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研究生:梁勝彥
論文名稱:碳纖維拉力筋應用於混凝土梁構件
論文名稱(外文):Application of Carbon Fiber Reinforce Composite Tensile Bars on the Concrete Beams
指導教授:楊錦懷楊錦懷引用關係
指導教授(外文):C.H.Young
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:碳纖維拉力筋
外文關鍵詞:Carbon FiberReinforce Composite Tensile BarsCFRP
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本次的研究主要是在碳纖維拉力筋實際應用於混凝土梁構件時,構件斷面性質及整體構件行為的探討。因台灣目前的工程界有二大難題,一是海砂的應用問題、二是鋼鐵材料資源不足的問題,而碳纖維拉力筋的使用恰好可以解決這些問題,但一個新材料的應用並非一蹴可及,必須藉由不斷的分析及反覆的試驗後,才可確認其可行性。而本次研究可分為三部分,第一部分係對傳統鋼筋混凝土梁構件之強度、韌性、撓度及裂縫進行分析;第二部份為本次研究之主體,係以鋼筋混凝土之理論為基礎再加以修正,使其適用於碳纖維拉力筋混凝土後,再分析其梁構件之各項性質與傳統混凝土做比較;第三部份利用傳統鋼筋混凝土與碳纖維拉力筋混凝土之分析比較結果,發展出一套碳纖維拉力筋混凝土設計準則,並將其寫成電腦設計軟體,供設計者使用。
This research is mainly focused on not only the practical applications of tensile fiber rebar in reinforced concrete bending member, but also the investigations of its sectional properties and overall member behaviors. Moreover, the applications of tensile fiber rebar can simply solve the two of most difficult problems in construction filed we face nowadays in Taiwan, which are the usage of sea sand as ingredient and insufficient of material resource for steel, respectively. Nonetheless, satisfactory application of any new material is far from easy. In order to verify its advantageous properties and behaviors, continuous and extensive experiments have to be conducted and analyzed before any concrete conclusion can be stated. This investigation is mainly divided into three parts. The first part is to analyze the effects of tensile fiber rebar in traditional reinforced concrete beam members on strength, ductility, curvature and crack behavior. The second part is to test and compare various properties between members using tensile fiber rebar in reinforced concrete and traditional reinforced concrete based on modifying traditional theory, which is the main body of the investigation. The last part is to derive a set of design specifications for reinforced concrete using tensile fiber rebar based on the experimental findings observed and furthermore develop a commercial computer program for public design purpose .
總 目 錄
中文摘要………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………II
總目錄……………………………………………………..…III
圖目錄………………………………………………...………VI
表目錄……………………………….………………………..IX
第1章緒論………………………………………….…………..1
1.1 研究動機及目的……………………………………….…..……..1
1.2 研究目的……………………….……………………..…………..5
1.3 研究範圍………………………………………………………….5
1.4 研究方法……………………………………...…………………..5
第2章 文獻回顧……………..………………………….……...7
2.1混凝土材料…………………………………………...……..……..7
2.2 加勁材料………………………………………….…..…………11
2.3 鋼筋混凝土強度分析………………………………...…………16
2.4 鋼筋混凝土斷面韌性………………………………...…………24
2.5 梁構件撓度分析………………………………………...………29
2.6 梁構件裂縫分析…………………………………...……………31
第3章 碳纖維拉力筋混凝土分析公式……….……….....…..33
3.1 碳纖維拉力筋混凝土斷面開裂彎矩(Mcr)…………………..33
3.2 碳纖維拉力筋混凝土斷面開裂彎矩(Mcr)…………………..35
3.3 碳纖維拉力筋混凝土斷面極限強度(Mu)………….…..……37
3.4 碳纖維拉力筋混凝土…………………………………...………41
3.5 碳纖維拉力筋混凝土梁構件撓度分析……………...…………42
3.6 碳纖維拉力筋混凝土梁構件裂縫分析………………...………43
3.7 碳纖維拉力筋混凝土使用安全性……………...………………44
第4章 案例分析與討論……………………..………………..45
4.1 ρ對斷面極限強度(Mu)之影響……………………………...….46
4.2 拉力筋比 對工作應力法之容許彎矩( )之影響….…….…..47
4.3 拉力筋比 對彎矩因數( )之影響……………….………...48
4.4 拉力筋比 對斷面曲率因數 之影響………………….…49
