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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳力傑
研究生(外文):Li-Jie Chen
論文名稱:雙跨扇狀式系統斜張橋之靜力與動力分析
論文名稱(外文):Static and Dynamic Analysis of Two-Span Cable-Stayed Bridge with Modified Fan System
指導教授:鄭金國
指導教授(外文):Kim-Kuo Jeng
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:斜張橋分析扇狀式系統
外文關鍵詞:cable-stayed bridgemodified fan systemanalysis
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摘要
橋梁結構之型式,隨著時代進步、科技發達、經驗累積以及不同材料之選用,發展出不同之橋型,同時凸顯出工程技術之精進,時代所蘊含之文化特色。各種類型的橋梁皆擁有其獨特的力學特性,而斜張橋(cable-stayed bridge)是一種同時包含受拉吊索以及受壓主塔及主梁兩種力學行為的結構型式。因為搭配使用抗拉及抗壓構件,其工程效益較佳、材料使用較節省,所以能以更輕巧的結構形式、追求更大的跨度以及美化環境的效果。
新穎的造型和大量節省材料的結構形式,也代表著在結構分析與設計較從前的橋梁型式來得先進。為了因應將來橋梁工程之趨勢,先行深入透徹的了解斜張橋的各種力學行為是不可或缺的。本研究針對斜張橋在不同載重組合的情況下,進行其結構行為的分析並加以討論。本文使用套裝軟體TANGO以及SAP2000分析其靜力與動力行為,並以一設計實例加以驗證研究的心得。
Abstract
Referring to the form of the bridge structure, because of the progress of age and technology, experience accumulation, and use of different materials, we can develop different types of bridges which can show highlight of the refinement of engineering technology and the cultural characteristics.

Every bridge has its unique structural characteristics, cable-stayed bridge is a kind of bridge structure subjected to tension and compression. Because of its better force endurance, materials saving, long span length, and structural system benefit, so we can reach lighter structures, bigger span, and the additional value, beautifying the environment.

To the new style and the form of saving materials, cable-stayed bridge is more difficult in designing and analyzing its structure than traditional bridge. However, it is indispensable for an engineer to understand the structural behavior of cable-stayed bridge in order to respond to the requirement of bridge structure in the future.

This research aims to investigate the design and analysis of cable-stayed bridge under different load combinations, and analyze its dynamic and static behaviors through a software program TANGO and SAP2000, and will also probe into one real cable-stayed bridge and verify the design criterion.
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XII

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與方法 1
1.3論文內容簡介 2
第二章 斜張橋導論 4
2.1 前言 4
2.2 斜張橋的演變及發展概況 4
2.3 臺灣地區斜張橋 8
2.3 主塔 15
2.3.1 主塔型式 15
2.3.2 力學特性 16
2.3.3主塔系統之材料 18
2.3.4主塔之錨碇構造 19
2.4主梁 21
2.4.1 支承系統型式 21
2.4.2 力學特性 25
2.4.3 鋼構式主梁系統斜張橋 29
2.4.4 預力混凝土式主梁系統斜張橋 31
2.4.5 複合式主梁系統斜張橋 32
2.4.6 主梁錨碇區構造 33
2.5斜拉索 35
2.5.1鋼腱種類 35
2.5.2索面系統 38
2.5.3索面型式 39
第三章 斜張橋之設計 43
3.1 設計程序 43
3.2 設計規範 45
3.3 設計載重 47
3.4載重組合 53
第四章 斜張橋之分析流程 55
4.1 結構分析 55
4.1.1 建立模型 55
4.1.2 近似分析 55
4.1.3 精確分析 56
4.1.4 應力及穩定性分析 57
4.2 分析程式 57
4.2.1 TANGO 57
4.2.2 SAP2000 58
4.3 分析流程 59
4.3.1 靜力分析流程 59
4.3.2 動力分析流程 60
第五章 斜張橋靜力與動力分析 61
5.1 案例介紹 61
5.2 斷面資料 62
5.2.1 主梁 62
5.2.2 主塔 64
5.2.3 墩柱 65
5.2.4 斜拉索 66
5.3 載重資料 68
5.4 靜力分析 70
5.4.1 初形分析 70
5.4.2 包絡線分析 74
5.4.3 主梁受部份均佈載重及靜態風力作用於塔墩之影響 75
5.5動力分析 78
5.5.1 自然振動頻率 78
5.5.2 匯入反應譜與應用多振態反應譜疊加法 80
5.5.2載重組合 81
5.5.3動力分析結果 82
5.6結果檢核 84
第六章 結論與建議 90
6.1結論 90
6.2建議 93
參考文獻 94

