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姓名 陳聖文(Sen-Wen Chen) 查詢紙本館藏 畢業系所 土木工程學系 論文名稱 A型隅撐鋼構架耐震性能研究 相關論文 檔案 [Endnote RIS 格式]
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摘要(中) 本研究針對具有曲線消能器之 A 型隅撐構架耐震性能進行探討，
研究中針對不同尺寸曲線消能器以及應用此消能器之隅撐構架分別
進行試驗以確認其應用性。
另外由曲線消能器之構件試驗結果得知曲線消能器在小位移比
0.38%至 0.56%之間，即進入塑性階段，由此開始消散能量，且在位
移比 7%之內皆不會發生破裂，顯示曲線消能器具有極佳韌性。
且另外由 A 型隅撐構架試驗結果得知，A 型隅撐構架具有適當之
位移放大機制，可有效利用曲線消能器消散能量，此外隅撐系統亦可
降低梁柱接頭之受力，延後梁端降伏之狀況。而構架初始勁度較抗彎
構架高約於 3.77 倍，且消能能力提升為 1.42 至 2.00 倍。由上述結果
可知，A 型隅撐構架可有效提升構架之承載性能。
關鍵字:隅撐構架、A 型隅撐、耐震性能、曲線消能器摘要(英) This study focused on the performance evaluation of A-knee braced
frame. The purpose of this research is to confirm the applicability of A
knee brace to the framed structural design
According to the experimental results, curved damper started to
dissipate energy in early deformation stage and had exhibited ductility to
7% deformation ratio without crack. Experimental results of A-knee braced
frame tests show that deformation ratio of curved damper could be
amplified in the proposed A-knee brace design. Therefore, significant
contribution of energy dissipation from curved damper was validated.
Further comparisons showed that the initial effective stiffness of A-knee
braced frame was 3.77 times of that of the moment resisting frame. The
energy dissipation of the proposed A-knee braced frame was also increased
by 1.42 to 2.00 times. The significant performance improvements validated
the applicability of A-knee braced frame design.
Keywords: Knee braced frames, A-knee brace, Seismic design, Curved關鍵字(中) ★ 隅撐構架
★ A型隅撐
★ 耐震性能
★ 曲線消能器關鍵字(英) ★ Knee braced frames
★ A-knee brace
★ Seismic design
★ Curved damper論文目次 目錄
摘要 .................................................................................................... I
目錄 ................................................................................................. III
圖目錄 ............................................................................................. IX
表目錄 ....................................................................................... XVIII
緒論 .................................................................................... 1
1.1 前言 .................................................................................... 1
1.2 研究動機與目的 ................................................................ 1
1.3 研究內容與方法 ................................................................ 2
1.4 論文構架 ............................................................................ 2
文獻回顧 ............................................................................ 4
2.1 抗彎構架相關研究 ............................................................ 4
2.2 梁柱接頭相關研究 ............................................................ 4
2.3 金屬消能器 ........................................................................ 5
2.4 同心斜撐構架 .................................................................... 6
2.5 隅撐構架之相關研究 ........................................................ 7
2.6 曲線消能器 ........................................................................ 7
iv
2.7 變斷面消能器 .................................................................... 8
2.8 Ａ型斜撐承載機制 ............................................................ 8
2.9 鋼結構設計相關規定 ...................................................... 11
2.9.1 強柱弱梁設計要求 ........................................................ 11
2.9.2 構架勁度評估 ................................................................ 12
第 3 章 理論分析 .......................................................................... 14
3.1 前言 .................................................................................. 14
3.2 金屬曲線消能器應力與強度 .......................................... 14
3.3 變斷面曲線消能器分析 .................................................. 15
3.4 隅撐構架勁度與強度分析 .............................................. 16
3.4.1 分析說明 ........................................................................ 16
3.4.2 構件的外力與內力分析 ................................................ 18
3.4.3 應變能計算 .................................................................... 22
3.4.4 A 型隅撐構架勁度 .......................................................... 25
3.5 ANSYS 有限元素模型建構 ............................................ 28
