 |
|
|
|
以作者查詢圖書館館藏 、以作者查詢臺灣博碩士 、以作者查詢全國書目 、勘誤回報 、線上人數：96 、訪客IP：3.135.206.229
姓名 吳啟祥(CHI-HSIANG WU) 查詢紙本館藏 畢業系所 土木工程學系 論文名稱 配置雙橢圓鋼板消能器之鋼結構於近斷層載重作用下耐震性能研究 相關論文 檔案 [Endnote RIS 格式]
[相關文章]
[文章引用]
[完整記錄]
[館藏目錄]
至系統瀏覽論文 (2029-8-31以後開放)
摘要(中) 近斷層地震通常帶有含速度脈衝之震波，對結構物之危害遠大於同規模之遠域地震，本研究針對近斷層載重作用下，配置雙橢圓鋼板消能器之斜撐對鋼構架耐震性能提升有效性，進行探討，並以一系列構件及構架試驗，評估其強度、勁度、能量消散與有效阻尼之規模。
另為評估此設計在近斷層衝擊效應下的強健性，本研究亦參酌先前研究之成果[21]，比較其在反復載重與近斷層載重下，承載性能之差異。由試驗結果之比較得知，相較於反復載重模式，此設計在近斷層衝擊效應下，仍有穩定之承載能力，且無面外挫屈之行為發生。另由構架承載性能比較，雙橢圓鋼板消能器，既能提升其耐震性能，亦能有效維持主要結構構件之完整性，配置此設計之斜撐鋼構架，其強度能達到抗彎構架之1.83倍以上，累積總消能則可提升1.4倍以上。由此可證，抗彎構架內配置此設計於近斷層載重衝擊下，亦能大幅提升其承載能力與耐震性能，因此為一有效可行之耐震性能提升設計。摘要(英) In the past decade, the disasters caused by several well-known large earthquakes, both domestically and internationally, have drawn attention to the effects of near-fault ground motions. These earthquakes typically involve ground motions with velocity pulses, which damage to structures is bigger than the Far-Fault earthquakes. Therefore, this study focuses on evaluating the feasibility of using a previously designed[21]configuration of double-oval steel plate dampers in buckling-restrained steel frames under near-fault loading protocol. The study aims to define its application feasibility under near-fault effects, observe its structural behavior, and conduct a detailed comparison with configurations under cyclic loading protocol.
To assess its feasibility under near-fault effects, this research conducted a series of loading tests on specimens with different cross-sectional depths and eccentricities designed based on previous studies[21]. From the test results, it is evident that compared to cyclic loading patterns, this design maintains stable load-bearing capacity even under near-fault effects, with no occurrence of out-of-plane buckling behavior. Compared to moment-resisting frames, this design not only effectively preserves the integrity of the main structure but also enhances its seismic performance. Its strength can exceed that of moment-resisting frames by more than 1.83 times, and the cumulative energy dissipation can also increase by more than 1.4 times. This indicates that incorporating this design into moment-resisting frames significantly enhances their load-bearing capacity and seismic performance, making it an effective and feasible design solution.關鍵字(中) ★ 近斷層載重
