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研究生:洪志武
研究生(外文):Jr-Wu Hong
論文名稱:纖維直徑分佈對混凝土強度之影響
論文名稱(外文):The Fiber Reinforced Concrete`s tensile strength with fiber diameter variation
指導教授:黃忠信黃忠信引用關係
指導教授(外文):Jong-Shin Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:118
中文關鍵詞:混凝土直徑纖維
外文關鍵詞:fiberdiameterconcrete
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纖維混凝土或纖維水泥砂漿運用於土木建築工程上已有多年歷史,其主要目的乃用以控制裂縫或減少乾縮,近幾年台灣連續遭受921及331等大地震侵襲,造成房屋橋樑倒塌及人員死亡,此時纖維混凝土對增加材料韌性及結構耐震能力,才獲得各界重視及討論。一般利用理論模式分析纖維水泥砂漿,主要著重於試體承受拉力產生裂縫後之力學行為,發現其影響因素包括纖維破壞、拉脫及纖維抗拉強度之離散性等。纖維材料因製造過程中無法完全控制品質,使得纖維直徑出現離散現象,其分佈曲線通常遵循常態分佈,此種纖維直徑離散所導致纖維強度之差異,可能對既有理論分析中有關纖維破壞機制、韌性甚至纖維水泥砂漿整體力學行為產生誤差。因此,本研究首先對纖維水泥砂漿之理論分析模式做一修正,加入纖維直徑變化的影響。再者,纖維直徑變化亦可能影響傳統求取偉布模數方法之適用性,本研究第二部份實驗量測纖維直徑之變化,進而印證纖維直徑離散效應之理論,再利用纖維抗拉實驗求取纖維真實偉布模數,以比較其與傳統方式所得結果之差異。最後,進行纖維水泥砂漿試體直接抗拉試驗,實驗結果與理論分析模式比較,並探討理論模式之精確性,以作為纖維水泥砂漿力學行為分析與實務設計之參考。
摘要 I
誌謝 II
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 本文內容與組織 2
第二章 相關理論與文獻回顧 4
2.1 纖維混凝土 4
2.2 纖維水泥砂漿抗拉行為之分析模式 5
2.2.1 纖維拉拔行為 5
2.2.2 纖維複合材料之橋連應力與裂縫寬度( )之關係 5
2.3 纖維破壞機率密度函數 6
2.4 傾斜纖維之Snubbing效應 8
2.5 纖維直徑變異及其對偉布模數之影響 9
2.5.1 纖維直徑變異 9
2.5.2 纖維直徑變異對偉布模數之影響 11
第三章 理論分析 23
3.1 理論模式 23
3.1.1 單纖維應力與裂縫擴展寬度之關係 23
3.1.2 纖維破壞機率 24
3.1.3 纖維水泥砂漿拉應力與裂縫擴展寬度之關係 26
3.1.4 纖維直徑變異 27
3.1.5 剝離階段 28
3.1.6 拉脫階段 30
3.2 參數討論 30
3.2.1 纖維平均直徑對 曲線之影響 30
3.2.2 不同標準差之纖維直徑對 曲線之影響 31
3.2.3 偉布模數對 曲線之影響 32
3.2.4 纖維長度對 曲線之影響 32
3.2.5 摩擦剪應力 對 曲線之影響 33
3.2.6 Snubbing係數 對 曲線之影響 34
3.2.7 纖維體積百分比對 曲線之影響 35
第四章 纖維直徑量測及抗拉實驗 52
4.1 纖維直徑量測 52
4.1.1 卡方檢定 52
4.1.2 尼龍纖維Q型-1 53
4.1.3 碳纖維W30 54