第 4 章 實驗規劃與流程 .............................................................. 32
4.1 前言 .................................................................................. 32
4.2 實驗規劃 .......................................................................... 32
v
4.2.1 主要研究參數 ................................................................ 32
4.2.2 試體標號 ........................................................................ 32
4.3 試體製作與實驗設備 ...................................................... 34
4.3.1 曲線消能器 .................................................................... 34
4.3.2 構架系統 ........................................................................ 34
4.3.3 實驗設備 ........................................................................ 34
4.4 試驗方法 .......................................................................... 36
4.4.1 曲線消能器試驗方法 .................................................... 36
4.4.2 構彎構架(MRF)試驗方法 ............................................. 37
4.4.3 A 型隅撐構架 .................................................................. 37
4.4.4 加載方式 ........................................................................ 38
實驗結果觀察 .................................................................. 39
5.1 前言 .................................................................................. 39
5.2 等斷面曲線消能器承載行為 .......................................... 40
5.2.1 SCD120x80x30 ............................................................... 40
5.2.2 SCD120x100x20 ............................................................. 40
5.2.3 SCD120x100x30 ............................................................. 41
5.2.4 SCD140x100x20 ............................................................. 41
5.2.5 SCD160x80x20 ............................................................... 42
5.2.6 SCD160x80x30 ............................................................... 42
vi
5.2.7 SCD160x100x20 ............................................................. 42
5.2.8 SCD160x100x30 ............................................................. 43
5.2.9 SCD160x120x30 ............................................................. 43
5.3 變斷面曲線消能器承載行為 .......................................... 44
5.3.1 TSCD120x100x30 ........................................................... 44
5.3.2 TSCD160x100x30 ........................................................... 44
5.4 曲線消能器承載模式分析 .............................................. 45
5.5 構架載行為 ...................................................................... 45
5.5.1 抗彎構架(MRF) ............................................................. 45
5.5.2 A 型隅撐鋼構架(AKF-160x80x20) ............................... 46
5.5.3 A 型隅撐鋼構架(AKF-160x80x30) ............................... 48
5.5.4 A 型隅撐鋼構架(AKF-160x100x20) ............................. 49
5.5.5 A 型隅撐鋼構架(AKF-140x100x20) ............................. 50
5.5.6 A 型隅撐鋼構架(AKF-120x100x20) ............................. 52
5.5.7 A 型隅撐鋼構架(AKF-160x100x30) ............................. 53
結果分析與比較 .............................................................. 55
6.1 前言 .................................................................................. 55
6.2 曲線消能器之承載強度與穩定性 .................................. 55
6.2.1 不同厚度對曲線消能器行為之影響 ............................ 55
6.2.2 不同深度對曲線消能器行為之影響 ............................ 56
vii
6.2.3 不同偏心距對曲線消能器行為之影響 ........................ 56
6.3 曲線消能器能量消散比較 .............................................. 57
6.3.1 不同偏心距對曲線消能器能量消散之影響 ................ 57
6.3.2 不同深度對曲線消能器能量消散之影響 .................... 57
6.3.3 不同厚度對曲線消能器能量消散之影響 .................... 58
6.4 曲線消能器承載性能評估 .............................................. 58
6.5 變斷面與等斷面曲線消能器承載行為比較 .................. 59
6.5.1 強度與穩定性 ................................................................ 59
6.5.2 能量消散 ........................................................................ 60
6.5.3 承載性能比較 ................................................................ 61
6.6 構架試驗強度比較 .......................................................... 62
6.7 構架勁度分析 .................................................................. 63
6.8 能量消散比較 .................................................................. 64
6.9 構架承載性能比較 .......................................................... 64
6.10 有限元素分析與比較 ...................................................... 65