★ 雙橢圓鋼板消能器
★ 滑動斜撐
★ 抗彎構架關鍵字(英) ★ near-fault effects
★ dual-oval steel plate damper
★ sliding brace
★ moment-resisting frame論文目次 目錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
表目錄 VIII
圖目錄 IX
照片目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 3
1-3 研究內容與方法 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 抗彎構架相關研究 5
2-2 梁柱接頭相關研究 6
2-3 同心斜撐相關研究 8
2-4 金屬降伏型阻尼器 8
2-5 圓環形消能器相關研究 9
2-6 橢圓形鋼板曲線消能器相關研究 9
2-7 雙橢圓鋼板曲線消能器相關研究 10
2-8 鋼結構設計相關規定 11
2-8-1 強柱弱梁設計[10] 11
2-8-2 梁柱彎矩強度比設計[10] 12
2-8-3 柱強度要求[10] 13
2-8-4 梁柱腹板交會區設計[10] 13
2-8-5 斜撐構材設計[10] 14
2-8-6 斜撐接合設計[10] 15
2-8-7 含被動消能系統建築物之設計 16
2-9 近斷層相關研究 17
2-9-1 近斷層地震之特性 17
2-9-2 近斷層地震對結構之影響 18
2-9-3 近斷層衝擊載重之加載歷時 19
第三章 理論分析 20
3-1 前言 20
3-2 雙橢圓鋼板消能器 20
3-2-1 雙橢圓鋼板消能器之受力分析[21] 21
3-2-2 雙橢圓鋼板消能器之強度計算 24
3-2-3 雙橢圓鋼板消能器之剪應力計算 25
3-3 特殊滑動斜撐之設計與分析[21] 26
3-4 等效阻尼之計算 27
3-5 ANSYS有限元素模型建立 27
第四章 實驗規劃與流程 34
4-1 前言 34
4-2 實驗規劃與研究參數 34
4-3 試體標號 35
4-3-1 構件試驗 35
4-3-2 構架試驗 35
4-4 試體製作 36
4-4-1 雙橢圓鋼板消能器 36
4-4-2 斜撐系統 36
4-4-3 構架系統 36
4-5 試驗設備 37
4-6 試驗方法 39
4-6-1 雙橢圓鋼板消能器之構件試驗方法 39
4-6-2 雙橢圓鋼板消能器之構架試驗方法 40
4-7 加載歷時 41
第五章 實驗結果觀察 43
5-1 前言 43
5-2 構件試驗之結果與觀察 44
5-2-1 DO-30-250 44
5-2-2 DO-40-290 45
5-2-3 DO-45-290 46
5-3 構架試驗之結果與觀察 48
5-3-1 MF 48
5-3-2 FD-30-250 48
5-3-3 FD-45-290 50
第六章 結果分析與比較 53
6-1 前言 53
6-2 近斷層載重構件試驗之結果比較 54
6-2-1 強度包絡線 54
6-2-2 勁度 54
6-2-3 累積能量消散與能量強度趨勢線 54
6-2-4 小結 55
6-3 近斷層載重構架試驗之結果比較 55
6-3-1 FD-30-250與MF之比較 55
6-3-2 FD-45-290與MF之比較 56
6-4 近斷層載重與反復載重[21]之構件試驗結果比較 57
6-4-1 DO-30-250 57
6-4-2 DO-40-290 58
6-4-3 DO-45-290 59
6-5 近斷層載重與反復載重[21]之構架試驗結果比較 60
6-5-1 MF 60
6-5-2 FD-30-250 61
6-5-3 FD-45-290 62
6-6 有限元分析軟件ANSYS與整體試驗之結果比較 64
第七章 結論與建議 65
7-1 結論 65
7-2 建議 66
參考文獻 68
表目錄
表3- 1材料試驗結果 72
表3- 2 Chaboche材料參數 72
表4- 1構件試驗之試體編號與尺寸 72
表4- 2構架試驗之試體編號與尺寸 72
表4- 3構架試驗加載歷時 73
表4- 4構件試驗加載歷時 74
表5- 1構件試驗降伏強度與理論值 75
表5- 2構件試驗承載性能結果 75
表5- 3構架試驗承載性能結果 75
表5- 4 FEMA 356 構架性能目標[32] 75
表6- 1構架試驗耐震性能之比較 76
