手冊 (包括ASD 與 LRFD) 中所有WC與SC斷面理論Cw之計算流程及結果並提供βx值結果，供業界參考。本研究直接提供WC、SC組合斷面之彎矩強度設計公式及公式中最困難之參數值(Cw、βx)，解決工程師常久以來在處理WC與SC薄壁斷面之分析上所面臨之困難與障礙。
 In the practice of structural engineering, members with open thin-walled section have been widely used. The AISC combined sections of WC (rolled W-shape with rolled Channel) and SC (rolled S-shape with rolled Channel) are efficient and economical beam sections. They have been widely used in the crane runway beams of steel plants. When the member is subjected to torsion, the stress analysis of section includes both the pure torsion stress (Saint Venant shear stress) and the warping stresses which are composed of warping shear and warping normal stresses. The evaluation of Saint Venant shear stress is quite straightforward and is well defined. However, the analysis of warping shear stress is not an easy task for general practicing engineers. The difficulty comes from the evaluation of warping constant (Cw) of open thin-walled section. Although the formulas of warping constant are available for many practical sections, the given formulas are also written in quite complicated forms. The calculation of warping constant, which includes the locate the shear center of section and the calculation warping constant, is not a routine job and is a tough task for general engineers. This study intends to obtain the theoretical formulas derived based on first-order analysis. The theoretical formulas are obtained and expressed in terms of mathematical integration. Considering the fact that the section is made of thin-walled plate elements, the theoretical formulas can be written in terms of numerical expressions. The numerical expressions are then rewritten in terms of computer language of Fortran. The work of warping constant evaluation is finally carried out by the computer. The computer-assisted results of warping constants are compared with the known ones. The accuracy of the results are checked and identified. The obtained values of Cw and βx will help the practicing engineers to obtain the theoretical moment (Mcr) of section easily as compared with the one provided by the current AISC/LRFD specification. The study will overcome the problem the problem that the practicing engineers face in dealing with the calculation of warping constants specially in the open sections which are widely used in the steel structures.
 摘要 i 目錄 iii 圖表目錄 v 符號說明 x 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究動機 2 1.4 研究方法及目標 3 第二章 開口薄壁斷面翹曲常數之理論 與數值公式 6 2.1 前言 6 2.2 斷面形心(Centroid) 7 2.3 斷面剪力中心(Shear Center) 7 2.4 翹曲變形(Warping Deformations) 13 2.5 翹曲常數之理論推導 16 2.6 剪力中心及翹曲常數之數值公式推導 22 2.7 範例 26 第三章 組合斷面翹曲常數數值公式 67 3.1 組合斷面性質之數值解法 67 3.2 開放薄壁斷面理論翹曲常數之數值解法 68 3.3 WC組合斷面翹曲常數之數值解法 71 第四章 翹曲常數之電腦化計算 90 4.1 W型鋼斷面翹曲常數之計算 90 4.2 上下翼板不等長W型鋼斷面翹曲常數之計算 100 4.3 槽形斷面翹曲常數之計算 110 4.4 WC組合斷面翹曲常數 119 4.5 應用 134 第五章 結論 137 5.1 電腦化分析之翹曲常數值 137 5.2 LRFD規範對於WC組合對面之處理 141 5.3 澳洲規範之比較 150 5.4 例題說明 151 第六章 結論 159 參 考 文 獻 161 附錄A 公式推導 164 A1. 