箱型鋼結構於三維載重下之承載行為

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曹哲瑋(Che-Wei Tsao) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

箱型鋼結構於三維載重下之承載行為

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摘要(中)

摘要
對於單柱系統，多維地震力下容易產生彎矩及扭矩的組合載重，減低構件強度與韌性。在地震頻繁的台灣，鋼結構被廣泛地應用在橋梁及房屋的耐震設計上。箱形斷面除了具有較高的強度/質量比、雙軸皆具有較高之抗彎強度，並且具有較開放型斷面高之扭矩強度和側向扭轉挫屈強度等特性。所以此種斷面極適合應用在橋墩設計及柱設計上。
當結構物受強烈地震擾動時，構件在此複雜組合載重作用下，結實斷面仍有可能因此產生局部挫屈而破壞。本篇論文以三組不同斷面參數之結實斷面共二十一個，分別進行軸力、彎矩、扭矩之三維組合載重實驗，以此探討箱型斷面在局部挫屈發生後強度遞減的變化，以及不同斷面參數在反覆荷重下，軸向力對構件斷面挫屈強度及韌性之影響。

摘要(英)

ABSTRACT
Steel structures possess high strength and significant ductility thus are effective structural forms for earthquake-resistant designs. In general, structures designed for seismic resistant purposes must develop effective performance when they are subjected to general combined loads, including axial load, bending moment and torsion. This study is focused on the experimental evaluation of seismic performance of hollow steel box sections under combined three-dimensional load. Although hollow steel box sections possess high torsional rigidity and significant flexural strength on both directions, the member’s flexural performance is affected when coupled torsion is applied because twisted sections will alter the flexural characteristics of the sections.
A series of three-dimensional loading tests of hollow steel box members with different aspect ratios were conducted to evaluate the members’ performance under earthquakes. Test results show that the member’s flexural performance is governed by the section’s aspect ratio as well as the magnitude of applied torsion. An interaction equation among axial load, bending moment and torsion is also proposed for design references.

