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研究生:蘇育民
研究生(外文):Yu-Min Su
論文名稱:預力對混凝土簡支梁振動頻率影響之實驗研究
論文名稱(外文):Experimental study on the vibration frequency of simply supported prestressed-concrete beams
指導教授:余志鵬余志鵬引用關係
口試委員:江支弘鄭家齊宋欣泰林宜清
口試日期:2021-08-09
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
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:2021
畢業學年度:109
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:預力混凝土梁振動頻率開裂轉換斷面
外文關鍵詞:Prestressed concrete beamVibration frequencyCrackTransformed section
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近年來預力構件的耐久性受學者們的關注,目標以非破壞檢測的方式監測構件內部的預力值,或其預力損失量。本論文希望能了解振動頻率與預力的相對應關係,使用動態加速度規以記錄預力混凝土簡支梁試驗中的頻率變化。研究結果顯示:(1)相同載重狀態下,預力梁振動頻率隨預力增加而增加;相同施預力狀態下,外加載重引起之預力梁振動頻率亦受載重之大小所影響。(2)預力梁振動頻率的量測結果,應考慮支承對振動的影響,加速度規測得數據為「梁體與支承的耦合結果」。(3)預力梁開裂後,振動頻率依然隨預力增加而提高、隨外加載重增加而下降,但是梁體勁性弱化,整體變化趨勢為向低頻偏移。(4)為延續興大研究群的實驗結果及數值模型,本論文亦琢磨量化張應力影響,以一維線桿分析程式近似模擬整體振動頻率的變化趨勢。
In recent years, the durability of pre-stressed components has attracted the attention of scholars. The goal is to facilitate monitoring of the internal prestressing of components or the amount of prestress loses by non-destructive testing. This work aims to understand the corresponding relationship between the vibration frequency and the degree of prestressing, and use accelerometers to record the frequency changes during the test of the pre-stressed simply supported concrete beam. The research results indicate that: (1) Under the same load condition, the vibration frequency of the prestressed beam increases with increasing the prestressing level; under the same prestress state, the vibration frequency of the prestressed beam is also affected by the magnitude of the external load. (2) For the measurement result of the vibration frequency of the prestressed beam, the influence of the support on the vibration should be taken into consideration. The data measured by the accelerometer is "the coupling result of the beam and its supports". (3) After the prestressed beam is cracked, the vibration frequency still increases with the increase of the prestress, while the stiffness of the beam is weakened, and the overall change trend is shifting to a lower frequency region. (4) In order to extend the experimental and numerical studies of the NCHU Research Group, this thesis intends to quantify the influence of tensile stress, and approximates the variation trend of the overall vibration frequency using a one-dimensional analysis program.
誌謝辭i
摘要ii
Abstractiii
圖目錄vi
表目錄viii
第一章緒論1
1.1研究動機1
1.2研究架構2
第二章文獻回顧3
第三章理論背景9
3.1單自由度系統模型9
3.2Euler-Bernoulli beam theory 10
3.3彈簧串聯模型12
3.4梁頂底部纖維應力13