剪力中心位置 164 A2. 翹曲慣性積Iwx 167 A3. 翹曲慣性積 Iwy 168 A4. 面積慣性矩 Ix 169 A5. 面積慣性矩 Iy 170 A6. 面積慣性矩 Ixy 171 附錄B 公式探討 172 B1 板元素方向討論 172 B2 求剪力中心之座標原點移動討論 175 附錄C FORTRAN程式內容 181 1. W型鋼斷面 181 2. 上下翼板不等長W型鋼斷面 188 3. 槽型鋼斷面 194 4. WC組合斷面 200 5. 澳洲天車樑斷面 208 圖表目錄 表2.7-1 W型鋼之板元素形心座標與面積 27 表2.7-2 W型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 28 表2.7-3 W型鋼斷面時，剪力中心各板元素節點之單位翹曲值 29 表2.7-4 W型鋼之斷面元素及相關值 30 表2.7-5 計算W型鋼斷面之翹曲慣性積 31 表2.7-6 計算W型鋼斷面之翹曲慣性積 31 表2.7-7 W型鋼斷面翹曲常數之板元素節點之單位翹曲值計算 33 表2.7-8b W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 36 表2.7-9 W型鋼斷面翹曲常數計算 37 表2.7-10 上下翼板不等長W型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 38 表2.7-11求翼板不等長W型鋼斷面剪力中心，板元素節點之單位翹曲值 39 表2.7-12 上下翼板不等長的W型鋼之斷面元素及相關值 40 表2.7-13 計算翹曲慣性積 41 表2.7-14求翼板不等長W型鋼斷面翹曲常數，板元素節點之單位翹曲值 43 表2.7-15a 上下翼板不等長的W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 44 表2.7-15b 上下翼板不等長的W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 45 表2.7-16 上下翼板不等長W型鋼斷面翹曲常數計算 45 表2.7-17 槽型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 47 表2.7-18求槽型鋼斷面剪力中心時，板元素節點之單位翹曲值 48 表2.7-19 槽型鋼斷面之元素及相關值 49 表2.7-20 計算槽型鋼斷面翹曲慣性積 49 表2.7-21 槽型鋼斷面翹曲常數時，各板元素節點之單位翹曲值計算 51 表2.7-22a 槽型鋼斷面法化單位翹曲值計算 52 表2.7-22b 槽型鋼斷面法化單位翹曲值計算 53 表2.7-23 槽型鋼斷面翹曲常數計算 53 表3.2-1 計算斷面剪力中心x座標值 69 表3.2-2 計算斷面剪力中心y座標值 70 表3.2-3 計算斷面翹曲常數 70 表3.2-4 計算斷面翹曲常數 71 表3.3-1 WC組合斷面之板元素編號、座標、長度與厚度 75 表3.3-2 求WC組合斷面剪力中心，各板元素節點之單位翹曲值 77 表3.3-3a 計算WC組合斷面翹曲慣性積Iwx 78 表3.3-3b 計算WC組合斷面翹曲慣性積Iwy 78 表3.3-4 求WC組合斷面翹曲常數，各板元素節點之單位翹曲值計算 81 表3.3-5a WC組合斷面法化單位翹曲值計算 82 表3.3-5b WC組合斷面法化單位翹曲值計算 84 表3.3-6 WC組合斷面翹曲常數計算 86 表4.1-1 W型鋼斷面板元素形心座標與面積 91 表4.1-2 W型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 92 表4.1-3 求剪力中心之板元素節點之單位翹曲值 93 表4.1-4 W型鋼斷面元素及相關值 94 表4.1-5 計算翹曲慣性積Iwx 94 表4.1-6 計算翹曲慣性積Iwy 95 表4.1-7 求W型鋼翹曲常數之板元素節點之單位翹曲值計算 97 表4.1-8a W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 98 表4.1-8b W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 99 表4.1-9 W型鋼斷面翹曲常數計算 100 表4.2-1 上下翼板不等長W型鋼斷面板元素形心座標與面積 101 表4.4-2 上下翼板不等長W型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 102 表4.2-3 求剪力中心之板元素節點之單位翹曲值 104 表4.2-4 斷面元素及相關值 104 表4.2-5 計算翹曲慣性積Iwx 105 表4.2-7 求翹曲常數之板元素節點之單位翹曲值計算 107 表4.2-8a 上下翼板不等長W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 107 表4.2-8b 上下翼板不等長W型鋼斷面法化單位翹曲值計算 108 表4.2-9 上下翼板不等長W型鋼斷面翹曲常數計算 109 表4.3-1 槽型鋼斷面板元素形心座標與面積 111 表4.3-2 槽型鋼斷面板元素之節點座標、長度與厚度 112 表4.2-3 求剪力中心之板元素節點之單位翹曲值 113 表4.2-4 斷面元素及相關值 114 表4.3-5 計算翹曲慣性積Iwy 114 表4.3-7 求翹曲常數之板元素節點之單位翹曲值計算 116 表4.3-8a 槽型鋼斷面法化單位翹曲值計算 117 表4.3-8b 槽型斷面法化單位翹曲值計算 117 表4.4-1 WC組合斷面板元素形心座標與面積 120 表4.4-2 WC組合斷面板元素之節點座標、長度與厚度 122 表4.4-3 求剪力中心之板元素節點之單位翹曲值 123 表4.4-4 斷面元素及相關值 124 表4.4-5 計算翹曲慣性積Iwx 126 表4.4-7 求翹曲常數之板元素節點之單位翹曲值計算 128 表4.4-8a 斷面法化單位翹曲值計算 129 表4.4-8b WC組合斷面法化單位翹曲值計算 130 表4.4-9 WC組合斷面翹曲常數計算 131 表4.5-1 AISC/LRFD設計手冊中WC組合斷面之翹曲常數值 134 表4.5-2 AISC/LRFD設計手冊中SC組合斷面之翹曲常數值 135 表4.5-3 AISC/ASD設計手冊中SC組合斷面之翹曲常數值 135 表4.5-4 AISC/ASD設計手冊中WC組合斷面之翹曲常數值 136 表5-1 