論文目次

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
照片目錄 X
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 研究方向與內容 2
第二章文獻回顧 4
2-1 相關研究 4
2-2 相關設計規範 6
2-2-1 寬厚比 6
2-2-2 柱之有效長度係數 8
2-2-3 容許應力設計法對壓力構件之設計規範 8
2-2-4 極限強度設計法對壓力構件之設計規範 9
2-2-5 受壓構材承受彎矩與軸力交互作用時，需滿足極限設計法規範之規定 10
第三章理論闡述 11
3-1 純鋼管撓曲強度 11
3-2 純鋼管扭轉強度 12
3-3 柱的現代設計理論 13
第四章實驗規劃與流程 15
4-1 實驗規劃 15
4-1-1 研究參數 15
4-1-2 試體編號說明 16
4-1-3 試體製作 16
4-1-4 實驗週邊設備 17
4-2 實驗方法與流程 18
第五章實驗觀察與分析 22
5-1 實驗觀察 22
5-1-1 加載模式M系列 22
5-1-2 加載模式MP系列 24
5-1-3 加載模式S-MT系列 26
5-1-4 加載模式S-MTP系列 27
5-1-5 加載模式L-MT系列 29
5-1-6 加載模式L-MTP系列 31
5-1-7 加載模式T系列 32
5-2 實驗結果分析 34
5-2-1 破壞模式 34
5-2-2 構件極限強度 35
5-2-3 勁度衰減分析 35
5-2-4 能量消散分析 36
5-2-5 強度衰減分析 37
第六章結論與建議 41
6-1 結論 41
6-2 建議 42
參考文獻 43
表目錄
表2.1 常見的柱有效長度係數 46
表4.1 實驗試體斷面與其性質 47
表5.1 位移加載歷時 48
表5.2 試體之降伏位移比與挫屈位移比 49
表5.3 試體之降伏強度與極限強度 50
表5.4 試體之極限彎矩強度與極限扭矩強度 51
圖目錄
圖4.1 試體斷面示意圖 52
圖4.2 彎矩載重實驗配置圖 53
圖4.3 彎矩與軸力組合載重實驗配置圖 54
圖4.4 彎矩與扭矩組合載重實驗配置圖 55
圖4.5 三維組合載重實驗配置圖 56
圖4.6 純扭矩載重實驗配置圖 57
圖5.1 試體M-A荷重-位移關係圖 58
圖5.2 試體M-B荷重-位移關係圖 58
圖5.3 試體M-C荷重-位移關係圖 59
圖5.4 試體MP-A荷重-位移關係圖 59
圖5.5 試體MP-B荷重-位移關係圖 60
圖5.6 試體MP-C荷重-位移關係圖 60
圖5.7 試體S-MT-A荷重-位移關係圖 61
圖5.8 試體S-MT-B荷重-位移關係圖 61
圖5.9 試體S-MT-C荷重-位移關係圖 62
圖5.10 試體S-MTP-A荷重-位移關係圖 62
圖5.11 試體S-MTP-B荷重-位移關係圖 63
圖5.12 試體S-MTP-C荷重-位移關係圖 63
圖5.13 試體L-MT-A荷重-位移關係圖 64
圖5.14 試體L-MT-B荷重-位移關係圖 64
圖5.15 試體L-MT-C荷重-位移關係圖 65
圖5.16 試體L-MTP-A荷重-位移關係圖 65
圖5.17 試體L-MTP-B荷重-位移關係圖 66
圖5.18 試體L-MTP-C荷重-位移關係圖 66
圖5.19 試體T-A扭矩-扭轉角關係圖 67
圖5.20 試體T-B扭矩-扭轉角關係圖 67
圖5.21 試體T-C扭矩-扭轉角關係圖 68
圖5.22 A系列試體強度包絡線 69
圖5.23 B系列試體強度包絡線 69
圖5.24 C系列試體強度包絡線 70
圖5.25 A、B、C各系列試體強度衰減率與極限扭矩強度關係圖 70
圖5.26 A系列試體正規化勁度與位移關係圖 71
圖5.27 B系列試體正規化勁度與位移關係圖 71
圖5.28 C系列試體正規化勁度與位移關係圖 72
圖5.29 A、B、C各系列試體勁度衰減率與極限扭矩強度關係圖 72
圖5.30 A系列試體累積消能能量關係圖(1) 73
圖5.31 B系列試體累積消能能量關係圖(1) 73
圖5.32 C系列試體累積消能能量關係圖(1) 74
圖5.33 A系列試體累積消能能量關係圖(2) 74
圖5.34 B系列試體累積消能能量關係圖(2) 75
圖5.35 C系列試體累積消能能量關係圖(2) 75
圖5.36 A、B、C各系列試體正規化累積能量( )與極限扭矩強度關係圖 76
圖5.37 彎矩-扭矩組合載重下之強度衰減關係圖 77
圖5.38 與B/D線性迴歸關係圖 77
圖5.39 三維組合載重下之強度衰減關係圖 78
圖5.40 A系列試體於偏心載重作用下之試體強度 78
圖5.41 B系列試體於偏心載重作用下之試體強度 79
圖5.42 C系列試體於偏心載重作用下之試體強度 79
圖5.43 因軸力施加造成之極限彎矩強度下降 80
照片目錄
照片1 實驗試體全景 81
照片2 實驗儀器 81
照片3 試體M-A之破壞情形 82
照片4 試體M-B之破壞情形 83
照片5 試體M-C之破壞情形 84
照片6 試體MP-A之破壞情形 85
照片7 試體MP-B之破壞情形 86
照片8 試體MP-C之破壞情形 87
照片9 試體S-MT-A之破壞情形 88
照片10 試體S-MT-B之破壞情形 89
照片11 試體S-MT-C之破壞情形 90
照片12 試體S-MTP-A之破壞情形 91
照片13 試體S-MTP-B之破壞情形 92
照片14 試體S-MTP-C之破壞情形 93
照片15 試體L-MT-A之破壞情形 94
照片16 試體L-MT-B之破壞情形 95
照片17 試體L-MT-C之破壞情形 96
照片18 試體L-MTP-A之破壞情形 97
照片19 試體L-MTP-B之破壞情形 98
照片20 試體L-MTP-C之破壞情形 99
照片21 試體T-A之破壞情形 100
照片22 試體T-B之破壞情形 101
照片23 試體T-C之破壞情形 102
照片24 彎矩之破壞模式 103
照片25 彎矩與扭矩聯合作用之破壞模式 103
照片26 純扭矩之破壞模式 104

參考文獻

參考文獻
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[25]中華民國結構工程學會，『鋼結構設計手冊—容許應力設計法』，科技圖書，民國九十二年。

指導教授

許協隆(Hsieh-Lung Hsu)

審核日期

2005-7-15

推文