表6- 2構件試驗與反覆載重[20]結果之比較 76
表6- 3構架試驗與反覆載重[20]結果之比較 77
表6- 4 ANSYS與構件試驗結果之比較 77
表6- 5 ANSYS與構架試驗結果之比較 78
表6- 6近斷層載重與反覆載重[20]之等效阻尼比峰值比較 78
圖目錄
圖2- 1圓環形鋼板消能器焊道斷裂情形[15] 79
圖2- 2 配置圓環形鋼板消能器之斜撐構架[19] 79
圖2- 3橢圓形鋼板消能器[19] 80
圖2- 4雙橢圓鋼板消能器[20] 80
圖2- 5 近斷層載重加載歷時 81
圖2- 6近斷層載重與一般載重模式之比較 81
圖3- 1 配置雙橢圓鋼板消能器之滑動斜撐 82
圖3- 2 消能器位移示意圖 82
圖3- 3 消能器傳力示意圖 83
圖3- 4 四分之一之消能器幾何關係示意圖 83
圖3- 5 四分之一之消能器贅餘力與外力示意圖 84
圖3- 6 (a)外力與(b)贅餘力對桿件所造成的彎矩 84
圖3- 7 消能器受力之內力示意圖 85
圖3- 8斷面幾何與應力關係示意圖 85
圖3- 9 (a)曲線弧之塑性鉸位置 (b)曲線弧簡化成定向支承示意圖 86
圖3- 10 SRDs與斜撐連接模式示意圖[15] 86
圖3- 11 (a)斜撐與構架鉸接 (b)傳統SRDs之斜撐(上)、具滑槽之斜撐(下)示意圖[19] 86
圖3- 12 斜撐與消能器相對滑動關係示意圖 87
圖3- 13 滑動斜撐與消能器之組合圖 87
圖3- 14 Coupon test應力應變曲線 88
圖3- 16 構件試驗分析模型之邊界條件 89
圖3- 17 構架試驗分析模型之邊界條件 90
圖3- 18 分析模型之網格大小示意圖 90
圖4- 1 消能器幾何與標號之關係示意圖 91
圖4- 2 構件試驗標號說明 91
圖4- 3 構架試驗標號說明 92
圖4- 4 斜撐系統細部 92
圖4- 5 構件試驗之尺寸 93
圖4- 6 構架試驗之尺寸 93
圖4- 7 構件試驗配置圖 94
圖4- 8 構架試驗配置圖 94
圖4- 9 構件試驗應變計配置 95
圖4- 10 構架試驗應變計配置 95
圖4- 11 構件試驗位移加載歷時 96
圖4- 12 構架試驗位移加載歷時 96
圖5- 1 DO-30-250-N試體之遲滯迴圈 97
圖5- 2 DO-30-250-N試體之強度包絡線 97
圖5- 3 DO-30-250-N試體之強度能量趨勢線 98
圖5- 4 DO-30-250-N試體之對稱應變計數據 98
圖5- 5 DO-30-250-N試體之拉壓應變計數據 99
圖5- 6 DO-30-250-N試體之降伏位移應變計數據 99
圖5- 7 DO-40-290-N試體之遲滯迴圈 100
圖5- 8 DO-40-290-N試體之強度包絡線 100
圖5- 9 DO-40-290-N試體之強度能量趨勢線 101
圖5- 10 DO-40-290-N試體之對稱應變計數據 101
圖5- 11 DO-40-290-N試體之拉壓應變計數據 102
圖5- 12 DO-40-290-N試體之降伏點應變計數據 102
圖5- 13 DO-45-290-N試體之遲滯迴圈 103
圖5- 14 DO-45-290-N試體之強度包絡線 103
圖5- 15 DO-45-290-N試體之強度能量趨勢線 104
圖5- 16 DO-45-290-N試體之對稱應變計數據 104
圖5- 17 DO-45-290-N試體之拉壓應變計數據 105
圖5- 18 DO-45-290-N試體之降伏點應變計數據 105
圖5- 19 MF-N試體之遲滯迴圈 106
圖5- 20 MF-N梁之應變計數據 106
圖5- 21 MF-N試體之強度包絡線 107
圖5- 22 MF-N試體之強度能量趨勢線 107
圖5- 23 FD-30-250-N試體之消能器降伏點應變計數據 108
圖5- 24 FD-30-250-N梁之應變計數據 108
圖5- 25 FD-30-250-N試體之遲滯迴圈 109
圖5- 26 FD-30-250-N試體之強度包絡線 109
圖5- 27 FD-30-250-N試體之強度能量趨勢線 110
圖5- 28 FD-45-290-N試體之消能器降伏點應變計數據 110
圖5- 29 FD-45-290-N梁之應變計數據 111
圖5- 30 FD-45-290-N試體之遲滯迴圈 111
圖5- 31 FD-45-290-N試體之強度包絡線 112
圖5- 32 FD-45-290-N試體之強度能量趨勢線 112
圖6- 1構件試驗強度包絡線之比較 113
圖6- 2 構件試驗強度勁度之比較 113
圖6- 3構件試驗累積能量消散之比較 114
圖6- 4構件試驗強度能量趨勢線之比較 114
圖6- 5 構架試驗強度包絡線之比較 115
圖6- 6 構架試驗勁度之比較 115
圖6- 7構架試驗正規化勁度之比較 116
圖6- 8構架試驗累積能量消散之比較 116
