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系統識別號 U0026-2508202000381500
論文名稱(中文) 以有限元素分析模擬探討地震避難桌受靜態載重下之力學行為
論文名稱(英文) Development of Seismic Furniture Mechanical Behavior for Static Load Using Finite Element Analysis
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 李宗翰
研究生(英文) Zong-Han Li
學號 N66054213
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 114頁
口試委員 指導教授-胡宣德
口試委員-王雲哲
共同指導教授-蕭輔沛
口試委員-黃炳勳
口試委員-蔡營寬
中文關鍵字 有限元素法  防震家具  地震避難桌  ABAQUS 
英文關鍵字 Finite element method  Seismic furniture  Seismic table  ABAQUS 
學科別分類
中文摘要 摘要
鑒於近年來例如921集集地震、2016年美濃地震所造成的震害發現,台灣住商混合類型建築物易因軟弱層效應而發生嚴重破壞甚至倒塌,加上台灣地區活動斷層甚多,其中以具高速度脈衝、地表大位移等特性的近斷層地震更具威脅性。近年台灣教育部推出了由國家地震工程研究中心執行之公立學校地震改造計劃,也就是國小校舍耐震補強,透過詳細評估進行結構性檢討,前述經費雖有國家預算執行仍屬龐大支出且私有建築無相關預算進行詳細評估,縱使可進行評估但無相關經費可以補強。本次係研擬耐震補強家具以微型補強為出發點,搭配電腦軟體建立數值模型,期望能提供評估與補強技術給國內工程師參考。
本論文根據國家地震工程研究中心(NCREE)所進行的一系列耐震家具載重實驗,耐震家具其有兩大功能,一為補強二為避難使用。本次以有限元素軟體Abaqus針對耐震桌採取靜力分析,其中針對如何建立適當的網格元素與模型以有效模擬其勁度、強度、破壞模式及非線性行為等詳加研討,針對家戶微型補強發想,採用新開發的結構材料和方法開發防震家具,針對大型家具進行結構實驗與分析,將耐震桌進行安全評估與研究方法,最後統整模擬獲得的靜態行為與相關資料,探討建築物及相關構件行為之分析技術與實務需求。
英文摘要 SUMMARY
In view of the earthquakes which happened in recent years including the 1999 Chi-Chi earthquake and the 2016 Meinung earthquake, it shows that the old existing RC frame structures in Taiwan are susceptible to severe damage or even collapsed due to the weak layer effect. Also, the effects of a near-fault ground motions often contain a long period velocity pulse and permanent ground displacement. Therefore, experts and scholars are committed to the analysis of the non-ductile RC buildings subjected to near-fault ground motions. With the large-scale specimens of the shaking table experiments and the numerical model established by computer software, it is expected to provide a great amount of information for engineers.
This paper is based on a series of component resilient loading tests and triaxial shaking table tests at the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), and evaluates seismic performance of deficiencies of non-ductile reinforced concrete structures in Taiwan. The finite element model will be done by means of using the software ABAQUS, and focus on how to mesh appropriate elements to simulate the stiffness, strength, failure and nonlinear behavior of the model. It is hoped to improve the lack of current seismic design codes and promote the developing of existing RC building methods. Finally, all the relevant data of my paper, including the material properties and the dynamic behaviors obtained by the simulation, are provided for the research on seismic behavior of reinforced concrete structures in the future.
論文目次 目錄
摘要 I
致謝 V
目錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1. 1 研究動機 1
1. 2 研究目的 3
1. 3 內容與架構 3
1. 4 研究流程 4
第二章 耐震家具載重試驗 5
2. 1 前言 5
2. 2 試體介紹 5
2. 2. 1 防震桌子TABLE 6
2. 2. 2 防震桌子尺寸說明 7
2. 3 試體製作 9
2. 3. 1 應變計貼附 9
2. 3. 2 試體澆置 13
2. 3. 3 試體測試布置 15
2. 4 量測系統布置 17
2. 4. 1 應變計量測 17
2. 4. 2 位移器量測 17
2. 5 測試步驟 18
第三章 有限元素法分析及相關規範 22
3. 1 ABAQUS元素介紹 20
3. 1. 1 有限元素法 22
3. 1. 2 元素的選擇 22
3. 1. 3 分析方法 25
3. 1. 4 靜態非線性分析(本研究採用) 25
3. 2 鋼結構設計規範 26
3. 2. 1 美國材料與試驗協會規範ASTM 26
3. 2. 2 美國鋼結構規範AISC360-16之極限強度設計法 26
3. 2. 3 台灣鋼結構極限設計規範 28
3. 2. 4 鋁合金容許應力設計規範之研究 29
3. 3 ABAQUS驗證柱挫屈驗證實驗 30
3. 3. 1 模型介紹 30
3. 3. 2 分析結果 30
3. 3. 3 驗證結果及討論 33
第四章 材料行為及柱挫屈理論 34
4. 1 前言 34
4. 2 鋼的材料特性 34
4. 3 混凝土的材料特性 37
4. 3. 1 The Drucker-Prager降伏準則 37
4. 3. 2 混凝土單軸行為 37
4. 3. 3 混凝土雙軸行為 41
4. 3. 4 混凝土三軸行為 42
4. 4 柱挫屈理論 44
4. 5 鋼材料線性小變形 45
4. 6 鋼材料線性大變形 45
4. 7 鋼材料彈塑性大變形 47
4. 8 鋼管混凝土(CFT)材料彈塑性大變形 51
4. 8. 1 混凝土變形情況 51
4. 8. 2 鋼管混凝土(CFT)變形情況 53
4. 8. 3 綜合討論 56
第五章 各類耐震桌與模擬成果 57
5. 1 試驗介紹 57
5. 1. 1 各耐震桌試體介紹 57
5. 1. 2 試驗結果 59
5. 1. 3 應變計量測 63
5. 2 耐震桌模型 64
5. 2. 1 模型介紹 64
5. 2. 2 接觸條件 64
5. 2. 3 各種類模型 65
5. 3 數值結果與比較分析 66
第六章 結論與建議 73
6. 1 結論 73
6. 2 建議 74
參考文獻 75
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