圖目錄
圖2.2.1 7
圖2.2.2 蘇通大橋 7
圖2.3.1台北光復大橋 8
圖2.3.2台北重陽大橋 9
圖2.3.3苗栗新東大橋 10
圖2.3.4高屏溪大橋 11
圖2.3.5集鹿大橋 12
圖2.3.6大直橋 13
圖2.3.7淡水情人橋 14
圖2.3.2斜拉索與主塔連接型式與彎矩關係 17
圖2.3.1豎琴式與扇狀式的彎矩比較 17
圖2.4.3楊浦大橋 22
圖2.4.4天保山大橋 23
圖2.4.5 BROTONNE BRIDGE 24
圖2.4.6 集鹿大橋 25
圖2.4.7自錨式之力學特性 26
圖2.4.8地錨式之力學特性 26
圖2.4.9半錨式之力學特性 27
圖2.4.11鋼構式主梁分離式雙鈑梁斷面 29
圖2.4.12鋼構式主梁箱梁斷面 30
圖2.4.13鋼構式主梁開放式桁架斷面 30
圖2.4.14鋼構式主梁閉合式桁架斷面 31
圖2.4.15預力混凝土主梁分離式雙箱斷面 32
圖2.4.16預力混凝土主梁閉合箱型斷面 32
圖2.4.17合成式主梁系統結構配置 33
圖2.4.18端錨構造(預力混凝土主梁) 34
圖2.4.19端錨構造(鋼梁) 35
圖2.5.1平行鋼棒 36
圖2.5.2封閉式鋼纜 36
圖2.5.3橋梁鋼絞索 37
圖2.5.4平行鋼線 圖2.5.5半平行鋼線 37
圖2.5.6鋼絞索 38
圖2.5.7單索面系統 圖2.5.8雙索面系 38
圖2.5.9 豎琴式索面 39
圖2.5.10 輻射式所面 40
圖2.5.11 扇狀式索面 41
圖3.1 AASHTO HS20-44貨車載重 49
圖5.1 橋梁立面圖 61
圖5.3 主塔斷面圖 64
圖5.4 墩柱斷面圖 66
圖5.5 斜拉索斷面圖 67
圖5.6 全橋靜力數值模型 70
圖5.7 主梁受靜載重與吊索預拉力作用之彎矩圖(KN-M) 71
圖5.8 主梁受靜載重與初形分析之剪力圖(KN) 72
圖5.9主梁受靜載重與初形分析之軸力圖(KN) 73
圖5.10主梁受靜載重與初形分析之變位圖(M) 73
圖5.11 車輛移動活載作用下主梁之彎矩包絡線圖(KN-M) 74
圖5.12 車輛移動活載及靜載重作用下主梁之彎矩包絡線圖(KN-M) 75
圖5.13 右側跨均佈載重與靜態風力作用示意圖 76
圖5.14 右側均佈載重及風力影響之主梁彎矩圖(KN-M) 76
圖5.15 右側均佈載重及風力影響之主梁剪力圖(KN) 77
圖5.16 右側均佈載重及風力影響之主梁軸力圖(KN) 77
圖5.17 右側均佈載重及風力影響之主梁垂直變位圖(M) 78
圖5.18 自然振態週期 79
圖5.19橋樑結構在實務設計上之加速度反應譜 81
圖5.20主樑受地震力影響與初形分析疊加之彎矩圖 82
圖5.21主樑受地震力影響與初形分析疊加之剪力圖 83
圖5.22主樑受地震力影響與初形分析疊加之軸力圖 83
圖5.23 初形分析主梁之正應力圖 85
圖5.24承受均佈活載(均佈於右跨)以及風力作用後主梁之正應力圖 85
圖5.25 承受地震力作用主梁之正應力圖 86
圖5.26 初形分析主梁結構剪力與斷面剪力強度之比值圖 87
圖5.27承受均佈活載(均佈於右跨)以及風力作用主梁剪力與斷面剪力強度之比值圖 87
圖5.28承受地震力作用主梁結構之剪力與斷面剪力強度之比值圖 88

表目錄
表2.3.1 光復橋基本資料 8
表2.3.2 台北重陽大橋基本資料 9
表2.3.3 苗栗新東大橋 10
表2.3.4 高屏溪大橋 11
表2.3.5 集鹿大橋 12
表2.3.6 大直橋 13
表2.3.7 淡水漁人碼頭跨港大橋 14
表2.3 錨碇型式之示意圖 20
表3.1 載重組合表 53
表5.1主梁斷面資料 63
表5.2主塔斷面資料 65
表5.3墩柱斷面資料 66
表5.4斜拉索斷面資料 67
參考文獻
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