博碩士論文 106322040 詳細資訊




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姓名 葉子鉦(Zi-Zheng Ye)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 普通強度與高強度鋼筋混凝土梁疲勞累積損傷定理之驗證
(Experimental Verification on the Fatigue Cumulative Damage for Reinforced Concrete Beams with Normal Strength and High Strength Steel Reinforcements)
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摘要(中) 本研究主旨在探討SD420W竹節鋼筋與SD690螺紋節鋼筋之疲勞行為,以及驗證疲勞累積損傷定理,故以鋼筋混凝土梁進行疲勞試驗。
試驗以反覆載重實驗方式,在不同應力差幅(fr)之作用下,對應之疲勞壽命,並記錄梁中點撓度及混凝土應變,且參考試驗記錄普通強度與高強度鋼筋混凝土梁之數據,探討SD420W竹節鋼筋與SD690螺紋節鋼筋之疲勞行為。
疲勞累積損傷之試驗乃利用S-N曲線,規劃數個應力差幅fr,並給定循環周次(Ni),疲勞損傷值(D)為循環周次(Ni)與S-N曲線上對應之(Nfi)之比值。從Miner線性累積損傷理論可得知,當疲勞累積損傷值D=1時,試體將發生破壞,故以此理論可推測試體之剩餘壽命,透過此試驗驗證疲勞累積損傷定理。
根據先前高強度鋼筋混凝土梁疲勞實驗〔13、14〕與本次實驗結果發現SD420W竹節鋼筋與SD690螺紋節鋼筋之S-N曲線近似Helgason提出之經驗公式。而SD420W竹節鋼筋與SD690螺紋節鋼筋於疲勞斷裂時,兩者之疲勞裂紋面積,前者大約為80%,後者大約為6%;兩者之斷裂面,前者有受拉斷裂的現象,後者較為平整。
此次疲勞累積損傷試驗之結果,疲勞累積損傷值皆未達Miner線性累積損傷理論值D=1,然而根據Hashin修正之非線性Miner’s rule所得之疲勞累積損傷值與本實驗之結果有相當好的一致性。
摘要(英) The main purpose of this study is to investigate the fatigue behavior of SD420W deformed reinforcement and SD690 thread deformed reinforcement, and to verify the fatigue cumulative damage theorem, by means of the fatigue test testing on the reinforced concrete beams.
The test is based on the repeated load test method, under the action of different stress differences (fr), corresponding fatigue life, and the measurement at the beam midpoint deflection and concrete strain. The testing will be performed to the normal strength and high strength reinforced concrete beams to mainly explore the fatigue behavior of SD420W and SD690 steel bars.
The fatigue cumulative damage test is also carried out through the S-N curve to plan several stress difference amplitudes (fr). It was then given few limited cycle numbers(Ni) to evaluate the fatigue damage value(D), being defined as the ratio of the cycle(Ni) to the corresponding(Nfi). According to Miner’s linear cumulative damage theory when the fatigue cumulative damage value D=1, the tested beam will be destroyed. By such a experimental study, a proper fatigue cumulative damage theorem can be verified.
According to the previous high-strength reinforced concrete beam fatigue test 〔13、14〕 and the results obtained from this research, the S-N curves of SD420W deformed reinforcement and SD690 thread deformed reinforcement are similar to the empirical formula proposed by Helgason. The fatigue fractural area is also measured to SD420W deformed steel bar and the SD690 thread deformed steel bar after fatigue fracture occurred, the fatigue crack area of the two types of bars is about 80% for SD420W bars, and about 6% for SD690 bars. The fracture surface of the SD690 bar is very flat in comparison with the SD420W bar.
The result of the fatigue cumulative damage test showed the fatigue cumulative damage values did not match the Miner rule, which is linearly cumulated damage value to the theoretical D=1. However, the fatigue cumulative damage values obtained according to the Minin′s rule modified by Hashin were pleasantly consistent with the experimental results.
