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研究生:高偉致
研究生(外文):zhi-wei gao
論文名稱:鋼箱梁橋之現場電銲收縮與殘留應力分析
論文名稱(外文):Site Welding Shrinkage And Residual Stress Analysis of Steel Box Girder Bridge
指導教授:蕭興臺蕭興臺引用關係游本志
指導教授(外文):H.T.HsiaoBeen-Jyh Yu
學位類別:碩士
校院名稱:中國科技大學
系所名稱:土木與防災應用科技研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:電銲收縮殘留應力鋼箱型梁有限元素法
外文關鍵詞:Welding ShrinkageResidual StressFinite Element AnalysisSteel Box Girder Bridge
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  本文以臺北市中山新橋的鋼箱型梁為實際研究對象,現場實際量測48節鋼箱型梁共44處現場電銲接合的實際收縮量,並將此電銲收縮行為與美國電銲收縮經驗公式及日本電銲收縮經驗公式作一分析比較。再將此電銲收縮量實際量測結果,以SAP2000有限元素分析程式,模擬不同箱梁深度的現場電銲接合鋼箱型梁,分析研究其因電銲收縮導致之殘留應力分佈行為。
  由實際現場量測電銲收縮量顯示,美國電銲收縮經驗公式所建議之收縮係數(10%)略低於中山橋現場量測結果(11.0%~12.0%)。而日本相關文獻在現場電銲量測(鈑厚12㎜)所建議之1.5㎜~2.5㎜電銲收縮量,在厚鈑(中山橋上翼鈑厚30㎜)之電銲收縮量估計上則略有不足(實際量測為腹鈑兩側位置2.3㎜~中心位置3.3㎜),另由現場實際量得資料顯示,鋼箱型梁電銲收縮量在腹鈑位置較小而越向中心位置越大,此種現象在日本文獻中並未有探討。
  另由電腦模擬結構分析結果顯示,在同樣鎖斷1/2腹鈑螺栓時,淺箱型梁(梁深1.8m)的腹鈑殘留應力,大於深箱型梁(梁深3.6m)的腹鈑殘留應力,而深箱型梁的上翼鈑殘留應力,則因其腹鈑較厚(22㎜)束制上翼鈑,使得其上翼鈑殘留應力大於淺箱型梁的殘留應力(淺箱型梁腹鈑較薄16㎜)。
  再由不同參數分析模型所得顯示,上翼鈑及腹鈑之電銲殘留應力與1/2或1/4較無直接關係。而與(1)預留腹鈑螺栓不鎖斷之絕對高度-無束制長度(2)上翼鈑厚度-電銲收縮量及(3)腹鈑厚度-腹鈑位置收縮束制勁度等三項因素有關。基本上,預留絕對高度越小,上翼鈑厚度越大、腹鈑厚度越大,則腹鈑電銲殘留應力也越大。
The objective of this research is to investigate the shrinkage and residual stress due to in-field welding. An existing bridge, Zhongshan Bridge located in Taipei, Taiwan, is served as an illustrated case study to identify the shrinkage and residual stress due to in-field welding. The measurements of this recently completed steel box bridge are conducted to compare with empirical formulae specified in welding specifications of USA and Japan. A numerical simulation of this is performed with SAP2000 finite element code in comparison with the field measurements.

The empirical formulation developed by AWS welding specification is ranging from 1% to 2 % less than the field measurements of magnitude of shrinkage in steel box. This study case is unable to compare with the welding specification in Japan due to the thickness in this steel box girder with a significant discrepancy.

The numerical simulation of the residual stress with fixity of bolts indicates that the thin steel plates have more residual stresses than those of thick ones. The parameter sensitivity study demonstrates that the residual stresses of welding are correlated with unconstrained length, thickness of flange with shrinkage of welding, the thickness of web and its stiffness of constrain. The residual stresses decrease with the absolute length, but increase with the thickness of flanges and webs.
目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章、緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究範圍 1
1.3 研究方法與步驟 2
第二章、文獻回顧 3
2.1 國內外銲接文獻與規範 3
2.1.1美國銲接學會(AWS)銲接種類 3
2.1.2 美國電銲橫向收縮經驗公式 5
2.1.3 台北市中山橋現場組立作業 5
2.1.4 日本現場電銲收縮量參考值 7
2.2 銲接變形以及各種參數對銲接變形之影響 8
2.2.1各種銲接變形型式 8
2.2.2 變形的現象和原因 9
2.2.3角變形 10
2.2.4 敲擊和火焰收縮 11
2.2.5各種收縮變形之預測與應對措施 12
2.2.6銲接參數對變形之影響 13
2.2.6.1銲接熱輸入量 13
2.2.6.2束制度 15
2.2.6.3相變化對角變形之影響 16
2.2.6.4沿銲件厚度方向的溫差對角變形之影響 17
2.2.6.5材料性質對殘留應力之影響 18
2.2.7 銲接變形之量測 18
2.3 銲接產生殘留應力之前人研究 19
2.3.1 前人對銲接殘留應力之有限元素法模擬 19
2.3.2 銲接殘留應力之成因 20
2.3.3 銲接殘留應力之危害與消除 22
2.3.4銲接殘留應力之消除 23
第三章、台北市中山橋鋼箱梁現地銲接量測與分析 26
3.1 中山橋鋼箱梁設計型式與銲接量測計畫 26
3.1.1鋼箱梁設計型式 27
3.1.2鋼箱梁銲接量測計畫 30
3.2 鋼箱梁現地電銲量測結果 34
3.3 電銲收縮量分析與預測方式建議 38
第四章、鋼箱梁電銲殘留應力分析 38
4.1 有限元素分析模型 40
4.2 電銲殘留應力分析 41
4.2.1 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷1/4上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 43
4.2.2 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷1/2上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 45
4.2.3 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷3/4上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 47
4.2.4 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷1/4上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 49
4.2.5 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷1/2上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 51
4.2.6 鋼箱梁深1.8m腹鈑鎖斷3/4上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 53
4.2.7 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷1/4上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 55
4.2.8 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷1/2上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 57
4.2.9 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷3/4上翼鈑厚30㎜腹鈑厚16、22㎜ 59
4.2.10 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷1/4上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 61
4.2.11 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷1/2上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 63
4.2.12 鋼箱梁深3.6m腹鈑鎖斷3/4上翼鈑厚15㎜腹鈑厚16、22㎜ 65
4.3 分析結果探討 69
第五章、結論與建議 69
5.1 結論 69
5.2 建議 70
參考文獻 71
參考文獻
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