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研究生:陳俊瑋
研究生(外文):Chun-Wei Chen
論文名稱:鋼管混凝土柱與斜撐構材接合處承壓行為之數值模擬
指導教授:胡宣德
指導教授(外文):Hsuan-Teh Hu
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:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:197
中文關鍵詞:接頭斜撐構材鋼管混凝土
外文關鍵詞:Concrete-Filled Steel TubesCFTConnection
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本文是使用ABAQUS分析鋼管混凝土柱與斜撐構材接合處承壓行為之數值模擬,並且與台灣科大營建所楊俊彥(2002)的實驗數據比較。試體模型是以接合板做為與斜撐構材接合的構件,並且嵌入圓形斷面的鋼管混凝土中。本文主要模擬不同厚度的接合板、接合板是否開孔,以及試體頂端或是接合板的力量加載組合型態,對於試體強度的影響與接合處行為的探討。
藉由分析的結果可以發現,主要是在接合板以下的鋼管混凝土部分發生試體的破壞,而鋼管混凝土在接合板的部分並沒有顯著的破壞行為。不同厚度的接合板與接合板是否開孔對於試體強度也沒有明顯的影響,但是力量加載的組合會控制試體模型應力的分布情形。
摘要.........................................................Ⅰ
誌謝.........................................................Ⅱ
目錄.........................................................Ⅲ
圖表目錄.....................................................Ⅴ
第一章 緒論..................................................1
1.1 研究動機................................................1
1.2 內容與架構..............................................2
第二章 鋼管混凝土接頭的材料行為..............................4
2.1 鋼鐵材料的性質..........................................4
2.2 混凝土材料的性質........................................6
2.2.1 混凝土的基本行為..................................6
2.2.2 混凝土的單軸行為..................................8
2.2.3 混凝土的雙軸行為..................................9
2.2.4 混凝土的三軸行為..................................9
2.3 本文分析的構件材料的性質...............................12
第三章 材料的組成律..........................................17
3.1 應力...................................................17
3.1.1 應力向量.........................................17
3.1.2 應力的科西公式...................................18
3.1.3 應力張量的主應力與不變量.........................19
3.1.4 主軸剪應力與最大剪應力...........................20
3.1.5 應力偏差張量與不變量.............................21
3.1.6 八面體應力.......................................22
3.1.7 韋氏應力空間(Haigh-Westergaard Stress Space).....24
3.2 不含靜水壓力作用的降伏準則.............................27
3.2.1 Tresca降伏準則....................................27
3.2.2 Von Mises降伏準則.................................29
3.3 含靜水壓力作用相關的降伏準則...........................29
3.3.1 Mohr-Coulomb準則..................................30
3.3.2 Drucker Prager準則..............................31
3.3.3 諧和塑性流與非諧和塑性流........................33
3.4 模擬混凝土材料的降伏準則..............................33
第四章 分析與模擬方法......................................38
4.1 模型建立的幾何結構....................................38
4.1.1 模型的對稱性....................................38
4.1.2 模型的幾何邊界條件..............................39
4.1.3 模型的自然邊界條件..............................40
4.2元素的選擇.............................................43
4.2.1 元素的性質......................................43
4.2.2 元素使用的比較..................................46
4.3 元素網格建置..........................................49
4.3.1網格的切割.......................................49
4.3.2 純鋼管混凝土的網格分割..........................50
4.3.3 含有接合板的鋼管混凝土的網格分割................50
4.3.4 接合板有開孔的鋼管混凝土的網格分割..............51
4.4 收斂性的分析探討......................................54
4.4.1 純鋼管混凝土的元素收斂性分析....................54
4.4.2 含有接合板的鋼管混凝土的元素收斂性分析..........56
4.5 接觸面的模擬..........................................58
4.6 計算數值方法..........................................62
第五章 模擬實驗的結果與分析.................................63
5.1混凝土參數的分析.......................................63
5.1.1 試體圍壓的評估...................................63
5.1.2 混凝土強度折減係數k4的參數分析..................64
5.1.3 混凝土峰後軟化係數k3的參數分析..................66
5.2 模擬成果與實驗數據的比較...............................67
5.2.1 純鋼管混凝土模型(S)..............................68
5.2.2 鋼管混凝土含12mm接合板模型(P12).................69
5.2.3 鋼管混凝土含24mm接合板模型(P24).................73
5.2.4 鋼管混凝土含36mm接合板模型(P36).................79
5.2.5 接合板厚度24mm且含開2個圓孔的鋼管混凝土模擬(PH24)...........................................84
5.2.6 接合板厚度36mm且含開3個圓孔的鋼管混凝土模型
(PH36)...........................................88
5.3 模擬成果的比較與結論...................................93
第六章 結論與建議............................................97
參考文獻.....................................................99
附錄A 全試體-應力等高線圖...................................101
附錄B 斷面-應力等高線圖.....................................147
附錄C Incompatible Mode Element.............................178
附錄 D 試體模型P24-33的輸入檔...............................181
1、Hibbitt, Karlsson, Sorensen, Inc. ABAQUS Theory Manual Version 5.8, Providence, Rohode Island, 1998.
2、Hibbitt, Karlsson, Sorensen, Inc. ABAQUS User’s Manuals Version 6.3, Providence, Rohode Island, 2003.
3、W. F. Chen and D. J. Kan, Plasticity for Structural Engineers, Springer- Verlag, Berlin, 1991.
4、W. F. Chen and A. F. Saleeb, Constitutive Equations for Engineering Materials Volume 1: Elasticity and Modeling, Second Revised Edition, Elsevier, Amsterdam, 1994.
5、D. Cook, Finite Element Modeling for Stress Analysis, John Wiley & Sons, New York, 1995.
6、A. Elremaily, and A. Azizinamini, “Design Provisions for Connections Between Steel Beams and Concrete Filled Tube Columns”, Journal Of Constructional Steel Research, Vol. 57, 2001, pp.971-995.
7、J. C. Simo, and R. L. Taylor, “A Class of Mixed Assumed Strain Methods and The Method of Incompatible Modes”, International Journal For Numerical Methods In Engineering, Vol. 29, 1990, pp.1595-1638.
8、J. F. Hajjar, P. H. Schiller and A. Molodan, “A Distributed Plasticity Model for Concrete-Filled Steel Tube Beam-Columns with Interlayer Slip”, Journal of Engineering Structires, Vol.20, No.8, 1998, pp.663-676.
9、S. P. Schneider and Y. M. Alostaz, “Experimental Behavior of Connections to Concrete Filled Steel Tubes”, Journal of Constructional Steel Research, Vol.45, No.10, 1998, pp. 321-352.
10、J. B. Mander, Priestly, M. J. N. and R. Park, “Theoretical Stress-strain Model for Confined Concrete”, Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 8, 1998, pp. 1804-1823.
11、吳明憲,“加勁鋼管混凝土構材受軸力行為之數值分析”,國立成功大學土木工程研究所碩士論文,民國八十九年六月。
12、吳逸民,“鋼管混凝土柱數值模擬之研究”,國立成功大學土木工程研究所碩士論文,民國九十年六月。
13、陳致良,“鋼管混凝土柱受壓與彎矩行為分析”,國立成功大學土木工程研究所碩士論文,民國九十一年六月。
14、楊俊彥,“CFT柱與斜撐構材接合處混凝土之承壓強度及行為”,國立台灣科技大學營建工程研究所碩士論文,民國九十一年六月。
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