AISC/ASD設計手冊中WC組合斷面之翹曲常數值 138 表5-2 AISC/ASD設計手冊中SC組合斷面之翹曲常數值 139 表5-3 AISC/LRFD設計手冊中SC組合斷面之翹曲常數值 139 表5-4 AISC/LRFD設計手冊中WC組合斷面之翹曲常數值 140 表5-4 AISC/ASD設計手冊中WC及SC組合斷面之J、βx及Cw理論值 147 表5-5 AISC/ASD設計手冊中SC組合斷面之J、βx及Cw理論值 148 表5-6 AISC/LRFD設計手冊中SC組合斷面之J、βx及Cw理論值 148 表5-7 AISC/LRFD設計手冊中WC組合斷面之J、βx及Cw理論值 149 表B-1 WC組合斷面板元素之節點座標、長度與厚度 175 表B-2 求剪力中心之板元素節點之單位翹曲值 177 表B-3 斷面元素及相關值 177 表B-4 計算翹曲慣性積Iwx 178 表B-5 計算翹曲慣性積Iwy 179 圖1.1 WC組合斷面 4 圖1.2 SC組合斷面 4 圖1.3 開放薄壁斷面翹曲常數積分使用之參數符號說明 5 圖2.3-1 開口薄壁斷面 55 圖2.3-2 開口薄壁斷面樑剖面 56 圖2.3-3 開口薄壁斷面元素之正向應力與剪應力 56 圖2.3-4 自由體opqr受y向均佈載重 57 圖2.3-5 斷面面積(section area)示意 58 圖2.3-6 自由體opqr受x向均佈載重 59 圖2.4-1 開口薄壁斷面之座標及切線距離定義 60 圖2.4-2 板元素ABCD之翹曲變形 61 圖2.4-3 板元素dxdz在x-y平面及x-z平面之投影 62 圖2.4-4 從幾何關係決定 和 之切線距離 63 圖2.5-1 板元素sdz受扭力所產生之應力 64 圖2.6-1 開放薄壁斷面板元素圖形 64 圖2.6-2 板元素單位翹曲分布 65 圖2.7-1 W型鋼斷面 65 圖2.7-2 上下翼板不等長W型鋼斷面 66 圖2.7-3 槽型鋼斷面 66 圖3.1 之正負號示意 88 圖3.2 WC組合斷面 88 圖3.3 求WC組合斷面翹曲常數板元素分割圖 89 圖4-1 W型鋼樑斷面 90 圖4-2 上下翼板不等長之W型鋼樑斷面 101 圖4-3 槽型鋼樑斷面 111 圖4-4 WC組合斷面 120 圖5.1 WC組合斷面 157 圖5.2.a 單對稱斷面 圖5.2.b 雙對稱斷面 157 圖5.3 單對稱I型鋼樑 158 圖5.4 澳洲天車樑斷面 159 圖5.5 澳洲天車樑斷面尺寸 160 圖A-1 元素應力圖 173 圖A-2 w值之線性變化 174 圖程式流程圖 180
 1.American Institute of Steel Construction (1989), Manual of Steel Construction, Allowable Stress Design, Ninth Edition, AISC, Chicago, Illinois.2.American Institute of Steel Construction (1994), Manual of Steel Construction, Load and Resistance Factor Design, Second Edition, AISC, Chicago, Illinois.3.American Institute of Steel Construction (1994), Torsional Analysis of Structural Steel Members, Second Edition, AISC, Chicago, Illinois.4.Tony Lue and Duane S. Ellifritt (1993), "The Warping Constant for the W-Section with a Channel Cap," The Engineering Journal, AISC, First Quarter, p.31-33.5.Duane S. Ellifritt and Dung-Myau Lue (1998), "Design of Crane Runway Beam with Channel Cap," The Engineering Journal, AISC, Second Quarter, p.41-49.6.N. S. Trahair (1977), "The Behavior and Design of Steel Structures," First Edition, A Division of John Wiley and Sons, New York, p.283-3167.A. C. Ugural (1987) "Advanced Strength and Applied Elasticity," Second Edition, Elsevier, New York, p.445-4578.Wei-Wen Yu (1991), "Cold-Formed Steel Design," Second Edition, A Wiley-Interscience Publication, New York, p.522-5409.T. V. Galambos (1968), “Structural Members and Frames,” Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, p. 80-158.10.C. P. Heins (1969), “Bending and Torsional Design in Structural Members,” Rainbow-Briage, University of Maryland, Berlin, p. 5-80.11.F. Bleich (1952), “Buckling Strength of Metal Structures,” McGraw-Hill Book Company, New York, p. 104-123.12.R. A. Hechtman and J. M. Hattrup (1955), "Lateral Buckling of Rolled Steel Beams, "Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol. 81, No. 797, p.797-830.13.J. W. Clark and H. N. Hill (1960), "Lateral Buckling of Beams," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 86, No. ST7, p.175-196.14.G. J. Hancock (1978), "Local Distortion and Lateral Buckling of I-Beams," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 104, No. ST11, p.1787-1800.15.M. Kubo and Y. Fukumoto (1988), " Lateral Torsional Buckling of Thin-Walled I-Beams," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 114, No. ST 4,p. 841-855.16.Y. L. Pi. and N. S. Trahair (1992) " Prebuckling deflections and lateral buckling theorem " Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 118, No. 11,p. 2946-2966.17.J. M. Anderson and N. S. Trahair (1972), "Stability of Monosymmetric Beams and Cantilever," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 98, No. ST1,p. 269-286.18.S. Kitipornchai and N. S. Trahair (1980), "Buckling Properties of Mono-symmetric I-Beam," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 106, No. ST5, p. 941-957.19.D. A. Nethercot (1983), "Elastic Lateral Buckling of Beam," Beams and Beam Columns-Stability in Strength (ed. R. Narayanan), Barking, Essex, England: Applied Science Publishers.20.S. Kitipornchai , Chien Ming Wang and N. S. Trahair (1986),"Buckling of Monosymmetric I-Beam Under Moment Gradient," Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 4, p.781-799.21.Chien Ming Wang and S. Kitipornchai (1986), "Buckling of Monosymmetric I-Beam Under Moment Gradient," Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 4, p.781-799.22.S. Kitipornchai and A. D. Chung (1987)," Inelsatic Buckling of Welded Monosymmetric I-Beam, " Journal of Structural Engineering, Vol.113, No. 4, p.740-756.23.D. S. Ellifritt , G. Wine , T. Sputo and S. Samuel (1992), "Flexural Strength of WT Sections," The Engineering Journal, AISC, Second Quarter, p.67-74.24.G. Charles Salmon and E. John Johnson (1994), "Steel Structures: Design and Behavior," Emphasizing Load and Resistance Factor Design, Fourth Edition, p.484-542.25.賴亮宇 (1999) "組合單對稱樑之斷面挫曲常數"p.7726.Australian Institute of Steel Construction (1983) "Crane Runway Girders" First Edition, AISC, Bloxham & Chambers Pty. Ltd.27.J. M. Gere and S. P. Timoshenko (1984), “Mechanics of Materials”, Wadsworth, Inc., Belmont, California, Chap 9.28.C. F. Kollbrunner and K. Basler (1969), “Torsion in Structures,” Prentice-Hall, Springer-Verlag, Berlin, p. 96-130.29.N. S. Trahair (1993), "Flexural-Torsional and Buckling of Structures," First Edition, CRC Press, p.304-356
 電子全文
 國圖紙本論文
 推文當script無法執行時可按︰推文 網路書籤當script無法執行時可按︰網路書籤 推薦當script無法執行時可按︰推薦 評分當script無法執行時可按︰評分 引用網址當script無法執行時可按︰引用網址 轉寄當script無法執行時可按︰轉寄

 1 非對稱組合型鋼斷面翹曲常數之分析 2 AISI開口斷面翹曲常數之數值化分析 3 組合單對稱樑之斷面挫屈常數

 無相關期刊

 1 混凝土曲線型減價與獎勵驗收計畫之研究─BAR模式推導 2 波浪通過斜坡孔隙底床上透水式潛堤之研究 3 水筒模式於水旱田區降雨-逕流模擬之應用 4 斜向波浪對離岸堤背後平衡灘線影響之實驗研究 5 消能設施對防砂壩下游局部沖刷影響之研究 6 輸電高壓鐵塔結構分析研究 7 混凝土澆置界面強度之奇異性分析 8 淤泥輕質骨材燒製研究 9 新澆置鋼筋混凝土樓版受地震力影響下握裹力檢測 10 以時間序列模型識別結構之模態參數 11 多目標基因演算法於鋼筋混凝土結構設計之應用 12 應用IFC於規範自動審查系統-RC柱構件之研究 13 非飽和土壤光纖感測三軸試驗裝置之研發與應用 14 不同砂土之阻尼比關係應用於減振箱之初步研究 15 具有熱穩定筒狀之抗微振裝置之設計與研究

 簡易查詢 | 進階查詢 | 熱門排行 | 我的研究室