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研究生:張世龍
研究生(外文):Shih-Lung Chang
論文名稱:應用動態敲擊實驗於營建材料品質驗證之先期研究
論文名稱(外文):The Preliminary Study of Quality Inspection Technics forConstruction Materials Using Dynamic Plunking Test
指導教授:張 子 修
指導教授(外文):Dr. Tzyy-Shiou Chang
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:營建材料非破壞檢測敲擊實驗
外文關鍵詞:plunking testnon-destruction testconstruction material
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本研究利用動態敲擊試驗的方式探討構件因材料瑕疵而導致力學性質下降之關係。此試驗可求得不同構件材料在不同邊界條件下之自然頻率 、阻尼係數D及勁度k值,並比較於試體有無瑕疵行為時,其力學參數k及E之差異。
本試驗結果顯示振動頻率會因為試體具有瑕疵性質而降低,尤其當試體底部出現裂縫時其下降最為顯著。此外對於孔洞及埋設紙張試體則較無明顯下降之趨勢,其原因在於瑕疵部位作落於試體之中性軸上,因此較無法呈現出明顯之下降關係。
由試驗結果得知,對於探討力學參數k、E下降比例之關係,裂縫瑕疵其下降比例為8.5%~61.8%,孔洞瑕疵為0.2%~37.4%,紙張瑕疵為7.1%~31.8%。本研究初步認為動態敲擊實驗可能成為營建材料品質驗證之非破壞檢測之ㄧ種。
The study was conducted to investigate the effects of material defect and/or deterioration on the mechanical properties of structural elements using dynamic plunking test. A series of tests were designed and conducted on modeled structural elements made of 5 selected materials with two types of boundary condition (simple support and cantilever) to study the resulted change of dynamic properties including natural frequency, fn, damping ratio D, stiffness k of structural element, and Young’s modulus E of the material.
The results of the tests indicated that natural frequency decreases due to defect/deterioration, which is especially significant for the specimens with fissures on the surface of the specimen. The results also indicated that the decreases of frequency for specimens with small openings or pieces of thin paper embedded within are much less significant because that the defects locate on the neutral axis of the vibration.
Specifically, the test results exhibited that the reduction of the mechanical properties of the tested structural elements is 8.5-61.8% for fissures at the specimen surface, 0.2-37.4% for openings within specimen body, and 7.1-31.8% for pieces of paper embedded in the middle of the specimen. In general, the results of the study indicated clear influence of defect/deterioration on the studied dynamic properties of the structural elements tested with the plunking method which can be a useful tool as a type of non-destruction test for construction material quality inspection/verification in the future.
目錄
中文摘要 ..................................Ⅰ
英文摘要 ..................................Ⅱ
致謝 ..................................Ⅲ
目錄 ..................................Ⅳ
表目錄 ..................................Ⅷ
圖目錄 ..................................Ⅸ
第一章 緒論 ................................1
1.1前言 ....................................1
1.2 研究動機與目的 .........................2
1.3研究方法與內容 ..........................3
1.4研究流程與論文架構 ......................4
1.5預期研究成果 ............................7
1.6可能工程實務應用 ........................7
第二章 文獻回顧 ............................8
2.1 時間域與頻率域 .........................8
2.2 振動相關資訊 ...........................9
2.3 延續相關研究 ..........................10
2.4 材料劣化之生成 ........................11
2.5 試驗材料介紹 ......................19
2.5.1 標準混凝土(3000psi) .............19
