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研究生:吳信諺
研究生(外文):WU, SHIN-YAN
論文名稱:以非線性連桿模擬鋼筋混凝土構件之受力行為
論文名稱(外文):Using Nonlinear Link to Simulate the Behaviors of Reinforced Concrete Members
指導教授:潘誠平
指導教授(外文):Chan-Ping Pan
口試委員:潘誠平
口試日期:2012-07-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:SAP2000非線性Link負勁度
外文關鍵詞:SAP2000NonlinearLinkNegative stiffness
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鋼筋混凝土為一種複雜的複合材料,目前台灣的規範主要以保守的安全係數來確保其結構的強度。若能對鋼筋混凝土材料實際的非線性行為加以模擬,相信能對於構材的強度可以有更進一步的了解。
  本研究利用SAP2000程式內建的非線性連桿(Link)及平面應力元素來模擬鋼筋混凝土構件的非線性行為,其中包括了鋼筋與混凝土的材料非線性關係以及裂縫、握裹滑移等幾何非線性關係。由於SAP2000程式無法處理混凝土開裂時造成的負勁度,因此本研究以基本結構學原理發展出一套等效的分析流程來度過此負斜率段。本文後續將以例題探討其模擬之精確度,並且測試在不同載重組合下對鋼筋混凝土構件非線性行為的影響,亦將程式的發展與成果以例題顯現。經由與線彈性狀態的鋼筋、混凝土應力比較以及與ACI-318計算所得之斷面強度比較,證明本分析方法具有相當不錯的準確性。
Reinforced concrete is a complex composite material. we use conservative safety factor to ensure its structural strength in Taiwan specifications so far. If we can simulate the actual nonlinear behavior of reinforced concrete material, we will have a further understanding.
This research used the package SAP2000 built-in nonlinear link and plane stress element to simulate the nonlinear behavior of reinforced concrete members. It also include concrete, steel bars, cracks, and bond slips. As a result of the SAP2000 cannot deal with the negative stiffness caused by concrete cracking, so we developed a set of equivalent analysis processes to get through this negative slope segment. The research shows examples to explore the simulation accuracy and to display the results in graphical. Compare with the results of the steel stress from linear theory to prove that this method has very good accuracy.
目錄
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究方法及內容 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 鋼筋混凝土非線性分析方法之回顧 5
2.2.1 ATC40 容量震譜法 5
2.3 裂縫 10
2.4 鋼筋與混凝土之材料非線性關係 11
2.4.1 混凝土的材料非線性關係 11
2.4.2 鋼筋的材料非線性關係 14
2.5 握裹力與鋼筋滑動關係 17
第三章 模型建立說明 24
3.1 SAP2000簡介 24
3.2 本研究使用之元素介紹 26
3.2.1 平面應力元素 26
3.2.2 link連桿元素 30
3.3 元素設定說明 33
3.3.1 Plane元素設定說明 33
3.3.2 Link元素設定說明 37
3.3.3 模型建立流程 41
3.4 元素性質參數計算 45
3.4.1 混凝土參數計算 45
3.4.2 鋼筋之參數計算 51
3.4.3 握裹力模擬之參數計算 52
第四章 模型之驗證與分析結果 54
4.1 混凝土等效之轉換元素 54
4.2 模型之驗證 55
4.2.1 鋼筋混凝土樑開裂時之應力計算 56
4.3 負勁度矩陣之處理 61
4.4 例題一:懸臂樑承受純彎矩 65
4.5 例題二:懸臂樑承受剪力與彎矩 76
4.6 例題三:懸臂樑承受軸力與彎矩 82
第五章 結論與建議 90
5.1 結論 90
5.2 建議 92
【1】Applied Technology Council,”Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings,”Vol.1, ATC-40, Redwood City, C.A. (1996)
【2】Kent, D.C, and Park. R.,” Flexural Members with Confined Concrete,”Journal Of The Structural Division, ASCE, Vol.97, NO. 7, p.1969-1990,(1971)
【3】ACI Committee318, “Building Code Requirement for Reinforced Concrete (ACI 318-71),”American Concrete Institute , Detroit, (1971)
【4】ACI Committee 408, “State-of-the-Art Report: Bond under cyclic load, ”ACI Materials Journal, Vol.88, NO.6, pp.408,(1991)
【5】Park, R. and Paulay, T., “Reinforced Concrete Structure”, Published by John Wiley and Sons, New York, pp.392-410,(1975)
【6】梁文明,「以有限元素法求取鋼筋混凝土桿件之勁度矩陣」,
碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系(2007)
【7】Johnson, K.L., “Contact Mechanics” ,Cambridge University press, New York, pp.129-134,(1985)
【8】CSI, “SAP2000:Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures”, Computers and Structures, Inc., Berkeley California,(2007) 
【9】金土木軟體技術有限公司,「SAP2000中文版使用指南」,人民交通出版社 
【10】李森枏,「SAP2000入門與工程上之應用」,科技圖書 (2003)
【11】李森枏,「SAP2000結構設計實務(V8&V9)」,科技圖書 (2005) 
【12】陳正誠、許書銘,「圍束效應下鋼筋混凝土樑斷面曲率延展比
與塑性轉角之經驗式」,力學系列B第19卷第一期,pp.7-16,(2003) 
【13】張眾佳,「R.C構件非線性分析方法及模型建立之研究」,
碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系(2009)
【14】吳明剛,「以有限元素模式探討混凝土樑彎曲行為」,
碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系(2008)
【15】潘誠平、郭瑞芳,「負勁度矩陣之數值處理方法」,第十屆結構
工程研討會
【16】劉俊彥,「複材貼片補強火害延時受損混凝土樑之承載行為探
討」,碩士論文,逢甲大學(2004)
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