關鍵字(中) ★ RC 梁
★ SD420W 竹節鋼筋
★ SD690 螺紋節鋼筋
★ 疲勞行為
★ 疲勞累積損傷定理
關鍵字(英)
論文目次 摘要 i
Abstract iii
誌謝 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiv
符號說明 xvi
一、 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的及方法 1
二、 文獻回顧 3
2.1 混凝土疲勞之相關研究 3
2.2 混凝土潛變之相關研究 3
2.3 混凝土彈性模數之相關研究 5
2.4 鋼筋疲勞之相關研究 6
2.4.1 Collins〔1〕對於鋼筋疲勞之研究 6
2.4.2 ACI 215R-74〔2〕對於鋼筋疲勞之研究 6
2.4.3 Helgason等人〔8〕對於鋼筋疲勞之研究 7
2.5 鋼筋混凝土結構疲勞之相關研究 9
2.6 疲勞累積損傷定理之相關研究 10
2.7 公路橋梁設計規範〔11〕 14
2.8 普通強度鋼筋混凝土結構設計 17
2.8.1 混凝土的等效矩形應力塊 17
2.8.2 主筋之伸展長度 17
2.9 高強度鋼筋混凝土結構設計 19
2.9.1 混凝土的等效矩形應力塊 19
2.9.2 主筋之伸展長度 19
三、 試體規劃與實驗步驟 20
3.1 試體規劃 20
3.2 材料試驗 20
3.2.1 混凝土抗壓試驗 21
3.2.2 鋼筋拉伸試驗 21
3.2.3 鋼筋彎曲試驗 22
3.2.4 量測竹節尺寸r/h 22
3.3 試體設計 22
3.4 試體製作 23
3.4.1 黏貼鋼筋應變計 23
3.4.2 錨定T-head安裝 24
3.4.3 鋼筋籠製作 25
3.4.4 應變計整線 26
3.4.5 模板製作 26
3.4.6 模版內預埋母螺栓 26
3.4.7 模板組立 26
3.4.8 試體澆鑄 27
3.4.9 試體拆模與養護 27
3.4.10 試體架設 27
3.5 實驗設備 28
3.5.1 加載設備 28
3.5.2 量測系統 29
3.6 實驗方法 30
3.7 實驗數據 31
3.7.1 反覆荷重歷時 31
3.7.2 混凝土表面應變 31
3.7.3 裂縫 31
四、 實驗結果 32
4.1 靜載重試驗 32
4.1.1 試體NML 32
4.1.2 試體HML 33
4.2 疲勞載重試驗 34
4.2.1 試體HFL-0.2 (fr = 0.2fya) 34
4.2.2 試體NFL-0.7 (fr = 0.7fya) 35
4.2.3 試體NFL-0.4 (fr = 0.4fya) 37
4.3 疲勞累積損傷試驗 38
4.3.1 試體HMR_1 39
4.3.2 試體HMR_2 41
4.3.3 試體NMR 43
4.3.4 測試結果與理論值差異之探討 45
4.4 SD420W竹節鋼筋與SD690螺紋節鋼筋疲勞斷裂特性 46
4.5 混凝土反覆受壓應變之變化 47
五、 結論與建議 49
5.1 結論 49
5.2 建議 50
參考文獻 51
附錄A Response-2000分析普通強度鋼筋混凝土梁 175
附錄B Response-2000分析高強度鋼筋混凝土梁 176
附錄C 普通強度試體標稱強度計算 177
附錄D 高強度試體標稱強度計算 180
參考文獻 〔1〕 M. P. Collins, and D. Mitchell, Prestressed Concrete Structures, Pren-tice-Hall, New Jersey, 1991.
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〔4〕 Neville, A. M., Properties of Concrete, 4th ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996.
〔5〕 中國土木水利工程學會混凝土工程委員會, 鋼筋混凝土學 (土木406-100), 科技圖書, 臺北市, 民國一百年。
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〔7〕 中華民國結構工程學會、中華民國地震工程學會、國家地震工程研究中心, 高強度鋼筋混凝土結構設計手冊, 初版, 中華民國結構工程學會, 臺北市, 民國一零六年十二月。
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〔10〕 Z. Hashin, and A. Rotem, “A Cumulative Damage Theory of Fatigue Failure”, Materials Science and Engineering, pp. 147-160, 1978.
〔11〕 交通技術標準規範公路類公路工程部, 公路橋梁設計規範, 初版, 交通部, 臺北市, 民國九十八年十二月。
〔12〕 經濟部標準檢驗局, 「CNS 560 A2006 鋼筋混凝土用鋼筋」, 土木材料及品質管理相關國家標準(CNS規範), 民國九十七年九月。
〔13〕 鐘偉綸, 「鋼筋混凝土梁疲勞行為之初步研究」, 國立中央大學, 碩士論文, 民國一百零七年。
〔14〕 王勇智,鐘偉綸,葉子鉦,「鋼筋混凝土梁疲勞行為之初步研究」,第14屆結構工程研討會暨第4屆地震工程研討會,,福容大飯店,台中市,民國一百零七年十一月。
〔15〕 C. Bentz, and M. P. Collins, Programs of Response-2000, University of Toronto, V. 1.0.5, Aug. 2000.
〔16〕 Z. Hashin, “A Reinterpretation of the Palmgren-Miner Rule for Fa-tigue Life Prediction”, Journal of Applied Mechanics, Vol. 47, pp. 324-328, 1980.
指導教授 王勇智 審核日期 2019-8-16
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