結果與建議 ...................................................................... 67
7.1 結論 .................................................................................. 67
7.2 建議 .................................................................................. 68
viii
參考文獻 .......................................................................................... 69
ix
圖目錄
圖 1 經典的斜撐構件受拉壓遲滯行為 .................................................. 80
圖 2 各示加勁阻尼鋼板抗彎勁度、內力彎矩、曲率圖 ...................... 80
圖 3 A 型斜撐外觀 ................................................................................... 81
圖 4 A 型斜撐外力和位移分析 ............................................................... 81
圖 5 A 型斜撐受力變形後 ....................................................................... 82
圖 6 曲線消能器受力模式以及外觀 ..................................................... 82
圖 7 變斷面曲線消能器符號意義 .......................................................... 83
圖 8 變斷面 hθ表示位置 ......................................................................... 83
圖 9 構架桿件分析模型 ......................................................................... 84
圖 10 構架取半分析模型 ....................................................................... 84
圖 11 曲線消能器微小d 內力分析 ....................................................... 85
圖 12 隅撐系統外觀以及標號 ................................................................ 85
圖 13 取半隅撐系統受力行為 ................................................................ 86
圖 14 隅撐外力以及內力分析 ................................................................ 86
圖 15 構架取半內力分析 ........................................................................ 87
圖 16 材料性質 ....................................................................................... 87
圖 17 曲線消能器尺寸說明圖 ................................................................ 88
x
圖 18 曲線消能器試驗標籤 .................................................................... 88
圖 19 構架試驗標籤 ................................................................................ 88
圖 20 A 型隅撐外觀示意圖 ..................................................................... 89
圖 21 構架尺寸 ....................................................................................... 89
圖 22 梁柱與隅撐之接合板 .................................................................... 89
圖 23 構件試驗應變計、拉線式位移計量測位置 ................................ 90
圖 24 構架試驗實驗配置圖 .................................................................... 90
圖 25 構件試實驗配置圖 ........................................................................ 91
圖 26 構架應變計拉線式位移計量測位置 ............................................ 91
圖 27 構架試驗加載歷時 ........................................................................ 92
圖 28 曲線消能器試驗加載歷時 ............................................................ 92
圖 29 SCD120x80x30 遲滯迴圈 .............................................................. 93
圖 30 SCD120x80x30 強度包絡線 .......................................................... 93
圖 31 SCD120x100x20 遲滯迴圈 ........................................................... 94
圖 32 SCD120x100x20 強度包絡線 ....................................................... 94
圖 33 SCD120x100x30 遲滯迴圈 ............................................................ 95
圖 34 SCD120x100x30 包絡線 ................................................................ 95
圖 35 SCD140x100x20 遲滯迴圈 ............................................................ 96
圖 36 SCD140x100x20 強度包絡線 ........................................................ 96
xi
圖 37 SCD 160x80x20 遲滯迴圈 ............................................................ 97
圖 38 SCD 160x80x20 包絡線 ................................................................ 97
圖 39 SCD 160x80x30 遲滯迴圈 ............................................................ 98
圖 40 SCD 160x80x30 包絡線 ................................................................ 98
圖 41 SCD 160x100x20 遲滯迴圈.......................................................... 99
圖 42 SCD 160x100x20 包絡線 .............................................................. 99
圖 43 SCD 160x100x30 遲滯迴圈........................................................ 100
圖 44 SCD 160x100x30 包絡線 ............................................................ 100
圖 45 SCD 160x120x30 遲滯迴圈........................................................ 101
