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研究生: 林宇倫
Lin, Yu-Lun
論文名稱: 外部鋼筋混凝土梁柱接頭複合材料補強行為之數值模擬
Numerical Modeling of Exterior Reinforced Concrete Beam-Column Joint Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer
指導教授: 邱耀正
Chiou, Yaw-Jeng
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: 79
中文關鍵詞: 鋼筋混凝土梁柱接頭非線性有限元素法複合材料補強
外文關鍵詞: RC beam-column joint, nonlinear analysis, CFRP, strengthening
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  • 本文主要研究以複合材料補強鋼筋混凝土梁柱接頭之數值模擬分析,使用有限元素(Finite Element,FE)ABAQUS分析軟體模擬三維梁柱接頭與以CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymers)補強於鋼筋混凝土梁柱接頭構件之破壞行為分析。
    本文探討之重點為一座外柱原型試體JE0,與兩座震前補強試體分別為JE1、JE2。其補強方式之差異,主要為CFRP黏貼方向,JE1的CFRP黏貼方向為水平方向,JE2的CFRP黏貼方向為對角方向。針對數值模擬提出一非線性模式,來預測鋼筋混凝土梁柱接頭補強後的強度和破壞模式,並與實驗所得的數據相比較作驗證。
    本文分析結果顯示,外柱原型試體JE0以Kent與Park提出含箍筋圍束之經驗公式,其破壞包絡線接近於實驗曲線。兩座震前補強試體JE1和JE2,其分析結果兩者對接頭之層間剪力均有提升。本研究數值結果與實驗結果相比較,大致上建議之數值分析模式是可預測鋼筋混凝土補強後的強度。
    本文參數研究為對於鋼筋混凝土梁柱接頭層間剪力之影響,分析結果可作為鋼筋混凝土梁柱接頭之影響因子。本文所提出之脫層數值模擬方面,其分析結果可預測CFRP脫層之發生行為。

    In this study, a numerical analysis is proposed to predict the ultimate loading capacity of reinforced concrete (RC) beam column joints strengthened with the carbon fiber reinforced polymer (CFRP). Three full scale beam-column joints including two specimens strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and one control specimen are used to compare with the proposed numerical model.
    The main parameters were investigated in this thesis including the shear strength of exterior beam-column joints the column axial load, effective slab width, ratio of column depth to beam reinforcement bar diameter, reinforcement confinement, ratio of column depth to beam depth, effective transverse beam, and the amount of CFRP.
    Comparing with the test and analytical results, they agree well with each other. It demonstrates that the proposed numerical model can be used to predict the behavior of RC beam column joints strengthened with CFRP well.

    摘要 I Abstract III 誌謝 IV 目錄 V 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.4 研究方法與內容 5 第二章 梁柱接頭分析理論 7 2.1 有限元素基本原理 8 2.2 複合材料疊層之應力應變關係 11 第三章 梁柱接頭材料模型 16 3.1 材料行為特性 16 3.1.1 混凝土之行為特性 16 3.1.1.1 應力應變關係 16 3.1.1.2 混凝土之拉力強度 17 3.1.1.3 混凝土之彈性係數 18 3.1.2 鋼筋之行為特性 18 3.1.2.1 應力應變關係 18 3.1.2.2 應力應變關係之簡化 19 3.1.2.3 鋼筋規格 20 3.1.3 CFRP之行為特性 20 3.2 材料組成律行為 21 3.2.1 混凝土之材料組成律 21 3.2.2 鋼筋之材料組成律 24 3.2.3 CFRP之材料組成律 24 3.3 材料網格元素 25 3.4 分析之基本假設 25 3.5 分析流程簡介 26 第四章 數值分析結果與討論 28 4.1 原型試體JE0之分析模型驗證 28 4.1.1 原型試體JE0尺寸與材料參數 28 4.1.2 原型試體JE0網格數目 29 4.1.3 分析結果與實驗比較 29 4.2 補強試體JE1之分析模型驗證 30 4.2.1 補強試體JE1尺寸與材料參數 30 4.2.2 補強試體JE1網格數目 31 4.2.3 分析結果與實驗比較 31 4.3 補強試體JE2之分析模型驗證 32 4.3.1 補強試體JE2尺寸與材料參數 32 4.3.2 補強試體JE2網格數目 33 4.3.3 分析結果與實驗比較 33 第五章 參數研究與脫層數值分析 35 5.1 參數研究 35 5.1.1 軸力對接頭層間剪力之影響 35 5.1.2 樓版對接頭層間剪力之影響 36 5.1.3 梁主筋直徑對接頭層間剪力之影響 36 5.1.4 箍筋圍束對接頭層間剪力之影響 37 5.1.5 柱寬比對接頭層間剪力之影響 37 5.1.6 側向梁對接頭層間剪力之影響 38 5.1.7 疊層數對接頭層間剪力之影響 38 5.2 脫層數值分析 39 5.2.1 分析基本假設 39 5.2.2 試體尺寸與材料參數 39 5.2.3 分析方式說明 40 5.2.4 分析結果與討論 40 第六章 結論與建議 42 6.1 結論 42 6.2 建議 43 參考文獻 45

