臺灣博碩士論文加值系統

本文應用有限元素法建立以增量變勁度法進行二維斜張橋結構塑性分析模式，重點在置於斜張橋結構極限承載力分析。藉電子計算機模擬分析，探討斜張橋整體結構塑性行為及其極限承載力。本文先以增量變勁度法進行桁架及剛架塑性分析，並以文獻及手算方式驗證所建立之分析理論與電算程式之正確性，之後再進行斜張橋結構塑性分析，探討塑性行為對斜張橋結構行為之影響。增量變勁度法塑性分析時，把原非線性問題轉化為階段線性問題(piecewise linearized problem)處理，也就是以多階段線彈性區間方式進行塑性分析。文中非線性效應考慮了樑柱效應及纜索中垂效應之影響。

The aim of this thesis concerns with the plastic analysis of cable-stayed bridges by using Increment-Varied Stiffness Method. A finite element computation procedure using Increment-Varied Stiffness Method is set up for the nonlinear plastic analysis of such kind of structures to evaluate the ultimate load-carrying capacity. Several simple rigid frames, truss and three different types of cable-stayed bridges are selected in this thesis. In the Increment-Varied Stiffness method the nonlinear plastic problem is treated as a piecewise linearized problem. The nonlinearities due to beam-column and cable sag effects are considered in the analysis of cable s tayed bridges. The plastic behaviors of cable-stayed bridges are examined detailedly, such as the deflection of girders and towers, and the member forces induced by plastic deformation.

中文摘要
英文摘要
誌謝
目錄 ...........................................................................................I
圖目錄 .........................................................................................III
表目錄 .........................................................................................V
第一章 前言 ....................................................................................1
第二章 斜張橋結構 ..............................................................................4
2.1 斜張橋的組成 ...............................................................................4
2.2 主樑支承體系 ...............................................................................7
2.3 斜張橋的非線性效應 .........................................................................8
第三章 塑性分析模式.............................................................................10
3.1 材料應力應變關係............................................................................10
3.2 軸力桿件....................................................................................11
3.3 彎曲桿件....................................................................................11
3.4 塑性分析方法................................................................................13
第四章 斜張橋結構分析...........................................................................15
4.1系統方程式….................................................................................15
4.1.1基本假設...................................................................................15
4.1.2非線性系統方程式...........................................................................16
4.1.3線性化增量系統方程式.......................................................................16
4.1.4線性系統方程式.............................................................................17
4.2 元素勁度矩陣…..............................................................................17
4.2.1平面纜索元素...............................................................................18
4.2.2平面樑柱元素...............................................................................19
4.3 初形分析…..................................................................................20
第五章 塑性分析方法…...........................................................................24
5.1 基本假設…..................................................................................24
5.2 基本觀念....................................................................................24
5.2.1纜索元素塑性分析...........................................................................24
5.2.2樑柱元素塑性鉸分析.........................................................................25
5.3 斜張橋增量變勁度法分析流程..................................................................29
第六章 簡單剛架與桁架算例.......................................................................33
6.1 桁架........................................................................................33
6.1.1 三桿桁架..................................................................................33
6.1.2高度靜不定桁架.............................................................................35
6.2 門形剛架....................................................................................38
第七章 斜張橋算例 ..............................................................................39
7.1 對稱輻射狀斜張橋............................................................................39
7.1.1初形分析...................................................................................39
7.1.2塑性分析...................................................................................40
7.2 對稱豎琴狀斜張橋............................................................................41
7.2.1 初形分析..................................................................................42
7.2.2 塑性分析..................................................................................42
7.3 大跨距三跨雙塔對稱斜張橋....................................................................43
7.3.1初形分析...................................................................................43
7.3.2塑性分析...................................................................................44
第八章 結論與未來展望...........................................................................47
參考文獻 .......................................................................................49