圖 46 SCD 160x120x30 包絡線 ............................................................ 101
圖 47 TSCD 120x100x30 遲滯迴圈 ..................................................... 102
圖 48 TSCD 120x100x30 包絡線 ......................................................... 102
圖 49 TSCD 160x100x30 遲滯迴圈 ..................................................... 103
圖 50 TSCD 160x100x30 包絡線 ......................................................... 103
圖 51 MRF 遲滯迴圈 ............................................................................. 104
圖 52 MRF 強度包落線 ........................................................................ 104
圖 53 MRF 時間與累積能量關係 ........................................................ 105
圖 54 MRF 累積能量與強度關係圖 .................................................... 105
圖 55 MRF 柱上之應變計 .................................................................... 106
xii
圖 56 AKF-160x80x20 遲滯迴圈 ......................................................... 107
圖 57 AKF-160x80x20 包絡線 ............................................................. 107
圖 58 AKF-160x80x20 時間與累積能量 ............................................. 108
圖 59 AKF-160x80x20 強度與累積能量 ............................................. 108
圖 60 AKF-160x80x20 東側隅撐、消能器位移比 ............................. 109
圖 61 AKF-160x80x20 西側隅撐、消能器位移比 .............................. 109
圖 62 AKF-160x80x20 柱和隅撐之應變資料 ...................................... 110
圖 63 AKF-160x80x30 遲滯迴圈 .......................................................... 111
圖 64 AKF-160x80x30 構架強度包絡線 .............................................. 111
圖 65 AKF-160x80x30 時間與能量累積 ............................................. 112
圖 66 AKF-160x80x30 累積能量與強度 ............................................. 112
圖 67 AKF-160x80x30 東側隅撐、消能器位移比 ............................. 113
圖 68 AKF-160x80x30 西側隅撐、消能器位移比 ............................. 113
圖 69 AKF-160x80x30 柱和隅撐之應變資料 ...................................... 114
圖 70 AKF-160x100x20 遲滯迴圈 ........................................................ 115
圖 71 AKF-160x100x20 構架強度包絡線 ............................................ 115
圖 72 AKF-160x100x20 時間與累積能量 ........................................... 116
圖 73 AKF-160x100x20 累積能量與強度 ........................................... 116
圖 74 AKF-160x100x20 東側隅撐、消能器位移比 ........................... 117
xiii
圖 75 AKF-160x100x20 西側隅撐、消能器位移比 ........................... 117
圖 76 AKF-160x100x20 柱和隅撐之應變資料 .................................... 118
圖 77 AKF-140x100x20 遲滯迴圈 ........................................................ 119
圖 78 AKF-140x100x20 強度包絡線 ................................................... 119
圖 79 AKF-140x100x20 時間與累積能量 ........................................... 120
圖 80 AKF-140x100x20 累積能量與強度 ........................................... 120
圖 81 AKF-140x100x20 東側隅撐、消能器位移比 ........................... 121
圖 82 AKF-140x100x20 西側隅撐、消能器位移比 ........................... 121
圖 83 AKF-140x100x20 柱和隅撐之應變資料 .................................... 122
圖 84 AKF-120x100x20 遲滯迴圈 ........................................................ 123
圖 85 AKF-120x100x20 強度包絡線 ................................................... 123
圖 86 AKF-120x100x20 時間與累積能量 ........................................... 124
圖 87 AKF-120x100x20 累積能量與強度 ........................................... 124
圖 88 AKF-120x100x20 東側隅撐、消能器位移比 ........................... 125
圖 89 AKF-120x100x20 西側隅撐、消能器位移比 ........................... 125
圖 90 AKF-120x100x20 柱和隅撐之應變資料 .................................... 126
圖 91 AKF-160x100x30 遲滯迴圈 ........................................................ 127
圖 92 AKF-160x100x30 包絡線 ............................................................ 127
圖 93 AKF-160x100x30 時間與累積能量 ........................................... 128
xiv
圖 94 AKF-160x100x30 累積能量與強度 ........................................... 128
圖 95 AKF-160x100x30 東側隅撐、消能器位移比 ........................... 129
圖 96 AKF-160x100x30 西側隅撐、消能器位移比 ........................... 129
圖 97 AKF-160x100x30 柱和隅撐之應變資料 .................................... 130
圖 98 偏心距 120mm、深度 100mm 各試體強度包絡線 .................. 131
圖 99 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體強度包絡線 .................. 131
圖 100 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體強度包絡線 .................. 132
