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研究生: 江明松
Chiang, Mieng-Sueng
論文名稱: 系統支撐架在不同邊界條件下之受力行為研究
Study on Forces of System Scaffolds under Different Boundary Conditions
指導教授: 朱聖浩
Ju, Shen-Haw
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系碩士在職專班
Department of Civil Engineering (on the job class)
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 169
中文關鍵詞: 系統支撐架邊界條件剛接半剛接有限元素法數值分析
外文關鍵詞: ring scaffold system, nonlinear finite-element analysis, boundary conditions, rigid-connection beam method, mathematical simulations
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  • 土木建築工程施工,以支撐系統安全為首要;如發生倒塌失敗,常造成人員財物之重大損失。本文探討三維系統支撐架在不同邊界條件下之桿件受力行為,以支撐架施工可能遇到之組搭邊界條件為例,以三維有限元素數值計算分析方法,分析桿件在不同邊界條下之受力行為,並就不同邊界條件下之桿件受力情形,加以比較闡釋,探討邊界條件對支撐架桿件受力之影響程度等,以掌握系統支撐架結構力學行為,使有利於系統支撐架極限承載力分析計算之應用參考。
    研究內容為建立系統支撐架三維有限元素分析之結構總體勁度矩陣模型,以數值計算方法,利用MATLAB程式語言工具建立執行程式,進行線性分析,並以單座三層單排單跨系統支撐架為例,探討在不同邊界條件下之桿件受力行為,為進一步以程式語言數值計算方法,進行三維構架非線性分析之研究建立基礎。
    本研究以150cmx150cm之三層單排單跨系統支撐架為例,以三維有限元素幾何線性理論分析方法,建立系統支撐架三維有限元素數值分析模型,將支撐架按不同類型桿件分類及離散化後,以有限元素法建立剛接模式及半剛接模式之系統支撐架三維總體勁度矩陣,再利用力與位移關係及邊界條件,進行數值分析,並就結果探討在不同邊界條件下,桿件之受力變化情形。

    During the construction of buildings and bridges, the safety of template supporting system is the most important key. A failure of scaffold structures has sometimes happened, which causes series problems of properties and human live. Thus, the main purpose of this thesis is to evaluate the ultimate bearing capacity of steel scaffold structures using three different level steel experiments and mathematical simulations, discuss the steel behavior with external forces loaded in different boundary conditions. Using MATLAB language to develop three-dimensional nonlinear finite-element analysis models.
    Three common ledger lengths frequently used in the domestic construction sites were utilized to build the “three-story one-row one-bay” scaffold system specimens, including the row length and bay length of 1.5mx1.5m, for the loading tests to understand the bay length and row length influences to load capacity by using three-dimensional nonlinear finite-element analysis models, uses discretize, a whole ring scaffold system of the rigid-connection beam and the semi-rigid connection beam methods therefore can be developed. Then uses the relation between load and displacement as well as the boundary conditions to calculate the loading force of the ring scaffold system.

    摘要.......I ABSTRACT......II 誌謝......VI 目錄.......VII 圖目錄....... IX 表目錄....... XV 第一章 緒論... .... 1 1.1 前言...... 1 1.2 研究動機...... 5 1.3 研究目的...... 6 1.4 研究方法與步驟...... 8 第二章 文獻探討...... 9 2.1 文獻回顧...... 9 2.2 各國系統支撐架之規範比較... 13 2.3 支撐倒塌案例..... 22 2.4 預防改善措施..... 23 第三章 三維系統支撐架有限元素分析.... 26 3.1 基本假設條件..... 26 3.2 桿件元素類型與材料斷面性質... 29 3.3 桿件與節點編號..... 30 3.4 定義座標系與彎曲平面..... 33 3.5 桿件作用力代號與單位..... 34 3.6 邊界條件設定..... 35 3.7 外力載重設定..... 44 第四章 三維系統支撐架數值分析模式.... 45 4.1 前言....... 45 4.2 建立桿件元素勁度矩陣..... 46 4.3 有限元素力與位移關係..... 56 4.4 支撐架有限元素數值分析流程... 57 第五章 系統支撐架桿件受力行為分析.... 58 5.1 單支桿件軸向極限承載力..... 58 5.2 支撐架桿件受力行為探討與比較... 64 5.3 小結....... 86 第六章 結論與建議...... 165 參考文獻...... 169

    1.張智奇,「大型模板支撐之系統式支撐架安全性能評估與測試」,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,台北(2012)。
    2.彭瑞麟、王鍾勝、鄭宏彬,「不同組搭形式系統支撐架承載力之試驗研究」,中華民國力學學會第二十七屆學術研討會論文集,pp.431-438,台南(2003)。
    3.實固股份有限公司,「圓盤系統重型支撐架型錄」,台中(2013)。
    4.戴健翔,「系統式施工架承載力之案例研究」,國立成功大學土木工程研究所碩士論文,台南(2013)。
    5.Daryl L. Logan,A First Course in the Finite Element Method, Fourth Edition,CENGAGE Learning, U.S.,2011。
    6.Kim J.R. Rasmussen,“Investigation of geometric imperfections and joint stiffness of support scaffold systems.”,Journal of Constructional Steel Research,Vol.67,Iss.4,pp.576-584,April 2011。
    7.U.Prabhakaran & M.H.R Godley, R.G.Beale,“Three-dimensional second order analysis of scaffolds with semi-rigid connections.”,Tubular Structures XI– Proceedings of the 11th International Symposium and 11W International Conference on Tubular Structures,pp.203-210,September 2006。

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