圖 目 錄
圖 3.1 結構鋼之應力-應變關係曲線................................................................52
圖 3.2 彈性-完全塑性材料之應力-應變關係曲線.....................................................52
圖 3.3 斷面應力狀態.............................................................................53
圖 4.1 平面纜索勁度元素.........................................................................54
圖 4.2 平面樑柱勁度元素.........................................................................54
圖 4.3 斜張橋全橋初形非線性分析流程圖...........................................................55
圖 5.1 增量變勁度法塑性分析之荷重變為示意圖.....................................................56
圖 5.2 纜索（桁架）塑性分析流程圖...............................................................57
圖 5.3 樑柱塑性分析流程圖.......................................................................58
圖 6.1 三桿桁架結構原圖.........................................................................59
圖 6.2 三桿桁架荷重變形圖.......................................................................59
圖 6.3 三桿桁架荷重參數-位移關係圖..............................................................60
圖 6.4 高度靜不定桁架結構原圖...................................................................61
圖 6.5 高度靜不定桁架分析模型...................................................................61
圖 6.6 高度靜不定桁架荷重變形圖.................................................................62
圖 6.7 高度靜不定桁架荷重參數-位移關係圖........................................................62
圖 6.8 門型剛架結構原圖….......................................................................63
圖 6.9 門型剛架極限荷重變形圖...................................................................63
圖 6.10 門型剛架荷重參數-位移關係圖.............................................................63
圖 7.1 輻射狀斜張橋原圖 ........................................................................64
圖 7.2 輻射狀斜張橋斷面圖.......................................................................64
圖 7.3 初形分析所得橋形及剪力、彎矩、軸力圖.....................................................65
圖 7.4 全橋載重下之塑性發生位置及順序...........................................................66
圖 7.5 橋樑中點之荷重參數-垂直位移關係圖........................................................66
圖 7.6 橋樑中點之荷重參數-彎矩關係圖............................................................67
圖 7.7 塑性分析大樑橋塔彎矩圖...................................................................68
圖 7.8 豎琴狀斜張橋原圖.........................................................................69
圖 7.9 豎琴狀斜張橋斷面圖.......................................................................69
圖 7.10 初形分析所得橋形及大樑橋塔剪力、彎矩、軸力圖............................................70
圖 7.11 全橋載重下之塑性發生位置及順序..........................................................71
圖 7.12 橋樑中點之荷重參數-垂直位移關係圖.......................................................71
圖 7.13 橋樑中點之荷重參數-彎矩關係圖...........................................................72
圖 7.14 塑性分析大樑橋塔彎矩圖..................................................................73
圖 7.15 大跨距三跨雙塔斜張結構原圖..............................................................74
圖 7.16 大跨距三跨雙塔斜張橋結點編號（左塔）....................................................75
圖 7.17 大跨距三跨雙塔斜張橋結點編號（右塔）....................................................76
圖 7.18 大跨距三跨雙塔斜張橋斷面圖..............................................................77
圖 7.19 大跨距三跨雙塔斜張橋初形位置............................................................78
圖 7.20 初形分析所得橋形及大樑橋塔剪力、彎矩、軸力圖............................................79
圖 7.21 全橋載重下大跨距三跨雙塔對稱斜張橋塑性分析變形圖........................................80
圖 7.22 全橋載重下之塑性發生位置及順序..........................................................81
圖 7.23 橋樑中點之荷重參數-垂直位移關係圖.......................................................83
圖 7.24 橋樑中點之荷重參數-彎矩關係圖...........................................................83
圖 7.25 塑性分析大樑橋塔彎矩圖..................................................................84
表 目 錄
表3.1 常見斷面之降伏與塑性彎矩值................................................................85
表7.1 輻射狀斜張橋各斜索初始預力輸入初估值......................................................86
表 7.2 輻射狀斜張橋初形分析幾何結點座標及桿件...................................................87
表 7.3 輻射狀斜張橋塑性分析幾何結點座標及桿件力.................................................89
表 7.4 豎琴狀斜張橋各斜索初始預力輸入初估值.....................................................91
表 7.5 豎琴狀斜張橋初形分析幾何結點座標及桿件力.................................................92
表 7.6 豎琴狀狀斜張橋塑性分析幾何結點座標及桿件力...............................................94
表 7.7 大跨距雙塔斜張橋各構件分析基本資料.......................................................96
表 7.8 雙塔三跨對稱斜張橋各斜索初始預力輸入初估值...............................................97
表 7.9 雙塔三跨對稱斜張橋初形分析結果...........................................................99
表 7.10 大跨距三跨雙塔斜張橋塑性分析幾何結點座標及桿件力........................................106

參考文獻
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