    ABAQUS, ABAQUS/Standard User’s Manual, ABAQUS Version 6.6, 2006.
    Antonopoulos, C. P., and Triantafillou, T. C., “Analysis of FRP-Strengthened RC Beam-Column Joint,” Journal of Composites for Construction, Vol. 6, No. 1, pp. 41-51, 2002.
    Antonopoulos, C. P., and Triantafillou, T. C., “Experimental Investigation of FRP-Strengthened RC Beam-Column Joints,” Journal of Composites for Construction, Vol. 7, No. 1, pp. 39-49, 2003.
    Cook, R. D., Malkus, D. S., Plesha M. E., and Witt R. J., “Concepts and Applications of Finite Element Analysis,” Wiley, New York, 2002.
    Gergely, J., Pantelides, C. P., and Reaveley, L. D., “Shear Strengthening of RCT-Joints Using CFRP Composites,” Journal of Composites for Construction, Vol. 4, No. 2, pp. 56-64, 2000.
    Ghobarah, A., and Said, A., “Seismic Rehabilitation of Beam-Column Joint Using FRP Laminates,” Journal of Earthquake Engineering, Vol. 5, No. 1, pp. 113-129, 2001.
    Gibson, R. F., “Principles of Composite Material Mechanics, ” CRC Press, Boca Raton, pp.47-80, 2007.
    Hegger J., Sherif A., and Roeser W., “Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beam-Column Connections,” ACI Structural Journal, Vol. 101, No. 5, pp. 604-614, 2004.
    Hwang, S. J., Lee, H. J., Liao, T. F., Wang K. C., and Tsai H. H., “Role of Hoops on Shear Strength of Reinforced Concrete Beam-Column Joints,” ACI Structural Journal, Vol. 102, No. 3, pp. 445-453, 2005.
    Kent,D.C.,and Park, R., “Flexural Members with Confined Concrete,” Journal of The Structural Division, ASCE, Vol.97, No. 7, p.1969-1990, July, 1971.
    Kim, J., LaFave, and James M., “Key Influence Parameters for the Joint Shear Behaviour of Reinforced Concrete (RC) Beam-Column Connections,” Engineering Structures, Vol. 29, No. 10, pp. 2523-2539, 2007.
    Li, B., Tran, C. T. N., and Pan, T. C., “Experimental and Numerical Investigations on the Seismic Behavior of Lightly Reinforced Concrete Beam-Column Joints,” Journal of Structural Engineering, Vol. 135, No. 9, pp. 1007-1018, 2009.
    Parvin, A., and Wu, S., “Ply Angle Effect on Fiber Composite Wrapped Reinforce Concrete Beam-Column Connections under Combined Axial and Cyclic Load,” Composite Structures, Vol. 82, No. 4, pp. 532-538, 2008.
    Paulay, T., Priestly, M.J.N., Erki, M. A., “Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry of Buildings,” Applied Mechanics Reviews, Vol. 45, No. 11, pp.250-286, 1992.
    李有豐、彭添富、陳清泉、蔡益超、黃再發、李文田「CFRP補強混凝土結構物技術規範(草案)」,台北,民國92年。
    李威璁,「鋼筋混凝土梁柱接頭複合材料補強之實驗研究與數值模擬」,博士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南,民國99年。
    張植善,「外部鋼筋混凝土梁柱接頭複合材料補強行為之實驗研究」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南,民國99年。
    蔡明諺,「鋼筋混凝土梁柱接頭複合材料補強行為之數值模擬」,碩士論文,國立成功大學土工程研究所,台南,民國96年。

    下載圖示 校內:2020-08-31公開
    校外:2010-08-31公開
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