圖6- 9構架試驗強度能量趨勢線之比較 117
圖6- 10近斷層載重與反復載重下之 DO-30-250試體遲滯迴圈比較 117
圖6- 11近斷層載重與反復載重下之DO-30-250試體強度包絡線比較 118
圖6- 12近斷層載重與反復載重下之DO-30-250試體勁度比較 118
圖6- 13近斷層載重與反復載重下之DO-30-250試體累積能量消散比較 119
圖6- 14近斷層載重與反復載重下之DO-40-290試體遲滯迴圈比較 119
圖6- 15近斷層載重與反復載重下之DO-40-290試體強度包絡線比較 120
圖6- 16近斷層載重與反復載重下之DO-40-290試體勁度比較 120
圖6- 17近斷層載重與反復載重下之DO-40-290試體累積能量消散比較 121
圖6- 18近斷層載重與反復載重下之DO-45-290試體遲滯迴圈比較 121
圖6- 19近斷層載重與反復載重下之DO-45-290試體強度包絡線比較 122
圖6- 20近斷層載重與反復載重下之 DO-45-290試體勁度比較 122
圖6- 21近斷層載重與反復載重下之DO-45-290試體累積消散能量比較 123
圖6- 22近斷層載重與反復載重下之抗彎構架遲滯迴圈比較 123
圖6- 23近斷層載重與反復載重下之抗彎構架強度包絡線比較 124
圖6- 24近斷層載重與反復載重下之抗彎構架勁度比較 124
圖6- 25近斷層載重與反復載重下之抗彎構架累積能量消散比較 125
圖6- 26近斷層載重與反復載重下之FD-30-250試體遲滯迴圈比較 125
圖6- 27近斷層載重與反復載重下之FD-30-250試體強度包絡線比較 126
圖6- 28近斷層載重與反復載重下之FD-30-250試體勁度比較 126
圖6- 29近斷層載重與反復載重下之FD-30-250試體累積能量消散比較 127
圖6- 30近斷層載重與反復載重下之FD-45-290試體遲滯迴圈比較 127
圖6- 31近斷層載重與反復載重下之FD-45-290試體強度包絡線比較 128
圖6- 32近斷層載重與反復載重下之FD-45-290試體勁度比較 128
圖6- 33近斷層載重與反復載重下之FD-45-290試體累積能量消散比較 129
圖6- 34 DO-30-250-N試體與ANSYS分析之比較 129
圖6- 35 DO-40-290-N試體與ANSYS分析之比較 130
圖6- 36 DO-45-290-N試體與ANSYS分析之比較 130
圖6- 37 MF-N試體與ANSYS分析之比較 131
圖6- 38 FD-30-250-N試體與ANSYS分析之比較 131
圖6- 39 FD-45-290-N試體與ANSYS分析之比較 132
照片目錄
照片3- 1 Coupon test試驗情形 133
照片4- 1清潔後之雙橢圓鋼板消能器 133
照片4- 2 刷上石灰漆之雙橢圓鋼板消能器 134
照片4- 3中央大學大型力學實驗館 134
照片5- 1 DO-30-250-N試體構件試驗配置 135
照片5- 2 DO-30-250-N試體石灰漆略微剝落 135
照片5- 3 DO-30-250-N試體石灰漆剝落情形 136
照片5- 4 DO-30-250-N試體構件試驗後之外觀 136
照片5- 5 DO-40-290-N試體構件試驗配置 137
照片5- 6 DO-40-290-N試體石灰漆略微剝落 137
照片5- 7 DO-40-290-N試體石灰漆大面積剝落 138
照片5- 8 DO-40-290-N試體構件試驗後之外觀 138
照片5- 9 DO-45-290-N試體構件試驗配置 139
照片5- 10 DO-45-290-N試體石灰漆略微剝落 139
照片5- 11 DO-45-290-N試體石灰漆大面積剝落 140
照片5- 12 DO-45-290-N試體構件試驗後之外觀 140
照片5- 13 MF-N試體構件試驗配置 141
照片5- 14 MF-N梁上石灰漆剝落情形 141
照片5- 15 FD-30-250-N試體構架試驗配置 142
照片5- 16 FD-30-250-N試體石灰漆剝落情形 142
照片5- 17 FD-30-250-N梁上石灰漆剝落情形 143
照片5- 18 FD-30-250-N構架試驗後之梁與鉸接 143
照片5- 19 FD-30-250-N試體構架試驗後之外觀 144
照片5- 20 FD-45-290-N試體構架試驗配置 144
照片5- 21 FD-45-290-N試體石灰漆大面積剝落 145
照片5- 22 FD-45-290-N梁上石灰漆剝落情形 145
照片5- 23 FD-45-290-N試體構架試驗後之外觀 146參考文獻 1. Krawinkler, H., “Shear in Beam-Column Joint in Seismic Design of Steel Frames”, Engineering Journal, AISC, Vol.15, pp.82-91, 1978.