3.5等效斷面之概念15
3.5.1矩形斷面之轉換斷面15
3.5.2T型斷面之轉換斷面20
第四章預力梁試驗流程23
4.1試驗規畫23
4.2預力梁基本性質28
4.3數據量測與整理32
4.3.1試驗數據量測32
4.3.2數據整理32
第五章試驗結果與數值分析34
5.1矩形預力梁34
5.1.1視振頻與實際梁體振頻34
5.1.2相同預力下不同外加載重38
5.1.3相同外加載重下施加不同預力40
5.1.4側向振動頻率40
5.2T型預力梁42
5.2.1視振頻與實際頻率值42
5.2.2相同預力下不同外加載重43
5.2.3相同外加載重下施加不同預力45
5.2.4敲擊回音54
5.2.5數值模型比較58
5.2.6裂縫損壞初步探討68
5.2.7振頻變化之重現性69
5.2.8中性軸變化72
第六章結論與建議74
6.1結論74
6.2建議75
參考文獻76
附錄A頻譜圖78
1.Marco Bonopera、K. C. Chang,「台灣預力鋼筋混凝土梁受動態撓曲載重作用之彈性模數」,中國土木水利工程學刊,第三十三卷,第二期,2021年。
2.蔡文博,「輕質混凝土應用於預力構件之研究」,國立中興大學碩士論文,2011年。
3.林郁,「後拉法預鑄節塊墩柱預力損失之監測與評估」,國立成功大學碩士論文,2013年。
4.王詠寬,「台灣長跨懸臂節塊施工預力混凝土橋樑長期變形研究」,國立台灣大學碩士論文,2018年。
5.魏星池,「預力混凝土梁預力之非破壞檢測技術試驗研究」,國立台灣大學碩士論文,2017年。
6.王以軒,「應力波技術即時監測地錨預力損失及訊號辨識」,國立中興大學碩士論文,2014年。
7.顏子涵,「結構現有預力之有限元素反算法」,國立中央大學碩士論文,2018年。
8.蘇亦豪,「預力混凝土梁在不同預力情況下之小載重力學行為探討」,國立中興大學碩士論文,2019年。
9.鄭涵庭,「T型梁不同預力情況下之力學行為與溫度效應探討」,國立中興大學碩士論文,2020年。
10.韓之江、郭文龍、劉志華、張嵐、郭學兵,「預加力對預應力混凝土梁抗彎剛度影響試驗」,中國公路學報,第29卷,第7期,2016年。
11.邱欣範,「應用振動量測偵測預力混凝土梁中預力變化之研究」,國立雲林科技大學碩士論文,2009年。
12.李昱範,「應用無線感測監測混凝土梁之預力施拉與力學行為」,國立中興大學碩士論文,2018年。
13.羅懿凡,「預應力影響混凝土簡支梁振動頻率之初步研究」,國立中興大學碩士論文,2019年。
14.李雅玲,「以敲擊反應進行預力鋼鍵長度評估之初步研究」,朝陽科技大學碩士論文,2010年。
15.巫文勝,「以軸力梁理論提昇預力鋼纜傳統評估公式實用性之研究」,朝陽科技大學碩士論文,2014年。
16.姜泯丞,「錨錠邊界條件及下垂輪廓對預力鋼纜振動頻率影響之數值研究」,國立中興大學碩士論文,2017年。
17.賴怡君,「以反應譜法分析橋樑受移動載重作用下動態特徵之研究」,國立中興大學碩士論文,2020年。
18.侯敦元,「損傷與預力變化對T型梁中性軸位置之影響」,國立中興大學碩士論文初稿,2021年。
19.林宜清,「橋樑常見詳細檢測及監測方法」,交通部高速公路局,橋樑檢測人員進階課程訓練教材,2020年。
20.混凝土結構設計規範,2021年,pp. 1-4、1-5、11-5、11-6。
21.M. Saiidi, B. Douglas, and S. Feng, (1994), “Prestress Force Effect on Vibration Frequency of Concrete Bridges”, Journal of Structural Engineering, Vol. 120,no.7,pp.2233-2241.
22.Peter Lundqvist and Nils Ryde ́n,(2012),“Acoustoelastic effects on the reasonance frequencies of prestressed concrete beams-Short-term measurements”,NDT&E International 50 (2012):36-41
23.C. P. Yu, C. C. Cheng, S. T. Hsu, and J. Lai, (2008) “Determination of unbounded length for strands of ground anchors using impact responses of 1-D member theories”,Eleventh East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering & Construction, Building a Sustainable Environment.
24.Miyamoto, A., K., Nakamura, H. and Bull, J. (2000) “Behavior of Prestressed Beam Strengthened with External Tendons”, Journal of Structural Engineering, Vol.126, No.9, pp.1033-1044.
25.Tse, F.S., Morse, I.E.and Hinkle, R.T.(1978)Mechanical vibrations: theory and applications, Allyn and Bacon.
26.Hamed, E., Frostig, Y.(2006)“Natural frequencies of bonded and unbonded prestressed beam – prestress force effects”, Journal of Sound and vibration, Vol.295, No.1-2, pp.28-29.
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