2.5.2 再生混凝土 ......................19
2.5.3 輕質混凝土 ......................20
2.5.4 控制性低強度混凝土(LCSM) ........21
2.5.5 大理石 ..........................22
第三章 材料及試驗儀器介紹 .................24
3.1試驗材料之性質及用途 ...................24
3.2試驗儀器介紹 ...........................27
3.2.1 加速度規(Acceleration Sensor) .......27
3.2.2安捷倫VXI多槽訊號擷取系統 ............28
第四章 研究方法與實驗原理 .................29
4.1 試體規劃製作 ..........................29
4.1.1 混凝土配比設計 ......................29
4.1.2 控制性低強度混凝土(CLSM) ............33
4.2 研究方法說明 ..........................34
4.3 完整無瑕疵與瑕疵性試體示意圖 ..........34
4.4 簡支樑敲擊方式 ........................36
4.5 懸臂樑敲擊方式 ........................37
4.6 敲擊試驗原理 ..........................37
4.6.1 單自由度振動系統 ....................38
4.6.2不同邊界條件彈性樑集中荷重之勁度 .....42
4.7 結語 ..................................44
第五章 實驗結果分析與討論 .................45
5.1 簡支樑敲擊試驗結果分析 ................45
5.1.1 力學參數求得之計算過程 ..............46
5.1.2 大理石試體敲擊分析 ..................47
5.1.3 標準混凝土試體敲擊分析 ..............49
5.1.4 再生混凝土試體敲擊分析 ..............50
5.1.5 輕質混凝土試體敲擊分析 ..............52
5.1.6 CLSM試體敲擊分析 ....................54
5.2完整混凝土之彈性模數E值及標準值之比較 ..56
5.3懸臂樑敲試驗結果分析 ................57
5.3.1懸臂樑敲擊數據結果 ...................58
5.4 實驗阻尼比說明 ....................... 60
5.5簡支樑與懸臂樑試驗之比較 ...............61
第六章 結論與建議 .........................62
6.1 結論 ..................................62
6.2 建議 ..................................63
參考文獻 ..................................64

表目錄
表3.1使用加速度規之編號及適用頻率範圍 .................27
表4.1 粗細骨材物理參數數據 ............................30
表4.2 試體3000psi配比計算 .............................30
表4.3 試體重量 ........................................33
表5.1 完整岩石之歷時反應曲線圖所對應之時間與加速度 ....46
表5.2 簡支樑大理石敲擊數據結果及比較 ..................47
表5.3 簡支樑標準混凝土敲擊數據結果及比較 ..............49
表5.4 簡支樑再生混凝土敲擊數據結果及比較 ..............50
表5.5 簡支樑輕質混凝土敲擊數據結果及比較 ..............52
表5.6 簡支樑CLSM敲擊數據結果及比較 ....................54
表5.7 完整混凝土及一般標準彈性模數E值之比較 ...........56
表5.8 四種材料敲擊結果及比較 ..........................58

圖目錄
圖1.1 論文架構流程圖 ..................6
圖2.1 週期性 .........................10
圖2.2 非週期 .........................10
圖2.3 鋼筋外露 .......................12
圖2.4 鋼筋鏽蝕外露....................13
圖2.5 冰凍溶解造成混凝土表面剝落 .....13
圖2.6 塑性收縮裂縫 ...................14
圖2.7 沉陷裂縫出現於表面 .............15
圖2.8 鋼筋上方混凝土發生差異沉陷 .....15
圖2.9 樑版交接處發生差異沉陷 .........16
圖2.10修補材料收縮開裂 ...............16
圖2.11 天然骨材 ......................23
圖2.12 再生骨材 ......................23
圖2.13 輕質骨材 ......................23
圖2.14 CLSM骨材 ......................23
圖2.15 大理石 ........................23
圖3.1 PCB加速度規 ....................27
圖3.2安捷倫VXI多槽訊號擷取系統 .......28
圖4.1 完整無瑕疵試體 .................34
圖4.2 裂縫瑕疵試體 ...................35
圖4.3 孔洞瑕疵試體 ...................35
圖4.4 內部紙張瑕疵試體 ...............36
圖4.5 簡支樑敲擊方式 .................36
圖4.6 懸臂樑敲擊方式 .................37
圖4.7 單自由度之無阻尼系統 ...........38
圖4.8 單自由度之阻尼系統 .............40
圖4.9 阻尼系統的自由震動 .............41
圖4.10簡支樑變位量 ...................42
圖4.11懸臂樑變位量 ...................43
圖5.1 簡支樑之完整大理石 .............48
圖5.2 簡支樑之標準混凝土-無瑕疵 ......49
圖5.3 簡支樑之再生混凝土-無瑕疵 ......51
圖5.4 簡支樑之輕質混凝土-無瑕疵 ......52
圖5.5 簡支樑之CLSM-無瑕疵 ............54
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