2. O. Atlayan and F. A. Charney, "Effect of strong-column weak-beam ratio and column depths on steel special moment frame behavior," NCEE 2014 - 10th U.S. National Conference on Earthquake Engineering: Frontiers of Earthquake Engineering, 2014.
3. AISC 341-16, American Institute of Steel Construct, "Seismic Provisions for Structural Steel Buildings," Chicago, USA, 2016.
4. Tsai, K.C. and Popov, E.P., “Seismic Panel Zone on Elastic Story Drift in Steel Moment Resistance Frames”, Journal of Structural Engineering-ASCE, Vol.116, No.12, pp. 3285-3301, 1990.
5. Taranath, B.S., “Structural analysis and design of tall buildings”, McGraw-Hill Company, New York, 1988.
6. Bruneau, M., Uang C. and Whittaker A., “Ductile Design of Steel Structures”, McGraw-Hill Company, New York, 1998.
7. Civjan, S.A., Engelhardt, M.D., and Gross, J.L., “Retrofit of Pre-Northridge Moment-Resisting Connections”, Journal of Structural Engineering-ASCE, Vol.126, Iss.4, p445-452, 2000.
8. Aziznamini, A., and Radziminiski, J.B., “Static and cyclic performance of semi-rigid steel beam-to-column connections”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.115, No.12, pp.2979-2999, 1989.
9. Youssef, N.F.G., Bonowitz, D., and Gross, J.L., “A survey of steel moment-resisting frame buildings affected by the 1994 Northridge Earthquake,” Report No. NISTIR 5625, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1995.
10. 內政部國土管理署，「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」，2010。
11. Tremblay, R., “Seismic behavior and design of concentrally braced steel frames”, Engneering Journal, Vol.38, No.3, pp.148-160, 2001.
12. W. N. Deulkar, C. D. Modhera and H. S. Patil, "Buckling Restrained Braces for vibration control of building structure," Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, vol. 22, no. 3, pp. 160-170, 2016.
13. A. Javanmardi, Z. Ibrahim, K. Ghaedi, H. B. Ghadim and M. U. Hanif, "State-of-the-Art Review of Metallic Dampers: Testing, Development and Implementation," Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 27, no. 2, pp. 455-478, 2020.