4.5 拉力筋比 對梁構件撓度 之影響…………….…….…….50
4.6 拉力筋比 對變形因子( )之影響……………….…..…….51
4.7 壓力筋比 對斷面極限強度 之影響…………………....51
4.8 壓力筋比 對工作應力法之容許彎矩 的影響…….…...52
4.9 壓力筋比 對彎矩因數( )的影響……………….………..54
4.10 壓力筋比 對曲率因數( )的影響……………….………55
4.11 壓力筋比 對撓度 的影響………………………….…...56
4.12 壓力筋比 對變形因子( )的影響…………….….……...56
4.13 混凝土強度 對極限彎矩( )的影響………….….……....57
4.14 混凝土強度 對工作應法之容許彎矩( )的影響……..…57
4.15 混凝土強度 對彎矩因數( )的影響…………….……....57
4.16 混凝土強度 對曲率因數( )的影響…………….…..…...58
4.17 混凝土強度 對梁構件撓度( )的影響…………….……...58
4.18 混凝土強度 對變形因子( )的影響………….….……...59
第5章 結論與建議……………………………………………69
5.1 結論……………………………………………………...………69
5.2 建議………………………………………………….…..………73
參考文獻……………………………………………………...74
附錄A 分析設計程式示範操作說明………………………..82
圖 目 錄
圖1.1 熱軌竹節鋼筋價格漲跌圖…………………………...…….…….3
圖1.2 研究流程圖…………………………………………….…………6
圖2.1 混凝土應力-應變圖………………………………….…..……..8
圖2.2 混凝土應力-應變數值模式圖…………………………..……..8圖2.3 混凝土彈性模數圖………………………………….……..……10
圖2.4 鋼筋受拉之應力-應變圖………………………….…..………12
圖2.5 鋼筋拉力試驗圖…………………………………………...……12
圖2.6 碳纖維拉力筋 關係圖……………………………...……14
圖2.7 碳纖維拉力筋 關係圖…………………………….……...15
圖2.8 開裂彎矩作用下各材料之應力-應變圖………………........….16
圖2.9 降伏彎矩作用下各材料之應力-應變圖………………...….….18
圖2.10 混凝土線彈性應力與拋物線應力比較……………….…...….18
圖2.11 極限彎矩作用下各材料之應力-應變圖(拉力控制)………….20
圖2.12 極限彎矩作用下各材料之應力-應變圖(壓力控制)……....….22
圖2.13 典型的力矩-曲率圖…………………………………….……...24
圖2.14 簡化之力矩-曲率關係………………………….…….…….….26
圖2.15 不同拉力筋比ρ之M-φ圖……………………..……….……26
圖2.16 不同壓力筋比ρ’之M-φ圖…………………………………..27
圖2.17 不同拉力筋降伏強度fy之M-φ圖……………...……………27
圖2.18 不同混凝土強度f’c之M-φ圖…………………………….....28
圖3.1 開裂彎矩作用下碳纖維拉力筋混凝土各材料之應力-應變圖..33
圖3.2 容許彎矩作用下碳纖維拉力筋混凝土各材料之應力-應變圖..35
圖3.3 碳纖維拉力筋混凝土拉力控制破壞時各材料之應力-應變圖..37
圖3.4 碳纖維拉力筋混凝土壓力控制破壞時各材料之應力-應變圖..39
圖3.5 碳纖維拉力筋簡化之力矩-曲率關係圖……..…………………42
圖4.1 關係圖……………………………………………………60
圖4.2 (工作應力法) 關係圖…………………………………60
圖4.3 (安全係數) 關係圖…………………………..………61
圖4.4 (韌性比) 關係圖…………………………………..……61
圖4.5 (撓度)關係圖……………………………………………62
圖4.6 (裂縫寬度)關係圖………………………………………62
圖4.7 關係圖………………………………………………...…63
圖4.8 (工作應力法) 關係圖………………………...………63
圖4.9 (安全係數) 關係圖………………………………..…64
圖4.10 (韌性比) 關係圖…………………………….…...……64
圖4.11 (撓度)關係圖…………………………………..………65
圖4.12 (裂縫寬度)關係圖…………………………….………65
圖4.13 不同 之 關係圖…………………………….…………66
圖4.14 不同 之 (工作應力法) 關係圖………………………66
圖4.15 不同 之 (彎矩因數) 關係圖……………………...…67
圖4.16 不同 之 (曲率因數) 關係圖…………………...……67
圖4.17 不同 之 (撓度)關係圖…………………..….….………68
圖4.18 不同 之 (變形因數)關係圖………………..………...68
圖A.1 設計分析構件選擇視窗…..……………………………………77
圖A.2 鋼筋混凝土斷面資料及材料性質輸入視窗……………..……77
圖A.3 鋼筋混凝土強度及韌性分析結果視窗…………………..……78
圖A.4 鋼筋混凝土分析結果交互比較視窗……………………..……78
圖A.5 鋼筋混凝土梁M-φ圖視窗……………………………..……79
圖A.6 鋼筋混凝土梁支承條件及載重資料輸入視窗…………..……79
圖A.7 鋼筋混凝土撓度及裂縫分析結果視窗……………………..…80
圖A.8 設計分析構件選擇視窗………………………………….….…81
圖A.9 碳纖維拉力筋混凝土斷面資料及材料性質輸入視窗……..…81
圖A.10 碳纖維拉力筋混凝土強度及韌性分析結果視窗……………82
圖A.11 碳纖維拉力筋混凝土及鋼筋混凝土比較視窗………………82
圖A.12 碳纖維拉力筋混凝土分析結果交互比較視窗………………83
圖A.13 碳纖維拉力筋混凝土梁M-φ圖視窗………………………83
圖A.14 碳纖維拉力筋混凝土梁支承條件及載重資料輸入視窗……84
圖A.15 碳纖維拉力筋混凝土梁撓度及裂縫分析結果視窗…………84
圖A.16 設計分析構件選擇視窗……………………………....………85
圖A.17 碳纖維拉力筋設計資料輸入視窗……………………………85
圖A.18 碳纖維拉力筋設計結果視窗…………………………………86
圖A.19 碳纖維拉力筋設計結果檢核視窗……………………………86
表 目 錄
表1.1 砂石料源供應政策表…………………………………………….2
表2.1 材料參數與斷面韌性比 之關係…………...…………………28
表2.2 容許計算撓度……………………………………………...……31
表4.1 纖維體積比與複材性質對應表……………………...…………59
表5.1各參數對極限強度(Mu)影響比較表 ……………..……………69
表5.2各參數對斷面容許彎矩(Ma)影響比較表 ……………………70
表5.3各參數對斷面曲率因數(CF)影響比較表 …………………..…71
表5.4 各變數對梁構件撓度影響表 …………………………….……72
參 考 文 獻
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