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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 周中哲(Chung-Che Chou) | |
dc.contributor.author | Jia-Hau Liu | en |
dc.contributor.author | 劉佳豪 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-05-20T21:31:12Z | - |
dc.date.available | 2011-08-20 | |
dc.date.available | 2021-05-20T21:31:12Z | - |
dc.date.copyright | 2010-08-20 | |
dc.date.issued | 2010 | |
dc.date.submitted | 2010-08-17 | |
dc.identifier.citation | 參考文獻
1. ABAQUS (2006). “ABAQUS Analysis User’s Manual”. ABAQUS Inc., Version 6.6. 2. AISC (2005). “Seismic provisions for structural steel buildings”. American Institute of Steel Construction, Chicago, IL. 3. AISC (2005). “Manual of steel construction load and resistance factor design”. American Institute of Steel Construction, Chicago, IL. 4. Aiken, I.D., Mahin, S.A. and Uriz, P. (2002). “Large-scale testing of buckling-restrained braced frames”. Proceedings, Japan Passive Control Symposium, 35-44, Tokyo Institute of Technology, Japan. 5. Astaneh-Asl A. (1998). “Seismic behavior and design of gusset plates”. Structural Steel Educational Council.. 6. Chen SY. (2008). “Seismic tests and finite element analyses of buckling-restrained braces with a replaceable core plate”. Thesis advisor: Chou CC. National Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan; [in Chinese]. 7. Chou CC, Chen SY. (2009). “Subassemblage tests and finite element analyses of sandwiched buckling-restrained braces with a replaceable core”. In: 6th international conference for behavior of steel structures in seismic area (STESSA). 8. Chou CC, Chen PJ. (2008). “Compressive behavior of central gusset plate connections for a buckling-restrained braced frame”. J. Construct. Steel Res., 3(1) 4 11. 9. FEMA 350. (2000). “NEHRP Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment Frame Buildings”. Prepared by the SAC Joint Venture for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. (FEMA Publication No. 350) 10. Gross, J.L., (1990). “Experimental Study of Gusseted Connections,” Engineering Journal, Vol. 27, No. 3, (3rd Qtr.), pp.89-97, AISC, Chicago, IL 11. Kasai et. al. (2008). “Results of Recent E-Defense Tests on Full-Scale Steel Buildings, Part 3-Experiments on Dampers and Frame Subassemblies”. ASCE Struct. Congress 12. Lee CH. (2002). “Seismic Design of Rib-Reinforced Steel Moment Connections based on Equivalent Strut Model”. J.Struct. of Eng., ASCE., Vol. 128, No. 9, 1121-1129 13. Lopez, W.A. and Sabelli, R. (2004). “Seismic design of buckling-restrained braced frames,” Steel Tips, Structural Steel Educational Council, Moraga, CA. 14. Sabelli R, Mahin SA, Chang C. (2003) “Seismic demands on steel braced-frame buildings with buckling-restrained braces”. Eng Struct 2003;25:655_66. 15. Sheng N, Yam CH, Iu VP. (2002). “Analytical investigation and the design of the compressive strength of steel gusset plate connections”. Journal of Constructional Steel Research 2002;58:1473_93. 16. Tsai, K.C., Hwang, Y.C., Weng, C.S, Shirai, T, and Nakamura, H. (2002). “Experimental Tests of Large Scale Buckling Restrained Braces and Frames.” Proceedings, Passive Control Symposium 2002, Tokyo Institute of Technology, Tokyo. 