圖 101 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體強度包絡線 ................ 132
圖 102 偏心距 120mm、厚度 30mm 各試體強度包絡線 ................... 133
圖 103 深度 100mm、厚度 20mm 各試體強度包絡線 ...................... 133
圖 104 深度 100mm、厚度 30mm 各試體強度包絡線 ....................... 134
圖 105 深度 100mm、厚度 20mm 各試體位移與累積能量 .............. 134
圖 106 深度 80、寬度 30mm 各試體位移與累積能量 ....................... 135
圖 107 深度 100mm、寬度 30mm 各試體位移與累積能量 .............. 135
圖 108 偏心距 160mm、厚度 20mm 各試體位移與累積能量 .......... 136
圖 109 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體位移與累積能量 .......... 136
圖 110 偏心距 120mm、厚度 30mm 各試體位移與累積能量 .......... 137
圖 111 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體位移與累積能量 .......... 137
圖 112 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體位移與累積能量 ......... 138
xv
圖 113 偏心距 120mm、深度 100mm 各試體位移與累積能量 ........ 138
圖 114 深度 80mm、厚度 30mm 各試體累積能量與強度 ................ 139
圖 115 深度 100mm、厚度 20mm 各試體累積能量與強度 .............. 139
圖 116 深度 100mm、厚度 30mm 各試體累積能量與強度 .............. 140
圖 117 偏心距 120mm、厚度 30mm 各試體累積能量與強度 ........... 140
圖 118 偏心距 160mm、厚度 20mm 各試體累積能量與強度 ........... 141
圖 119 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體累積能量與強度 .......... 141
圖 120 偏心距 120mm、深度 100mm 各試體累積能量與強度 ........ 142
圖 121 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體累積能量與強度 .......... 142
圖 122 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體累積能量與強度 ......... 143
圖 123 深度 100mm、厚度 30mm 變斷面強度包絡線 ...................... 143
圖 124 偏心距 160mm、厚度 30mm 等、變斷面強度包絡線 ........... 144
圖 125 偏心距 120mm、厚度 30mm 等、變斷面強度包絡線 .......... 144
圖 126 深度 100mm、厚度 30mm 變斷面位移與累積能量 .............. 145
圖 127 偏心距 120mm、厚度 30mm 等、變斷面位移與累積能量 .. 145
圖 128 偏心距 160mm、厚度 30mm 等、變斷面位移與累積能量 .. 146
圖 129 深度 100mm、厚度 30mm 變斷面累積能量與強度 .............. 146
圖 130 偏心距 120mm、厚度 30mm 等、變斷面累積能量與強度 .. 147
圖 131 偏心距 160mm、厚度 30mm 等、變斷面累積能量與強度 .. 147
xvi
圖 132 構架強度包絡線 ........................................................................ 148
圖 133 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體構架包絡線 ................... 148
圖 134 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體構架包絡線 ................. 149
圖 135 偏心距 160mm、厚度 20mm 各試體構架包絡線圖 ............... 149
圖 136 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體構架包絡線圖 ............... 150
圖 137 深度 100mm、厚度 20mm 各試體構架包絡線圖 ................... 150
圖 138 構架位移與有效勁度 ............................................................... 151
圖 139 偏心距 160mm、厚度 20mm 各試體構架位移與有效勁度 ... 151
圖 140 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體構架位移與有效勁度 ... 152
圖 141 深度 100mm、厚度 20mm 各試體構架位移與有效勁度 ....... 152
圖 142 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體構架位移與有效勁度 ... 153
圖 143 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體構架位移與有效勁度 . 153
圖 144 構架層間位移與累積能量 ........................................................ 154
圖 145 構架累積能量與強度 ............................................................... 154
圖 146 偏心距 160mm、厚度 20mm 各試體構架累積能量與強度 .. 155
圖 147 偏心距 160mm、厚度 30mm 各試體構架累積能量與強度 .. 155
圖 148 深度 100mm、厚度 20mm 各試體構架累積能量與強度 ...... 156
圖 149 偏心距 160mm、深度 100mm 各試體構架累積能量與強度 156
圖 150 偏心距 160mm、深度 80mm 各試體構架累積能量與強度 .. 157
xvii
圖 151 SCD120x100x20 實驗與分析結果比較 ................................... 158
圖 152 SCD140x100x20 實驗與析結果比較 ....................................... 158
圖 153 SCD160x100x20 實驗與分析結果比較 ................................... 159
圖 154 SCD160x80x20 實驗與分析結果比較 ..................................... 159
圖 155 SCD160x80x30 實驗與分析結果比較 ..................................... 160
圖 156 SC D160x100x30 實驗與分析結果比較 .................................. 160
圖 157 SCD120x80x30 實驗與分析結果比較 ..................................... 161
圖 158 SCD120x100x30 實驗與分析結果比較 ................................... 161
圖 159 SCD160x120x30 實驗與分析結果比較 ................................... 162
圖 160 TSCD160x100x30 實驗與分析結果比較 ................................. 162
圖 161 TSCD120x100x30 實驗與分析結果比較 ................................. 163
圖 162 AKF-160x80x20 實驗結果與分析結果比較 ............................ 163
圖 163 AKF-160x80x30 實驗結果與分析結果比較 ............................ 164
圖 164 AKF120x100x20 實驗結果與分析結果比較 ........................... 164
圖 165 AKF-140x100x20 實驗結果與分析結果比較 .......................... 165
圖 166 AKF-160x100x20 實驗結果與分析結果比較 .......................... 165
圖 167 AKF-160x100x30 實驗結果與分析結果比較 .......................... 166
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