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研究生： 林岳(山華)
Lin, Yueh-Hua
論文名稱： 鋼結構梁柱接頭高溫反應之數值模擬
Numerical Simulation for Structural Behavior of Steel Beam-to-Column Joints in High Temperature Environment
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： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 131
中文關鍵詞： 鋼結構梁柱接頭 、有限元素法 、彎矩-轉角-溫度關係 、火害試驗
外文關鍵詞： moment-rotation-temperature relation, steel beam-to-column joint, finite element method
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    • 　　本文依實際試體尺寸進行的鋼結構梁柱接頭高溫受熱反應，以有限元素數值模擬模式來分析其高溫受熱中結構行為，並選用ANSYS為數值模擬工具；在材料組成律方面，因實際試驗用鋼材之高溫材料性質目前尚未測試，且國內相關資料亦不甚完備，本文先以歐洲規範EUROCODE 3高溫受熱環境下之鋼材性質資料，以作為數值模擬分析之用，進而透過程式分析建立一整套有關國內鋼結構梁柱接頭之高溫受熱行為，（如各種溫度下之梁柱接頭彎矩及轉角等關係），並以國外小尺寸鋼結構梁柱接頭高溫受熱試驗驗證本文分析模型之可行性。

    　　本文主要敘述有鋼材高溫材料行為、數值模擬分析之建立與驗證以及兩種鋼結構梁柱接頭高溫受熱試驗之模擬，包含有定溫加載試驗與定載加溫試驗，主要以了解鋼結構接頭在高溫中其力學特性之影響參數以及非線性局部結構行為，以供後續研究整體鋼結構高溫受熱行為時之模擬分析使用。

    　　According to the test of full-scale joints of steel sub-structure at elevated temperature,the composed beam-to-column subframe is analyzed by ANSYS finite code. The material properties of steel in high temperature proposed by EUROCODE 3 and CNS temperature curve are adopted.The feasibility of ANSYS numerical simulation model have been proven by modeling Al-Jabri's small-scale fire test.The moment-rotation-temperature relation of steel beam-to-column joint in high temperature environment is studied and the stiffness-temperature relation of steel beam-to-column joint is established.

    摘要 I 誌謝 II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 IX 符號 XIV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究背景與目的 2 1.3 文獻回顧 3 第二章 高溫環境下鋼結構梁柱接頭之數值模擬 5 2.1 前言 5 2.2 鋼材在高溫下之材料性質 6 2.3 鋼結構梁柱接頭之高溫載重試驗 10 2.3.1 試體規劃 10 2.3.2 試驗規劃 11 2.4 數值分析方法與步驟 14 2.4.1 熱分析 14 2.4.2 非線性結構分析 18 2.4.3 耦合分析 20 2.4.4 數值分析步驟 21 2.5 非線性有限元素分析模式 24 2.5.1 元素種類 24 2.5.2 定溫加載試驗之數值模擬 25 2.5.3 定載加溫試驗之數值模擬 26 第三章 分析模式之驗證（Al-Jabri與Burgess小尺寸實驗） 32 3.1 前言 32 3.2 試體規劃 32 3.3 試驗規劃 33 3.4 試驗結果 34 3.5 非線性有限元素模擬分析結果與討論 34 第四章 定溫加載試驗之數值範例與討論 43 4.1 前言 43 4.2 範例一：梁受集中載重與梁端為自由端 46 4.2.1 範例說明 46 4.2.2 分析結果 46 4.3 範例二：梁受均佈載重與梁端為定向接續端 56 4.3.1 範例說明 56 4.3.2 分析結果 56 4.4 範例三：縮小範例一之梁斷面尺寸 66 4.4.1 範例說明 66 4.4.2 分析結果 66 4.5 範例四：放大範例一之柱軸力載重 76 4.5.1 範例說明 76 4.5.2 分析結果 76 4.6 分析總結與討論 85 第五章 定載加溫試驗之數值範例與討論 90 5.1 前言 90 5.2 範例五：上柱、下柱與梁加溫（梁受集中載重與梁端為自由端） 93 5.2.1 範例說明 93 5.2.2 分析結果 93 5.3 範例六： 縮小範例五之梁斷面尺寸 101 5.3.1 範例說明 101 5.3.2 分析結果 101 5.4 範例七：上柱、下柱與梁加溫（梁受均佈載重與梁端為定向接續端） 107 5.4.1 範例說明 107 5.4.2 分析結果 107 5.5 範例八： 更改範例七受熱模式為下柱與梁底加溫 116 5.5.1 範例說明 116 5.5.2 分析結果 116 5.6 分析總結與討論 125 第六章 結論與建議 128 參考文獻 130

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    校外：2005-07-20公開
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