系統識別號 U0026-0812200911561967 論文名稱(中文) 複合材料圍束混凝土構材受軸力行為之數值分析 論文名稱(英文) Numerical Analysis of Axially Loaded Concrete Members Confined by Fiber Reinforced Composite Materials 校院名稱 成功大學 系所名稱(中) 土木工程學系專班 系所名稱(英) Department of Civil Engineering (on the job class) 學年度 94 學期 2 出版年 95 研究生(中文) 楊清宏 研究生(英文) CHING-HUNG YANG 電子信箱 arthur@twce.org.tw 學號 n6791103 學位類別 碩士 語文別 中文 論文頁數 100頁 口試委員 口試委員-吳致平指導教授-胡宣德口試委員-鍾興陽口試委員-張昀 中文關鍵字 寬厚比  混凝土圍壓  複合材料 英文關鍵字 fiber reinforced polymer  width-to thickness ratio  concrete applied lateral pressure  FRP 學科別分類 中文摘要 本文利用有限元素軟體ABAQUS來分析複合材料圍束混凝土構材之軸向抗壓強度與其應力－應變曲線之行為。主要是藉由考慮真實的材料行為，提出較合理的非線性分析模式，利用有限元素軟體ABAQUS來執行此非線性的數值計算，經由與現有的實驗資料驗證，以確定分析模式的正確性。並討論混凝土強度、寬厚比、圍壓、混凝土軟化參數與圍束混凝土之應力應變的關係. 本文分別採九組不用強度、複合材料厚度的試體實驗做比較，結果顯示，在調整適當的圍壓值及混凝土軟化參數之後，可以準確的預測出複合材料圍束混凝土構材的軸向抗壓強度。且其應力－應變曲線的趨勢皆與實驗數據相當吻合，證明在單軸壓力作用下，本文所建議之分析模式合理且精確。 英文摘要 This paper use ABAQUS software to analyze uneasily compressive loading and relationship of axial loading and axial strain of the concrete confined by fiber reinforced polymer (FRP) composite jackets. Mainly propose more rational nonlinearity and analyze the way by considering the true material behavior, make use ABAQUS to carry out this non-linear number value to calculate. Via verifying with the existing experiment materials, exactness by way of confirming and analyzing. And the relation that the stress-strain of discussing the different concrete , width-to-thickness ratio(D/t), lateral pressure (fl)and parameter of concrete softening(k3) of concrete confined by FRP. This paper compares nine groups’ specimens of different strength of concrete, thickness of composite. The result shows, after adjusting lateral pressure (fl) value and parameter of concrete softening, the prediction that can be accurate encloses the axial compression strength of a bunch of concrete. And the trends of its stress-strain curve are all quite identical with the experimental data, the analysis way to prove this model of this paper is rational and accurate. 論文目次 章節 頁次 摘要…………………………………………………………………………I 誌謝…………………………………………………………………………III 目錄…………………………………………………………………………VI 表目錄………………………………………………………………………VII 圖目錄………………………………………………………………………VIII 第一章 緒論…………………………………………………………… 1 1.1 研究動機……………………………………………………… 1 1.2 研究目地……………………………………………………… 2 1.3 本文內容……………………………………………………… 2 第二章 複合材圍束混凝土的材料行為……………………………… 3 2.1 混凝土的材料特性…………………………………………… 3 2.1.1 混凝土單軸行為……………………………………………… 3 2.1.2 混凝土雙軸行為……………………………………………… 6 2.1.3 混凝土三軸行為……………………………………………… 7 2.2 複合材料的特性……………………………………………… 8 2.2.1 纖維……………………………………………………………10 2.2.2 基材……………………………………………………………10 2.2.3 纖維與基材之界面……………………………………………11 2.2.4 CFRP、GFRP 及AFRP 與鋼材之比較…………………………11 2.3 圍束混凝土柱之行為…………………………………………12 2.3.1 鋼管圍束混凝土之應力應變關係……………………………13 2.3.2 複合材料圍束混凝土之應力應變關係………………………14 2.4 本文使用之複合材料圍束混凝土之應力應變模型…………15 第三章 混凝土之模擬與降伏準則……………………………………17 3.1 開裂模式與壓力降伏之簡介…………………………………17 3.2 混凝土的彈－塑性模式………………………………………18 3.3 開裂檢測與彈性損壞…………………………………………22 3.4 DRUCKER－PRAGER MODELS……………………………………23 3.4.1 降伏方程式……………………………………………………23 3.4.2 材料參數之決定………………………………………………26 第四章 複合材料之分析模式…………………………………………28 4.1 正向性單層板的應力應變關係………………………………28 4.2 破壞準則………………………………………………………30 4.2.1 最大應變準則…………………………………………………31 4.2.2 Tsai－Wu破壞準則……………………………………………33 4.3 單層板應力應變在任意座標軸上的轉換關係………………36 4.4 合力與合力矩的關……………………………………………37 第五章 數值分析之結果與討論…..