臺灣博碩士論文加值系統

下水道管線推進施工時，因受到地質、舊有地下結構物及施工等影響，易於接頭產生偏向、受力不平均、漏水等狀況，以至於應力集中，而引發爆管，後續修復艱鉅耗時，對工程影響甚大。因此本研究藉由有限元素軟體ANSYS，模擬推進管接頭抗壓特性，探討管軸向抗壓及接頭彎曲與強度折減關係，供下水道系統推進設計之參考應用。
本研究依據CNS14814聚脂樹脂混凝土規範，選用國內工程界常用之300mm、400mm、500mm樹脂混凝土推進管厚管，以樹脂混凝土圓柱試體抗壓試驗結果為設定參數，極限抗壓強度為900kg/cm2，平均彈性模數約為11.9GPa，波松比（Poisson’s ratio）約為0.32，管體選用Solid65元素，模擬樹脂混凝土材料行為，橡膠墊圈部分則以Solid185元素進行模擬，接頭部分以接觸對元素Conta174及Targe170模擬接頭接觸互制之行為。
研究結果顯示管容許軸向抗壓力量與實際管斷面計算結果相近，接頭容許推進應力與撓曲角度成反比之關係，角度愈大，容許推進應力愈小，最大應力集中於公接頭端斷面緊縮處，裂縫亦發生於公接頭端應力集中處，且往管外緣延伸，300mm管撓曲角度為0.5、1.0、1.5、2.0度時，接頭應力折減率為92.3%、85.7%、81.4%、73.7%；400mm管為84.1%

The maximum jacking load, stress and strain behavior of polymer concrete pipes under axial jack load with different de-alignment angles at joint was studied using a commercial finite element program ANSYS in the study. 300mm, 400mm, and 500mm thick wall PRCP jacking pipes according to CNS 14814 standard were used in the study. Compressive strength of 882.9 kPa, elastic modulus of 11.9 GPa, and Passion’s ratio of 0.32, obtained from previous study were used. Solid65 and solid185 elements were used to model the polymer concrete and rubber pad. Conta174 and Targe170 elements were modeled the behavior at the interface between polymer concrete and rubber materials.

The results of the analyses indicated that the nonlinear stress strain behavior of polymer concrete under compression load can be simulated using ANSYS with selecting appropriate parameters. The maximum jacking load decreased as the increasing of the de-alignment angle at joint. The highest compression stress and cracks under the maximum jacking load condition were located near the contact surface at the de-alignment joint. The maximum jacking load approximately linear decreased as increasing the de-alignment angle. For the analyzed 300mm PRC pipe, the maximum compressive jacking load for a 2% de-alignment angle is only about 73.7% of that for perfect aligned pipe. The ratio of reduction loads were 69.0% and 67.4% for 400mm and 500mm pipes under 2% de-alignment angle, respectively.

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅲ
誌謝 Ⅴ
目錄 Ⅵ
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第1章 緒論 1
1.1緣起 1
1.2研究目的 1
1.3研究內容與方法 1
1.4論文架構 2
第2章 文獻回顧 3
2.1污水下水道推進管 3
2.1.1鋼筋混凝土推進管(Jacking Reinforced Concrete Pipes) 3
2.1.2鋼襯混凝土管(Reinforced Concrete Cylinder Pipes) 4
2.1.3延性鑄鐵管(Ductile Iron Pipes) 5
2.1.4聚酯樹脂混凝土管(Polyester resin concrete pipes) 6

2.2污水下水道曲線推進 7
2.3管線數值模擬 13
2.4非線性有限元素程式-ANSYS 16
2.4.1簡介 16
2.4.2前處理(Preprocessor)模組 17
2.4.3分析計算(Solution)模組 18
2.4.4後處理(Postprocessor)模組 20
2.5 ANSYS之SOLID65 (3D-Structure Solid)元素 20
2.6 ANSYS之SOLID 185 (3D 8-Node)元素 22
2.7 ANSYS之接觸對CONTAC & TARGE元素 22
第3章 推進管接頭數值模擬 25
3.1數值模擬推進管軸向抗壓試驗 25
3.1.1基本假設 25
3.1.2元素選用與模型建立 26
3.1.3材料參數之設定 27
3.1.4邊界條件與荷載方式 29
3.1.5破壞判斷之準則 29
3.1.6剪力傳遞係數驗證 31
3.2數值模擬接頭撓曲抗壓試驗 33
3.2.1基本假設 33
3.2.2元素選用與模型建立 33
3.2.3材料參數之設定 34
3.2.4邊界條件與荷載方式 35
3.2.5數值模擬破壞判斷之準則 35
3.2.6剪力傳遞係數驗證 35
第4章 結果分析與討論 36
4.1數值模擬推進管軸向抗壓試驗 36
4.1.1 管徑300mm推進管軸向抗壓試驗 36
4.1.2 管徑400mm推進管軸向抗壓試驗 40
4.1.3 管徑500mm推進管軸向抗壓試驗 43
4.2數值模擬推進管撓曲抗壓試驗 46
4.2.1 管接頭撓曲角度與應力分佈之分析 46
4.2.2 管接頭撓曲角度與裂縫分佈之分析 49
4.3 撓曲角度與接頭應力折減之分析 52
第5章 結論與建議 56
5.1結論 56
5.2建議 57
第6章 參考文獻 58

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