博碩士論文 102322023 詳細資訊




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姓名 黃振銘(Jhen-Ming Huang)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 向量式預力混凝土二維剛架元之數值模擬與驗證
(Numerical Simulation and Verification of the 2D Vector Form Pre-stressed Concrete Frame Element)
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摘要(中) 本研究主旨在發展預力混凝土(Pre-stressed Concrete)的數值分析法。了解預力混凝土的力學行為,再藉由向量式有限元素法(Vector Form Intrinsic Finite Element Method , 以下簡稱VFIFE)來模擬混凝土構建配置鋼筋、鋼鍵的幾何非線性與材料非線性行為。VFIFE分析的流程與傳統有限元素法概念截然不同,是一種向量式的運算模式,以質點運動、途徑單元內的逆向剛體位移且不需要解矩陣為其最大優點。為了精確的計算預力混凝土元素的內力,本文將VFIFE均質材料剛架元內力計算延伸至複合材料剛架元內力計算。
複合材料斷面分析為了滿足斷面平面保持平面假定(斷面諧和條件),引入纖維斷面法(Fiber Cross Section Method)與迭代法來計算預力混凝土複合斷面的軸力、彎矩,再與加拿大多倫多大學(University of Toronto)所開發的斷面計算軟體Response2000,比對彎矩-曲率(Moment-Curvature),藉以驗證內力程式正確性,並加入VFIFE進行結構分析。本研究的結果可供學界與工程界模擬分析預力構件施工、測量、設計等參考。
摘要(英) The purpose of this thesis is to develop a new element that can analyze the pre-stressed concrete frame based on VFIFE. Simulate the nonlinear material and nonlinear geometry behavior of pre-stressed concrete or reinforced concrete. VFIFE is a vector form analysis method that is different to traditional finite element method. Advantages of VFIFE are point describe, inverse rigid body motion in each path element and no need to solve the matrices. This thesis based on VFIFE frame element extend to composite material section frame element for calculate the pre-stressed concrete internal forces.

For section strain distribution must be satisfy the assumption plane remain plane, pre-stressed concrete Internal forces program quotes Fiber Cross Section Method and iteration method to calculate the axial force and moment, and compare with software Response2000 which is developed by University of Toronto, verify internal force program by the Moment-Curvature diagram. Internal force program add in VFIFE method to do structure analysis. Finally, Results of this thesis provide some information of pre-stressed problem to Academic and Engineering.
關鍵字(中) ★ 向量式有限元
★ 向量式
★ 預力混凝土
★ 預力
★ 纖維斷面分析
關鍵字(英) ★ Vector Form Intrinsic Finite Element
★ VFIFE
★ Pre-stressed Concrete
★ Pre-stress
★ Fiber Cross Section Method
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.4 內容大綱 5
第二章 預力混凝土剛架元基本理論 6
2.1 先拉式與後拉式預力混凝土梁 6
2.2 鋼鍵預拉應力損失 7
2.2.1 摩擦損失 7
2.2.2 錨具滑移 9
2.2.3 彈性縮短 14
2.2.4 鋼鍵預拉應力長期損失 15
2.2.5 混凝土潛變 15
2.2.6 混凝土乾縮 16
2.2.7 鋼鍵鬆弛 17
2.3 向量式有限元素法基本概念 18
2.3.1 結構體系的質點運動公式 19
2.3.2 彎曲桿件元的位移和變形 20
2.3.3 逆向運動與計算純變形量 21
2.3.4 桿件元的變形函數 24
2.3.5 彎曲桿件元素的節點內力 26
2.3.6 點質量與點轉動慣量計算 29
第三章 預力混凝土梁元素內力計算 31
3.1 彎曲複合材料桿件節點內力 31
3.2 元素兩端中性軸位置與應變分佈 35
3.3 預力混凝土之單軸應力應變模型 40
3.3.1 材料應力應變關係計算方法 40
3.3.2 混凝土材料單軸應力應變模型 42
3.3.3 鋼筋材料單軸應力應變模型 44
3.3.4 預力鋼鍵材料應力應變模型 46
3.3.5 材料應力應變模型驗證 47
3.4 纖維斷面分析法(Fiber Cross Section Analysis) 51
3.5 預力梁元素考慮長期預力損失之楊氏模數 53
第四章 數值模擬與驗證 55
4.1 預力元素內力增量式驗證 55
4.2 彎矩-曲率圖驗證 56
4.2.1 純混凝土斷面彎矩-曲率圖比對 59
4.2.2 鋼筋混凝土斷面彎矩-曲率圖比對 60
4.2.3 預力混凝土斷面彎矩-曲率圖比對(鋼鍵無施加預力) 62
4.2.4 預力混凝土斷面施加軸力之彎矩-曲率圖比對(無預力) 63
4.2.5 預力混凝土斷面之彎矩-曲率圖比對(鋼鍵施加預力) 64
4.3 VFIFE預力混凝土元素算例 66
4.3.1 VFIFE預力梁元素之彈性材料驗證 70
4.3.2 VFIFE預力梁元素之複合材料驗證 74
第五章 結論與建議 76
參考文獻 77
附表 80
附錄A A-1
牛頓-瑞福生迭代法 (Newton-Raphson Method) A-1
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指導教授 王仲宇、王仁佐(Chung-Yue Wang Ren-Zuo Wang) 審核日期 2015-7-31
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