…………………………………39 5.1 本文採用的實驗說明及材料參數……………………………39 5.2 數值模擬的說明………………………………………………41 5.2.1 元素選擇………………………………………………………41 5.2.2 試體模擬………………………………………………………42 5.3 有限元素法之收斂性分析……………………………………42 5.3.1 LC－3L模型收斂性……………………………………………42 5.4 複合材料圍束混凝土之應力與應變之探討…………………43 5.4.1 LC－1L…………………………………………………………44 5.4.2 LC－2L…………………………………………………………44 5.4.3 LC－3L…………………………………………………………45 5.4.4 MC－1L…………………………………………………………45 5.4.5 MC－2L…………………………………………………………46 5.4.6 MC－3L…………………………………………………………46 5.4.7 HC－1L…………………………………………………………47 5.4.8 HC－2L…………………………………………………………47 5.4.9 HC－3L…………………………………………………………48 5.5 複合材料之寬厚比與混凝土所受圍壓之探討………………49 5.5.1 寬厚比與圍壓探討……………………………………………49 5.6 混凝土軟化參數與分析結果…………………………………50 5.7 不同f'c 對應CFRP破壞應變建議曲線………………………51 第六章 結論與建議……………………………………………………53 6.1 結論……………………………………………………………53 6.2 未來研究方向與建議…………………………………………54 參考文獻………………………………………………………………… 55 附圖……………………………………………………………………… 57 附錄A 複合材料FORTRAN副程式……………………………………82 附錄B ABAQUS摸擬LC-3L試體輸入檔………………………………88 附錄C ABAQUS摸擬MC-3L試體輸入檔………………………………92 附錄D ABAQUS摸擬HC-3L試體輸入檔………………………………96 參考文獻 [1]林文賓，"纖維複材疊層板在單軸及雙軸張力載重下之非線性破壞分析"，國立成功大學土木工程學系研究所博士論文，民國九十年十二月。 [2]林福銘，"纖維複合疊層材料補強鋼筋混凝土版之數值模擬"，國立成功大學土木工程研究所博士論文，民國九十四年六月。 [3]吳明憲，"加勁鋼管混凝土構材受軸力行為之數值分析"，國立成功大學土木工程研究所碩士論文，民國八十九年六月。 [4]葉芳耀，"碳纖圍束混凝土柱軸壓強度與極限應變之影響因子研究"， 國立臺灣大學土木工程學研究所博士論文，民國九十二年六月。 [5]梁玉璋，"短柱效應分析與碳纖包覆補強探討"， 國立台灣大學土木工程研究所碩士論文，民國八十九年六月。 [6]梁暘鑫，"碳纖維貼片補強受損混凝土之耐久性能測試研究"，朝陽科技大學營建工程系研究所碩士論文，民國九十二年七月。 [7]Fardis, M. N., and Khalili, H. 1982, "FRP-encased concrete as a structural material", Mag. Concrete Res., 34~122, 191–202. [8]Teng J.G. , Chen J.F., Smith S.T.,Lam L. , "FRP STRENGTHENED RC STRUCTURES", JOHN WILEY & SONS,LTD,2001,147-208. [9]Teng J.G. and Lam L., "Strength models for FRP-confined concrete", J Struct Eng, ASCE 2002;128(5),612 –23. [10]Mander, J. B., Priestley, M. J. N., and Park, R., "Theoretical Stress-Strain Model For Confined Concrete", Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 8, pp. 1804-1823, August, 1988. [11]Michel Samaan, Amir Mirmiran, Member, ASCE, and Mohsen Shahawy "Model of concrete confined by fiber composites", Journal of Structural Engineering, Vol. 124, No. 9, September, 1998, 1025-1031. [12]Miyauchi, K., Inoue, S., Kuroda, T., and Kobayashi, A. ~1999. "Strengthening effects of concrete columns with carbon fiber sheet", Trans. Jpn. Concr. Inst., 21, 143–150. [13]Richart, F. E., Brandtzaeg, A., and Brown, R. L. "A study of the failure of concrete under combined compressive stresses", Bulletin 185, Univ. of Illinois Engineering Experimental Station, Champaign, Ill, 1928. [14]Saafi, M., Toutanji, H. A., and Li, Z. ~1999. "Behavior of concrete columns confined with fiber reinforced polymer tubes ", ACI Mater. J., 96~4, 500–509. [15]Toutanji, H., and Balaguru, P. ~1998."Durability characteristics of concrete columns wrapped with fiber tow sheets", J. Mater. Civ. Eng., 10~1, 52–57. [16]Xiao Y. and Wu H., "Compressive behavior of concrete confined by carbon fiber composite jackets", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 12, No. 2, May, 2000, 139-146. 論文全文使用權限 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務，於2007-07-17起公開。同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務，於2007-07-17起公開。

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