14. H. Maneetes, Development of a seismic dissipating mechanism for precast concrete cladding panels, Pennsylvania State: The Pennsylvania State University, 2007.
15. Mojtaba Gorji Azandariani , Hamid Abdolmaleki , Ali Gorji Azandariani “Numerical and analytical investigation of cyclic behavior of steel ring dampers (SRDs)”.
16. H.-L. Hsu and H. Halim, "Improving seismic performance of framed structures with steel curved dampers," Engineering Structures, vol. 130, pp. 99-111, 2017.
17. A. Benavent-Climent, "A brace-type seismic damper based on yielding the walls of hollow structural sections," Engineering Structures, vol. 32, no. 4, pp. 1113-1122, 2010.
18. S. Maleki, S. Bagheri, Pipe damper, Part I: experimental and analytical study, J. Constr. Steel Res. 66 (2010) 1088–1095
19. Z.Andalib, M. A. Kheyroddin, Ali and M. Bazzaz, “Experimental investigation of the ductility and performance of steel rings constructed from plates”, Journal of Constructional Steel Research , pp.77-88, 2014.
20. Dang, T., “Performance Improvement of Braced Frame with Oval Plate Dampers”，國立中央大學土木工程學系，碩士論文，2021。
21. 吳秉叡, 「配置雙橢圓形鋼板消能器之斜撐鋼構架耐震性能研究」，國立中央大學土木工程學系，碩士論文，2022。
22. ASTM, “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials” , 2016.
23. 內政部國土管理署，「建築物耐震設計規範及解說」，台北，2011。
24. Bertero, V.V., Mahin, S.A. and Herrera, R.A. "Aseismic design implications of San Fernando earthquake records′, Earthquake Engneering and Structural Dynamics. 6(1), 1978, pp.31-42. 1978.
25. Anderson, J.C. and Bertero, V.V. "Uncertainties ineastablishing design earthquake", Journal of Structural Engineering,ASCE113(8),1987,PP.1709-1724. 1987.
26. Krawinkler, H." Loading Histories For Cyclic Tests in Support of Performance Assessment of Structural Components", Dept of Civil and Environmental, Stanford University; Stanford, CA, pp.1-6. 2009.
27. Ronnie Kamai and Norman Abrahason,"Are Near-Fault Fling Effects Captured in the NEW NGA West2 Ground Motion Models." Earthquake Spectra, Vol.31, No.3, pp1629-1645. 2015.
28. Jack W. Baker,"Quantitative Classification of Near-Fault Ground Motions Using Wavelet Analysis." Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.97, No.5, pp.1486-1501. 2007.
29. Hall, J. F., Heaton, T. H., Halling, M. W. and Wald, D. J.,"Near-source Ground Motion and Its Effects on Flexible Buildings,"Earthquake Spectra, Vol. 2. 1995.
30. Mourad Attalla, Paret, T. and Freeman, S.,"Near-source behavior of buildings under pulse-type earthquakes." In 6th U.S.National Conference on Earthquake Engineering. 1998.
31. Asher, J. W., Hoskere, S. N., Ewing, R. D., Mayes, R. L., Button, M.R., and Van Volkinburg, D. R."Performance of Seismically Isolated Structures in the 1994 Northridge and 1995 Kobe Earthquakes,"Building to Last, Leon Kempner, Jr. and Colin B. Brown, Editors,Proceedings of Structures Congress XV, Published by ASCE,pp.1128~1132. 1997.
32. Chopra AK., “Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering”, 2nd ed. Englewood Cliffs: prentice Hall, 2001.
33. Federal Emergency Management Agency (FEMA), “Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings”, Report No. FEMA 356, pp.38-42, 2000.指導教授 許協隆 審核日期 2024-8-20 推文 plurk
funp
live
udn
HD
myshare
netvibes
friend
youpush
delicious
baidu
網路書籤 Google bookmarks
del.icio.us
hemidemi
facebook
twitter
google
reddit