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研究生： 盧彥祥
Lu, Yan-Xiang
論文名稱： 銲接型鋼筋續接器應力強度因子之數值分析
Numerical Analyses for the Stress Intensity Factors of Welded Steel Couplers
指導教授： 鍾興陽
Chung, Hsin-Yang
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 141
中文關鍵詞： 銲接型鋼筋續接器 、應力強度因子 、圓盤形裂縫 、最小二乘法 、軸對稱有限元素模型 、三維有限元素模型
外文關鍵詞： Welded Steel Couplers, Stress Intensity Factor, Penny Shaped Crack, Least-Squares Method, Axisymmetric Finite Element Model, Three-Dimensional Finite Element Model
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    • 國內鋼骨鋼筋混凝土（SRC）建築常於梁柱接頭處使用銲接型鋼筋續接器續接梁之主筋於柱的鋼板面上，而鋼筋續接器與柱板銲接時，多採用部分滲透之全周式填角銲，因此在續接器與鋼板接合處會產生一固有的（inherent）圓盤形裂縫（Penny Shaped Crack），為了探討此固有裂縫於圓盤形裂縫前緣處（Crack Front）之應力強度因子與銲接型鋼筋續接器幾何形狀參數的關係，本論文主要利用軸對稱有限元素模型，計算銲接型鋼筋續接器之裂縫尖端Mode-I的應力強度因子KI值，而所探討之幾何形狀參數變因共有四種，分別為：續接器外徑、裂縫直徑、銲腳高度、銲道與柱板之夾角；由有限元素模擬分析之結果可發現，當續接器外徑與鋼筋直徑比越大時，KI越小；當裂縫直徑越大時，KI越大；當銲腳高度越大時，KI越小；當銲道與柱板之夾角越大時，KI越大。此外，本論文亦利用最小二乘法配合軸對稱與三維有限元素模型求取銲接型鋼筋續接器之應力強度因子，並討論最小二乘法用於本研究之適用性。

    In Taiwan, welded steel couplers are frequently utilized in steel reinforced concrete (SRC) buildings for connecting rebars of beams with steel column plates. The steel coupler is often fillet welded to the column plate all around the joint with partial joint penetration and therefore an inherent penny shaped crack occurs between the steel coupler and the column plate. In order to study the relationship between stress intensity factors of the inherent penny shaped crack front and geometric parameters of steel coupler, this thesis employed axisymmetric finite element models to compute the Mode-I stress intensity factors (KI) of welded steel couplers, and four kinds of geometric parameters, including steel coupler diameter, penny shaped crack diameter, weld leg height and weld toe angle (to the column plate side), were considered in this study. The numerical results from finite element analyses showed that the larger the steel coupler diameter to rebar diameter ratio, the smaller the KI; the larger the penny shaped crack diameter, the larger the KI; the larger the weld leg height, the smaller the KI; the larger the weld toe angle, the larger the KI. Besides, this thesis also employed Least-Squares Method with axisymmetric and three dimensional finite element analyses to compute the stress intensity factors of welded steel couplers and discussed the feasibility of applying Least-Squares Method on this study.

    摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VII 表目錄 XI 圖目錄 XIII 符號表 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法與範圍 3 1.4 論文架構 5 第二章 文獻回顧 9 2.1 前言 9 2.2 鋼筋續接器相關文獻 9 2.3 數值模擬相關文獻 11 第三章 數值模擬分析相關理論 15 3.1 前言 15 3.2 三維有限元素軟體分析相關理論 15 3.2.1 奇異元素 15 3.2.2 三角形元素 19 3.2.3 應力強度因子K 20 3.3 最小二乘法相關理論 21 第四章 數值模擬分析相關設定 31 4.1 前言 31 4.2 模擬試體幾何參數與組數規劃 31 4.2.1 幾何參數 32 4.2.2 組數規劃 34 4.3 參數設定與分析假設 36 4.4 模型尺寸建立與分析方法 37 4.4.1 基本模型尺寸之建立 37 4.4.2 分析方法設定 38 4.5 邊界條件與應力施加設定 39 4.5.1 邊界條件 39 4.5.2 應力施加設定 40 4.6 元素與網格設定 40 4.6.1 元素設定 40 4.6.2 網格設定 41 4.7 分析後處理程序 43 第五章 數值模擬分析結果與討論 67 5.1 前言 67 5.2 數值模擬分析結果 67 5.3 幾何參數討論 68 5.3.1 B/D對MKI之影響 69 5.3.2 2a/D對MKI之影響 70 5.3.3 h1/D對MKI之影響 70 5.3.4 γ對MKI之影響 71 5.4 內插法之應用 71 第六章 最小二乘法之應用 111 6.1 前言 111 6.2 軸對稱有限元素模型 111 6.3 三維有限元素模型 115 第七章 結論與建議 129 參考文獻 133 附錄 137 自述 141

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