4.1.4 聚丙烯纖維M20 54
4.2 纖維抗拉實驗 55
4.2.1 試體準備 55
4.2.2 抗拉實驗 56
4.2.3 彈性模數 56
4.3 抗拉實驗求偉布模數 57
4.4 實驗結果討論 60
4.4.1 直徑量測結果討論 60
4.4.2 抗拉實驗結果討論 61
第五章 纖維水泥砂漿抗拉試驗 91
5.1 試體準備 91
5.2 拉力試驗之步驟 92
5.3 試驗結果討論 93
5.4 尼龍纖維水泥砂漿試驗結果與理論分析之 曲線比較 94
5.4.1 理論模式參數設定 94
5.4.2 之尼龍纖維水泥砂漿試驗結果與理論分析比較 95
5.4.3 之尼龍纖維水泥砂漿試驗結果與理論分析比較 95
5.4.4 之尼龍纖維水泥砂漿試驗結果與理論分析比較 96
5.4 聚丙烯纖維水泥砂漿試驗結果與理論分析之 曲線比 較 96
第六章 結論 114
參考文獻 116

表目錄
表2-1 利用蒙地卡羅模擬法探討直徑分佈對偉布模數影響之參數設定 14
表2-2 蒙地卡羅法模擬之纖維強度分佈 14
表2-3 蒙地卡羅法模擬之纖維破壞拉力分佈 15
表2-4 修正強度與破壞機率之關係 15
表2-5 蒙地卡羅模擬法模擬結果 16
表3-1 不同纖維長度所吸收之能量 36
表3-2 不同摩擦剪應力所吸收之能量 36
表4-1 尼龍纖維Q型-1直徑量測結果 64
表4-2(a)尼龍纖維Q型-1直徑量測之卡方檢定計算結果 65
表4-2(b)尼龍纖維Q型-1直徑量測之卡方檢定計算修正結果 65
表4-3 碳纖維W30直徑量測結果 66
表4-4(a)碳纖維W30直徑量測之卡方檢定計算結果 67
表4-4(b)碳纖維W30直徑量測之卡方檢定計算修正結果 67
表4-5 聚丙烯纖維M20 量測之結果 68
表4-6(a)聚丙烯纖維M20直徑量測 之卡方檢定計算結果 69
表4-6(b)聚丙烯纖維M20直徑量測 之卡方檢定計算修正結果 69
表4-7(a)抗拉試驗用尼龍纖維Q型-1直徑量測結果 70
表4-7(b)抗拉試驗用聚丙烯纖維M20直徑量測結果 71
表4-8(a)抗拉試驗用尼龍維Q型-1直徑量測之卡方檢定計算修正 結果 72
表4-8(b)抗拉試驗用聚丙烯纖維M20直徑量測之卡方檢定計算修
正結果 72
表4-9(a)尼龍纖維Q型-1抗拉試驗結果(1) 73
表4-9(a)尼龍纖維Q型-1抗拉試驗結果(2) 74
表4-9(b)聚丙烯纖維M20抗拉試驗結果(1) 75
表4-9(b)聚丙烯纖維M20抗拉試驗結果(2) 76
表4-10(a)尼龍纖維Q型-1彈性模數計算結果 77
表4-10(b)聚丙烯纖維M20彈性模數計算結果 77
表4-11(a)尼龍纖維Q型-1標稱應力、直徑與破壞機率之簡單線性 迴歸分析結果 78
表4-11(b)尼龍纖維Q型-1真實應力、直徑與破壞機率之簡單線性 迴歸分析結果 78
表4-12(a)聚丙烯纖維M20標稱應力、直徑與破壞機率之簡單線性 迴歸分析結果 79
表4-12(b)聚丙烯纖維M20真實應力、直徑與破壞機率之簡單線性 迴歸分析結果 79
表5-1 纖維水泥砂漿試驗變數 98
表5-2 纖維水泥砂漿抗拉試驗結果 98
表5-3 纖維水泥砂漿理論分析模式參數設定 99

圖目錄
圖2-1 利用SEM拍攝之碳纖維混凝土微觀照片 17
圖2-2 纖維混凝土之破壞機構(a)拉脫破壞(b)拉斷破壞(c)剪斷破壞 17
圖2-3 纖維混凝土之應力應變圖 18
圖2-4 Cox之剪力層模式示意圖 18
圖2-5 Snubbing效應示意圖 19
圖2-6 尼龍纖維及聚丙烯纖維傾斜角度與最大拉脫應力之關係 20
