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系統識別號 U0026-2708201309233800
論文名稱(中文) 耐火鋼與普通鋼及相關梁柱接頭銲道火害後反覆載重行為之研究
論文名稱(英文) The Study on Cyclic Behaviors of Fire-Resistant Steel, Normal Structural Steel and the Related Beam-to-Column Connection Welds after Fire
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 陳兆誼
研究生(英文) Zhao-Yi Zhen
學號 N66001414
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 260頁
口試委員 指導教授-鍾興陽
口試委員-朱聖浩
口試委員-蔡武松
口試委員-黃慶淵
口試委員-黃武龍
中文關鍵字 耐火鋼  銲道  熱處理  火害後  有限元素分析  梁柱接頭  反覆載重試驗 
英文關鍵字 Fire-Resistant Steel  Weld Pass  Heat Treatment  Post Fire  Finite-Element Analysis  Beam-to-Column Connection  Cyclic Loading Test 
學科別分類
中文摘要 本論文主要在研究耐火等級SN490C-FR鋼材、耐震等級SN490B鋼材以及對應此兩種鋼材於梁柱接頭銲接用之兩種電熱熔渣銲(ESW)銲道與兩種包藥銲線電弧銲(FCAW)銲道在火害前後受到反覆載重作用下之材料行為,本研究將前述的每種材料進行五種溫度處理(未熱處理、800ºC氣冷、800ºC水冷、900ºC氣冷、900ºC水冷),用以模擬每種材料火害後可能的材質變化,每種溫度處理後之材料再各自製作成兩支反覆載重圓棒試體,分別進行固定應變振幅及漸增應變振幅兩種載重歷程之反覆載重試驗,藉以獲得材料於反覆載重作用下之應變硬化參數。試驗結果顯示:在未熱處理的材料中,兩種鋼材皆出現循環硬化現象,所有銲道皆呈現循環軟化現象;而所有材料在加熱900ºC後氣冷皆呈現循環硬化現象,所有材料在加熱900ºC後水冷皆呈現循環軟化現象。本研究亦將反覆載重試驗所獲得鋼材與銲道火害前後之材料應變硬化參數導入有限元素模型中,進行相同之反覆載重試驗的數值模擬,數值模擬結果顯示:所建立之有限元素數值模型在本研究探討的六種鋼材與銲道火害前後之應力與應變遲滯迴圈模擬有良好的結果。
英文摘要 This thesis mainly focused on studying the pre-fire and post-fire cyclic behaviors of fire-resistant (FR) grade steel SN490C-FR, earthquake- resistant grade steel SN490B, the two corresponding electroslag welding (ESW) materials and the two corresponding flux-cored arc welding (FCAW) materials. Five temperature treatment cases, including non-heat treatment, air-cooling after reaching 800ºC for 1 hour, water-cooling after reaching 800ºC for 1 hour, air-cooling after reaching 900ºC for 1 hour, and water-cooling after reaching 900ºC for 1 hour, were utilized to simulate the possible changes of each material after fire. Each material with a temperature treatment was manufactured into two round-bar specimens for constant-strain cyclic loading test and increased-strain cyclic loading test respectively. The test data were used to derive the strain hardening parameters for each material under cyclic loading. The test results showed that both of the two steels exhibited the cyclic hardening behavior, and all of the weld materials exhibited the cyclic softening behavior for non-heat treatment case. All the steels and weld materials demonstrated the cyclic hardening behavior for the case of air-cooling after reaching 900ºC for 1 hour, and demonstrated the cyclic softening behavior for the case of water-cooling after reaching 900ºC for 1 hour. In this study, the pre-fire and post-fire strain hardening parameters of each material were substituted into the finite-element numerical models to simulate the same cyclic test for verification. The numerical simulation results showed that the pre-fire and post-fire stress-strain hysteresis loops simulated from the developed finite-element numerical models for the considered six steels and weld materials agreed well with the experimental test results.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VIII
符號表 XXI
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究方法 5
1.4 論文架構 8
第2章 文獻回顧 12
2.1 前言 12
2.2 火害後鋼材與銲道相關研究 12
2.3 金屬材料受反覆載重後相關研究 16
第3章 有限元素分析相關理論 21
3.1 前言 21
3.2 非線性結構分析 21
3.2.1 材料非線性 21
3.2.2 邊界非線性 21
3.2.3 幾何非線性 22
3.3 工程應力與真實應力的轉換 22
3.4 彈塑性力學理論 24
3.4.1 降伏準則 24
3.4.2 塑性流法則 25
3.4.3 硬化法則 25
3.4.4 硬化參數迴歸 26
3.5 疊代收斂性 28
3.6 元素誤差影響 30
第4章 圓棒試體製作與反覆載重試驗 36
4.1 前言 36
4.2 梁柱接頭十字試體製作 37
4.2.1 試體鋼材與銲材介紹 37
4.2.2 鋼材熱處理 41
4.2.3 試體製作 44
4.3 圓棒試體製作 48
4.3.1圓棒試體規劃 48
4.3.2圓棒試體製作 48
4.3.3圓棒試體編號 50
4.4 反覆載重試驗 52
4.4.1試驗儀器介紹 52
4.4.2反覆載重試驗歷程之設定 54
4.4.3反覆載重試驗流程 54
4.5 試驗結果 55
4.6 試驗結果比較 61
4.6.1 材料受火害前後遲滯迴圈比較 61
4.6.2 耐火等級與普通等級材料部位受火害前後比較 65
4.6.3 梁柱接頭內鋼材與相關銲道火害前後比較: 68
4.7 小結 72
第5章 反覆載重圓棒試體之有限元素模擬 170
5.1 有限元素模型之建立 170
5.1.1數值模型選定與命名 170
5.1.2數值模型設定 171
5.2 硬化參數迴歸結果 173
5.2.1循環應變硬化(Cyclic Strain Hardening) 173
5.2.2循環應變軟化(Cyclic Strain Softeniing) 173
5.3 反覆載重數值模擬結果 174
第6章 結論與建議 248
6.1 結論 249
6.2 建議 255
參考文獻 256
自述 260
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