具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐構架耐震行為研究

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余子豪(Zih-hao Yu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐構架耐震行為研究

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摘要(中)

本研究針對傳統隅撐構架不適裝置於較大跨距抗彎構架之問題，提出利用Y型隅撐構架，並搭配摩擦及挫屈控制機制作為改善方案。本研究以切削鋼板作為消能裝置，應用於具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐構架，且分別進行反覆載重實驗，以界定其耐震性能。由構件實驗結果得知，切削鋼板消能裝置之非線性行為，主要受鋼板之寬厚比影響，另由構架試驗中可知，本研究提出之摩擦機制，可使整體構架於樓層位移比2%之內皆保持於彈性階段，且具有良好之消能能力，另外，搭配適當之消能隅撐，可有效提升構架最大強度，且可於消能隅撐挫屈之前，降低梁柱接頭之受力，延後梁端塑性鉸之形成，減少結構於震後之修復成本。本研究利用有限元素分析軟體ABAQUS分析構架之行為，可有效模擬構架系統之勁度、強度與消能容量，具有相當參考價值。

摘要(英)

Traditional knee brace design can be used to enhance structural performance. However, the performance of such system becomes susceptible for structure with longer span. This study focused on the improvement of framed structures by adopting Y-shaped knee brace with friction and buckling mechanism. A series of cyclic loading tests were conducted on Y-shaped knee braced moment resisting frames (KBRF) with reduced section plates (RSP) to evaluate the seismic performance of the system.
It was found from the component tests that the non-linear behavior of RSP was related to the width to thickness ratio of the plate. It was also observed from the frame tests that the frame could maintain elastic within 2% drift ratio. Test results validated that the strength of frame was effectively enhanced, the moment at the beam to column joints was substantially reduced and the formation of plastic hinges was effectively delayed. Finite element analyses using ABAQUS demonstrated the effectiveness of the proposed design method.

關鍵字(中)

★ 隅撐構架
★ 切削鋼板
★ ABAQUS
★ 耐震設計

關鍵字(英)

★ Knee Braced Moment Resisting Frame
★ Reduced Section Plate
★ ABAQUS
★ Seismic Design

論文目次

中文摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 II
目錄 V
表目錄 XI
圖目錄 XII
照片目錄 XXII
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法與內容 4
1.4 論文架構 4
第二章文獻回顧 6
2.1 國內外相關研究 6
2.1.1 抗彎構架系統 6
2.1.2 梁柱接頭相關研究 7
2.1.3 隅撐構架相關研究 8
2.1.4 Y型斜撐構架相關研究 9
2.1.5 摩擦消能相關研究 10
2.2 鋼結構設計相關規定 12
2.2.1 強柱弱梁設計[28] 12
2.2.2 柱強度要求[28] 14
2.2.3 梁斷面要求[28] 14
2.2.4 梁柱腹板交會區設計[28] 15
2.2.5 含被動消能系統建築物之設計 16
2.2.6 ASD對壓力構件之設計規範[28] 17
2.2.7 LRFD對壓力構件之設計規範[30] 18
第三章理論分析與有限元素模型建構 20
3.1 前言 20
3.2 消能裝置之強度計算 20
3.2.1 不同切削尺寸及厚度之消能鋼板強度計算 21
3.3 理論構架彈性勁度與強度分析 23
3.3.1 彈性階段分析-構架勁度與Y型隅撐構件系統關係 24
3.3.2 線性分析-各階段構架勁度分析 29
3.3.3 Y型隅撐構架系統之非彈性階段行為 31
3.4 有限元素分析軟體介紹 31
3.4.1 ABAQUS/Standard分析模組 32
3.4.2 ABAQUS/CAE前後處理模組 32
3.5 有限元素分析模型建置與分析流程 33
3.5.1 建立各部位幾何模型 33
3.5.2 設定相關材料參數與斷面尺寸 34
3.5.3 組裝構架模型 36
3.5.4 設定模型分析步驟與邊界條件 36
3.5.5 建立有限元素模型網路 38
3.5.6 提交分析與檢視結果 39
3.5.7 結語 39
第四章實驗規劃與流程 41
4.1 前言 41
4.2 實驗規劃 41
4.2.1 主要研究參數 41
4.2.2 試體編號 42
4.3 試體製作與實驗設備 43
4.3.1 試體製作 43
4.3.2 實驗設備 43
4.4 試驗方法 45
4.4.1 消能鋼板試驗 45
4.4.2 具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐抗彎構架試驗 46
4.4.3 加載方式 47
第五章實驗觀察與討論 48
5.1 前言 48
5.2 消能鋼板構件試驗 48
5.2.1 實驗觀察 48
5.2.2 消能鋼板構件試驗小結 55
5.3 具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐構架試驗 56
5.3.1 試驗觀察 56
5.3.2 具摩擦及挫屈控制機制之Y型隅撐構架試驗小結 62
第六章結果分析與比較 64
6.1 前言 64
6.2 挫屈控制消能鋼板有效長度係數K之修正 64
6.3 強度分析 65
6.3.1 消能鋼板構件試驗 65
6.3.2 構架試驗 66
6.4 勁度分析 68
6.4.1 消能鋼板構件試驗 68
6.4.2 構架試驗 70
6.5 消能鋼板切削尺度與消能隅撐行為關係 71
6.5.1 消能鋼板切削尺度與消能隅撐變形量 71
6.5.2 消能隅撐之反應行為 72
6.6 能量消散分析 73
6.6.1 消能鋼板構件試驗 73
6.6.2 構架試驗 74
6.7 消能鋼板尺度與梁柱接頭受力關係 77
6.8 有限元素分析與比較 78
6.9 消能隅撐之設計建議 80
6.10 結語 82
第七章結論與建議 83
7.1 結論 83
7.2 建議 84
參考文獻 85

參考文獻

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指導教授

許協隆

審核日期

2016-1-27

推文