17. Tsai KC, Hsiao BC. (2008). “Pseudo-dynamic tests of a full scale CFT/BRB frame- Part II: Seismic performance of buckling-restrained braces and connections”. Earthquake Engineering and Structural Dynamics 2008;37:1099_115. 18. Thornton, W.A., (1991). “On the Analysis and Design of Bracing Connections,” National Steel Construction Conference Proceedings, pp. 26.1-26.33, AISC, Chicago, IL. 19. Whitmore, R.E. (1950). “Experimental Investigation of Stresses in Gusset Plates”. Masters Thesis, University of Tennessee Engineering Experiment Station Bulletin No. 16. 20. Yam MCH, Sheng N, Iu VP, Cheng JJR. (1998). “Analytical study of the compressive behavior and strength f steel gusset plate connections”. Proceedings of the CSCE 1998 Annual Conference | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/10459 | - |
dc.description.abstract | 本研究主要為探討消能支撐構架中梁柱效應對接合板耐震行為,測試在構架效應下,接合板在受梁、柱之開合效應下端部應力集中之影響,提出一等效支撐概念,設計接合板在構架運動之受力及斜撐軸力下所需之尺寸。並為瞭解與AISC-LRFD(2005)接合板設計方法之差異,設計五組接合板試體,分別使用於五組實尺寸一層樓之消能支撐構架試驗。其中試體一及二為利用單接合板將消能支撐與構架接合,試體三至五採用雙接合板將消能支撐與構架接合,並且為了測試接合板端部側邊加勁板對接合板端部的影響,於試體一及三之接合板試體端部加入側邊加勁板。五組試體中,除了其中一組為依照AISC-LRFD(2005)設計方式而得之單接合板在試驗時發生挫屈外,其餘四組試體於試驗後其行為良好,並由試驗觀察出,構架梁柱之開合效應,對接合板端部會因應力集中造成可觀的應變量,但加了側邊加勁板後,應變量即可降低,而單接合板與雙接合板在接合板與梁、柱界面比較上,單接合板之應變較雙接合板來得高。本研究並利用非線性有限元素分析程式ABAQUS(2005),針對五組試驗構架進行模擬與分析,可預測五組試驗構架之整體行為。而經由實驗與有限元素分析之結果,可知本研究所提出之等效支撐模型確實可以準確預測接合板在構架梁柱效應下之受力,進而驗證本研究所提出之接合板設計方法。 | zh_TW |
dc.description.abstract | The present study of this thesis is focus on the seismic performance of a gusset plate subjected to frame action in Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF). In order to test the stress concentration effects on gusset palte edges induced by frame action, an equivalent sturt model was proposed to estimate the frame action forces on a gusset plate, and a new design criteria by considering frame action and brace action simultanesly was proposed.
In order to interpret the difference of each design methods, i.e. the AISC design method, or the design method by considering frame action presented in this thesis, a totally five full-scale, one story BRBF was tested to investigate the seismic performace of gusset plates under frame action. Single gusset plates was used in Specimen 1 and 2, dual gusset plates was used in Specimen 3 to 5, and edge stiffeners was applied on the gusset plate edges in specimen 1 and 3, so as to identify the contribution of edge stiffeners on gusset plate edges. One of gusset plates in five specimens was buckled after test, which was designed using AISC method, and the others gusset plates, which was designed using the theoretical formula presented from this study, was all fine. From the test observation, the edge of gusset plates will suffer large stains by frame action, but the applying of edge stiffeners can reduce the maginitude of normal strains effectively on the edge of gusset plates, and it seems true that single gusset plates will suffer larger frame action compared with dual gussets. Besides the test results, nonlinear FEM program ABAQUS was used to simulate the responses of specimen. This study describes the detailed analytical model and the modeling