配置X型曲線消能器之鋼構架耐震性能研究

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廖苡翔(Yi-Hsiang Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

配置X型曲線消能器之鋼構架耐震性能研究

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摘要(中)

本研究係為了改善前人設計之曲線型消能器，因其形狀不對稱，使得拉力側以及壓力側之強度有落差；若曲線消能器產生挫屈，則壓力側的強度會大幅下降。因此使用了X型的消能裝置，使之在一組消能元件受到壓力時，另一組消能元件則受到拉力，如此配置可使變形方式對稱，並在消能裝置受到較大外力壓力側發生挫屈現象時，拉力側仍能提供其強度。另為了改善曲線型消能器應力集中在彎矩最大處的現象，本研究加入了全斷面降伏的設計概念，使各斷面能有均勻的應力分佈，可以更有效率的使用材料。
為驗證上述設計的可能性，本研究針對不同的偏心距、深度以及厚度之X型曲線消能器進行了一連串的構件測試，並觀察其力學行為以及遲滯行為，並將消能器配置於抗彎構架中進行反復位移的加載測試。由實驗結果可以得知，有效解決單一側強度明顯下降的現象，並在全斷面應力降伏的設計概念下使應力均勻分布。並在構架試驗中可以之到本消能器的安裝可以有效提升抗彎構架的消能容量至3倍以上。由上述結果可之，此設計有效增加抗彎構架之耐震性能。

摘要(英)

The purpose of this study is to improve the curve damper. Due to its asymmetric shape, the strength of the tension side and the compression side is different. If the curve damper is buckled, the strength of the compression side will drop significantly. Therefore, an X-shaped curve damper is used, so that when one side of curve component is under compression, the other side of curve component is under tension. This configuration can prevent the damper from being subjected to a large external force. , the tension side still provides its strength. In addition, in order to improve the phenomenon that the stress of the curved damper is concentrated at the maximum bending moment, the design concept of fully stress is added in this study, so that each section can have a uniform stress distribution, and the material can be used more efficiently.
In order to verify the possibility of the above design, this study carried out a series of component tests for the X-shaped curve damper with different eccentricity, depth and thickness, and observed its mechanical behavior and hysteresis behavior. Load testing with repeated displacements in a moment frame. From the experimental results, it can be known that the phenomenon of obvious decrease of the strength of one side is effectively solved, and the stress is evenly distributed under the design concept of full stress reduction. And in the frame test, it can be seen that the installation of this energy dissipator can effectively increase the energy dissipation capacity of the flexural frame to more than 3 times. From the above results, this design can effectively increase the seismic performance of the flexural frame.

關鍵字(中)

★ X型曲線消能器
★ 全斷面降伏設計
★ 抗彎構架

關鍵字(英)

★ X-Shape Curved Damper
★ Fully-stress Design
★ Moment Frame

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iv
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章緒論 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 3
1-4 論文架構 3
第二章文獻回顧 5
2-1 抗彎構架相關研究 5
2-2 同心斜撐相關研究 6
2-3 梁柱接頭相關研究 6
2-4 金屬位移型制震消能之相關研究 8
2-4-1 曲線消能器相關研究 8
2-4-2 變斷面之曲線消能器相關研究 9
2-5 材料試驗相關研究 9
2-6 鋼結構設計之相關規定 9
2-6-1 強柱弱梁規定[14] 10
2-6-2 梁柱彎矩強度比規定[15] 10
2-6-3 柱的強度要求[15] 11
2-6-4 梁柱腹板交會區之設計[15] 12
2-6-5 斜撐構件設計 13
2-6-6 斜撐接合設計 15
2-6-7 含有被動消能系統建築物之設計 16
第三章理論分析 18
3-1 前言 18
3-2 X型曲線消能器 18
3-2-1 X型曲線消能器的強度計算 19
3-2-2 曲線消能器各斷面內力分析 20
3-2-3 曲線消能器之應力及剪應力計算 21
3-2-4 曲線消能器漸變斷面形狀設計 21
3-3 配置X型曲線消能器之斜撐構架之強度分析 22
3-4 ANSYS有限元素模擬分析 24
3-4-1 構件幾何模組 (Geometry) 25
3-4-2 材料屬性參數 (Engineering Data) 25
3-4-3 邊界條件設置模組(Connections) 26
3-4-4 分析步幅參數(Analysis Setting) 27
3-4-5 負載參數設置(Load) 27
3-4-6 網格參數(Mesh) 28
3-4-7 分析作業模組(Solution) 28
第四章實驗規劃與流程 29
4-1 前言 29
4-2 實驗規劃與參數設定 29
4-3 試體編號 30
4-3-1 X型曲線消能器之構件試驗 30
4-3-2 配置X型曲線消能器斜撐系統之構架試驗 31
4-4 試體製作 31
4-5 試驗設備 31
4-6 試驗方法 33
4-6-1 X型曲線消能器構件試驗方法(Component Test) 34
4-6-2 配置X型曲線消能器構架試驗方法(Frame Test) 35
4-7 位移加載歷時 36
第五章實驗結果觀察 37
5-1 前言 37
5-1-1 試體X-110-60-30 37
5-1-2 試體X-140-60-30 38
5-1-3 試體X-140-70-30 39
5-1-4 試體X-140-80-20 39
5-1-5 試體X-140-80-30 40
5-1-6 試體X-150-60-30 41
5-1-7 X型曲線消能器構件實驗性能比較 41
5-2 配置X型曲線消能器之斜撐構架承載行為 42
5-2-1 試體MF 42
5-2-2 試體FX-140-60-30 43
5-2-3 試體FX-140-80-30 43
5-2-4 構架試驗比較 44
第六章結果分析與比較 46
6-1 前言 46
6-2 X型曲線消能器理論降伏強度與實驗結果之比較 46
6-3 X型曲線消能器構件試驗之實驗結果比較 46
6-3-1 不同偏心距(e)試體之承載性能比較 46
6-3-2 不同斷面深度(d)試體之承載性能比較 47
6-3-3 針對不同寬厚比(d/t ratio)之承載性能比較 48
6-4 配置X型曲線消能器之鋼構架與抗彎構架之承載性能比較 49
6-4-1 試體FX-140-60-30與MF之比較 49
6-4-2 試體FX-140-80-30與MF之比較 49
6-5 X型曲線消能器之等效阻尼比 50
6-6 有限元素分析軟體ANSYS與實驗數據之比較 51
第七章結論與建議 53
7-1 結論 53
7-2 建議 54
參考文獻 55

參考文獻

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指導教授

許協隆(Hsieh-Lung Hsu)

審核日期

2022-9-21

推文