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研究生: 張眾佳
Chung-Chia Chang
論文名稱: 鋼筋混凝土構件非線性分析方法及模型建立之研究暨鋼筋混凝土柱包覆鋼板於柱端接合補強工法之研究
Reinforced Concrete Member Nonlinear Analysis Method and Model Building And Strengthening of Reinforced Concrete Column with Steel Jacketting Method in Column-end Connect
指導教授: 潘誠平
Chan-Ping Pan
口試委員: 蔡幸致
Hsing-Chih Tsai
郭瑞芳
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 227
中文關鍵詞: SAP2000有限元素法鋼筋混凝土非線性行為切線勁度矩陣裂縫握裹滑移補強
外文關鍵詞: SAP2000, Nonlinear Behavior, Tangent Stiffness Matrix, Bond Slip
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  • 由於混凝土具有抗壓強度高,但抗拉強度相對低的特性(約僅有抗壓強度的1/10),故一般鋼筋混凝土結構物於受到外力或材料的熱脹冷縮時,因而產生許多大大小小的結構性或非結構性裂縫,當鋼筋混凝土受到外力而開始發生裂縫時,亦即代表混凝土已受到損傷,甚至材料將由線彈性狀態進入非線性狀態;因此若能進一步暸解鋼筋混凝土受到裂縫影響所造成的勁度軟化現像,能有助於後續鋼筋混凝土結構物非線性分析方法的進展。
    本研究將利用SAP2000有限元素法套裝軟體內建的非線性連桿彈簧(Link)元素及平面應力(Plane stress)元素,來模擬鋼筋混凝土梁,並將鋼筋及混凝土的非線性關係、裂縫、握裹與滑移等各種會影響鋼筋混凝土梁非線性行為的因素考慮進分析模型中,最後由一定的分析程序計算出鋼筋混凝土含各種裂縫狀態下之切線勁度矩陣。
    經由與線彈性狀態的平面剛架勁度矩陣驗證及鋼筋混凝土梁非線性行為、分析變形圖的探討,證明本分析模式可以系統化的方法,簡單求出各種含裂縫鋼筋混凝土梁的切線勁度矩陣以用於後續整體鋼筋混凝土結構物非線性分析使用。


    Concrete has high compressive strength, but relatively low tensile strength (approximately only 1/10 of its compressive strength). When it expands with heat or contracts with cold, cracks will occur. When the cracks do occur, the concrete is imperfect and it will no longer be aligned. Therefore if we are able to understand further the effects of the cracks, it will help our research greatly.
    This research project will use the SAP2000 finite element method, Link and Plane stress to simulate reinforced concrete members. We will also consider concrete, steel bars, cracks, and bond slips. Finally we will calculate the reinforced concrete members based on analysis program to obtain the tangent stiffness matrix under certain kind of crack condition.
    By way of the linear elastic stage, we can prove the desired results can be calculated easily.

    目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 IX 圖目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機及目的 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 2.3勁度矩陣之推導及應用 16 2.4握裏力與鋼筋滑動關係 20 2.5鋼筋與混凝土之材料非線性關係 24 第三章 Sap2000有限元素法分析軟體簡介 41 3.1前言 41 3.2 Sap2000特點概述 42 3.3 本研究所使用的分析元素介紹 44 3.3.1 Plane元素 44 3.3.2 Plane元素設定說明 47 3.3.3 連桿(Link)元素 49 3.3.4 連桿(Link)元素設定說明 52 第四章 分析模型之建立及分析結果探討 60 4.1 分析模型之建立說明 60 4.1.1 混凝土承受壓力及拉力之模擬 62 4.1.2 混凝土承受剪力之模擬 67 4.1.3 鋼筋承受拉力及壓力之模擬 67 4.1.4 握裏力與鋼筋滑動關係之模擬 70 4.1.5 R.C.梁裂縫之模擬 71 4.2 分析模型之驗証 73 4.2.1 R.C.梁於線彈性狀態下之勁度矩陣計算 73 4.2.2以Sap2000模擬所得之R.C.梁線彈性勁度矩陣計算 75 4.2.3 R.C.梁線彈性狀態模擬結果之比較 76 4.3 含裂縫之鋼筋混凝土梁勁度矩陣分析結果 79 4.3.1 R.C.梁含一道裂縫 83 4.3.2 R.C.梁含三道裂縫 87 4.3.3 R.C.梁含五道裂縫 89 4.3.4 R.C.梁含七道裂縫 91 4.3.5 分析結果探討 93 第五章 結論及建議 114 5.1 結論 114 5.2 建議 117 參考文獻(一) 120 第六章 緒論 123 6.1 前言 123 6.2 研究動機及目的 125 6.3 研究方法及內容 126 第七章 文獻回顧 128 7.1前言 128 7.2修復與補強的定義 129 7.3結構元件補強文獻回顧 130 7.3.1鋼鈑補強文獻回顧 130 7.3.2複合材料貼片補強文獻回顧 135 7.4結構系統改善補強文獻回顧 139 第八章 修復與補強常用之工法介紹 143 8.1修復與補強使用的材料 143 8.1.1填補用修復補強材料 143 8.1.2粘結用修復補強材料 148 8.1.3主要受力用修復補強材料 152 8.2結構物修復與補強工法應用的時機及適用要點 154 8.2.1結構元件修復工法 155 8.2.2結構元件補強工法 159 8.2.3結構系統改善補強工法 170 8.3修復與補強工程檢驗要點 175 8.3.1材料的檢驗 176 8.3.2施工方法的檢驗 176 第九章 柱包覆鋼鈑補強工法之研究 202 9.1 R.C.柱包覆鋼鈑補強設計 202 9.1.1韌性補強原理 203 9.1.2剪力補強原理 204 9.2 R.C.柱包覆鋼鈑於柱端接合之補強設計及施工流程 207 9.2.1鋼筋混凝土柱之基本力學行為 207 9.2.2邊柱包覆鋼鈑於柱端接合之設計模型 208 9.2.3中央柱包覆鋼鈑於柱端接合之設計模型 209 9.2.4施工流程說明 210 第十章 結論及建議 219 10.1 結論 219 10.2 建議 221 參考文獻(二) 222

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