圖2-7 不同直徑變異係數下之纖維抗拉強度分佈 21
圖2-8 修正強度分佈之參數與真實強度分佈之參數比值 22
圖3-1 纖維於水泥砂漿內各項參數示意 37
圖3-2 纖維隨機排列示意圖 38
圖3-3 傾斜纖維參數示意圖 38
圖3-4(a)平均直徑對 曲線之影響 39
圖3-4(b)極限拉應力鄰近之平均直徑對 曲線之影響 40
圖3-5(a)不同標準差之纖維直徑對 曲線之影響 41
圖3-5(b)極限拉應力鄰近不同標準差之纖維直徑對 曲線之影
響 42
圖3-6(a)偉布模數對 曲線之影響 43
圖3-6(b)極限拉應力鄰近偉布模數對 曲線之影響 44
圖3-7(a)纖維長度對 曲線之影響 45
圖3-7(b)極限拉應力鄰近纖維長度對 曲線之影響 46
圖3-8 不同纖維長度時吸收之能量 47
圖3-9 摩擦剪應力對 曲線之影響 48
圖3-10 不同摩擦剪應力時吸收之能量 49
圖3-11 Snubbing係數對 曲線之影響 50
圖3-12 纖維體積百分比對 曲線之影響 51
圖4-1 MVK-H3型微硬度試驗儀 80
圖4-2 尼龍纖維Q型-1(a)斷面照片(b)直徑分佈量測結果 81
圖4-3 碳纖維W30(a)斷面照片(b)直徑分佈量測結果 82
圖4-4 聚丙烯纖維M20(a)斷面照片(b) 分佈 83
圖4-5 纖維受拉力破壞斷面(a)脆性纖維(b)延性纖維 84
圖4-6 抗拉試驗用纖維直徑分佈圖(a)尼龍纖維Q型-1(b)聚丙 烯纖維M20 85
圖4-7(a)單纖維試驗用紙片示意圖(b)纖維試體照片 86
圖4-8(a)Instron-4302型萬能試驗機(b)纖維抗拉試驗 87
圖4-9 抗拉試驗之載重-位移圖 88
圖4-10纖維抗拉試驗應力-應變曲線 88
圖4-11(a)尼龍纖維Q型-1抗拉試驗結果之 與 ( )分佈 89
圖4-11(b)聚丙烯纖維M20抗拉試驗結果之 與 ( )分佈 90
圖5-1 Patented公司之圓盤式平磨機 100
圖5-2 Hakita公司之14型切斷機 100
圖5-3 抗拉試體(a)尺寸標示( )(b)試體照片 101
圖5-4(a)Shimadzu萬能試驗機 102
圖5-4(b)纖維水泥砂漿之膠結 102
圖5-5 纖維水泥砂漿試體極限拉應力分佈圖(a)尼龍纖維(b)聚 丙烯纖維 103
圖5-6(a)纖維水泥砂漿試體裂縫擴展情形 104
圖5-6(b)纖維水泥砂漿試體破壞後之斷面 104
圖5-7(a)尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 105
圖5-7(b)極限拉應力鄰近尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 106
圖5-8(a)尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 107
圖5-8(b)極限拉應力鄰近尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 108
圖5-9(a)尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 109
圖5-9(b)極限拉應力鄰近尼龍纖維水泥砂漿試體 曲線, 110
圖5-10 聚丙烯纖維水泥砂漿試體 曲線, 111
圖5-11 聚丙烯纖維水泥砂漿試體 曲線, 112
圖5-12 聚丙烯纖維水泥砂漿試體 曲線, 113
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