techniques, such as material model, boundary conditions, initial imperfections. The cyclic base shear versus the story drift relationships obtained from the test and FEM analytical results are quite agreeable. The analytical result confirm that the magnitude of frame action forces on a gusset plate can be accurately simulated. And baed on the theortical formula presented in this thesis, the edge stresses can also be accurately predicted when compared with FEM analytical results, so as to confirm the proposed design method in this thesis. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-05-20T21:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-99-R97521230-1.pdf: 8218063 bytes, checksum: dc34dd8af71029c60d9a71731f0235c9 (MD5) Previous issue date: 2010 | en |
dc.description.tableofcontents | 目錄
口試委員會審定書 i 誌 謝 ii 中文摘要 iii 英文摘要 iv 目 錄 v 表目錄 viii 圖目錄 ix 照片目錄 xv 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究目的 1 1.4 研究內容 2 第二章 接合板力學行為及試體設計 3 2.1 前言 3 2.2 文獻回顧 3 2.3 接合板力學行為 6 2.3.1 接合板在考慮梁柱開合效應下之挫屈強度 6 2.3.2 等效支撐模型 8 2.3.3 接合板之應力分佈及端部最大應力檢核 16 2.4 試驗試體之設計 17 2.4.1 挫屈束制消能支撐構架之設計 17 2.4.2 可更換核心板之挫屈束制消能支撐設計 24 2.4.3 接合板試體設計 25 2.5 材料性質 28 2.6 試體試驗構架裝置與載重歷時 28 2.6.1 油壓制動器 28 2.6.2 資料擷取系統 28 2.6.3 水平側向位移與消能支撐軸向位移之關係 29 2.6.4 試驗載重歷時 29 2.6.5 試驗量測規劃 30 2.6.6 試體構架之彈性勁度 30 第三章 試驗試體與結果分析 31 3.1 前言 31 3.2 試體製作、組裝與試驗方式 31 3.3 空構架試驗現象與結果 32 3.4 試體一試驗結果與結果分析 32 3.4.1 試體現象 32 3.4.2 試驗結果分析 34 3.5 試體二試驗結果與結果分析 35 3.5.1 試體現象 35 3.5.2 試驗結果分析 37 3.6 試體三試驗結果與結果分析 38 3.6.1 試體現象 38 3.6.2 試驗結果分析 39 3.7 試體四試驗結果與結果分析 40 3.7.1 試體現象 40 3.7.2 試驗結果分析 41 3.8 試體五試驗與結果分析 42 3.8.1 試體現象 42 3.8.2 試驗結果分析 43 3.9 試驗結果比較 44 第四章 有限元素分析 51 4.1 前言 51 4.2 試體有限元素模型建立 51 4.2.1 結構模型 51 4.2.2 材料性質 52 4.3 有限元素分析結果 52 4.3.1 試體一分析結果 52 4.3.2 試體二分析結果 54 4.3.3 試體三分析結果 55 4.3.4 試體四分析結果 57 4.3.5 試體五分析結果 59 4.3.6 不同尺寸下接合板之應力分佈 61 第五章 結論與建議 62 5.1 結論 62 5.2 建議 63 表目錄 表2.1樓層側力分配 66 表2.2 挫屈束制消能支撐的需求與強度 66 表2.3 設計層間側位移角 66 表2.4 挫屈束制消能支撐軸向變形 66 表2.5 彈性與極限下梁、柱之軸力彎矩互制效應 67 表2.6 各BRB試體設計值 67 表2.7 各組接合板試體之挫屈強度 (Pmax,d = 890 kN) 68 表2.8 各組接合板試體考慮構架開合效應之設計檢核表 (Drift = 1%) 68 表2.9 鋼材材料性質 68 表2.10 無收縮水泥砂漿抗壓強度 69 表2.11 試體試驗加載歷時 69 表3.1 各試體整體行為表 70 表3.2 各試體受力態分佈表 72 表4.1 A572 Gr.50鋼材之ABAQUS硬化參數輸入指令(試體一) 74 表4.2 各試體試驗與分析總側力比對 (單位:kN) 74 表4.3 各試體試驗與分析之彈性勁度 (單位:kN/mm) 75 表4.4 各試體試驗與分析之能量比對 (單位:kN-m) 76 圖目錄 圖2.1 Whitmore Section與L1、L2、L3及Lmax示意圖 77 圖2.2斜撐及接合板接合情況與接合板挫屈行為示意圖【Tsai et al.(2004)】 77 圖2.3 一層樓BRBF試驗(Aiken et. al. 2002) 78 圖2.4 接合板破壞情形(Aiken et. al. 2002) 78 圖2.5 梁柱接頭補強板平面及立面圖(Lee et. al. 2002) 79 圖2.6 加勁板與梁界面之應力分佈 (Lee et. al. 2002) 79 圖2.7 等效支撐模型(Lee et. al. 2002) 80 圖2.8 等效支撐模型(Lee et. al. 2002) 80 圖2.9 斜撐構架簡化關係(Kaneko et. al. 2008) 81 圖2.10簡化斜撐構架之有限元素模型(Kaneko et. al. 2008) 81 圖2.11簡化斜撐構架模型試驗與分析破壞模式(Kensaku Kaneko et. al.) 82 圖2.12接合板邊緣應力分佈與設計考量圖 (Kaneko et. al.) 82 圖2.13 構架變形示意圖 83 圖2.14 接合板受力行為示意圖 83 圖2.15 板受雙軸向拉壓之挫屈強度 84 圖2.16 整體構架圖 84 圖2.17梁柱與接合板示意圖 85 圖2.18 梁柱與接合板自由體圖 85 圖2.19 等效支撐示意圖 86 圖2.20 等效支撐與梁柱變形關係示意圖 86 圖2.21移除梁柱及斜撐軸力之梁柱與接合板自由體圖 87 圖2.22 接合板與梁界面應力分佈關係圖 87 圖2.23 接合板與側邊加勁板之正向應力分佈示意圖 88 圖2.24 構架平面圖 88 圖2.25 BRBF-立面圖 89 圖2.26 消能支撐發揮極限軸拉力下之梁軸力 89 圖2.27 消能支撐發揮極限軸拉力下之柱軸力 90 圖2.28一樓與三樓消能支撐構架側推分析 90 圖2.29 結構物在側推分析後之塑鉸分佈 (Roof Drift=3%) 91 圖2.30結構物在側推分析後之各桿件軸力大小(單位:kN) 91 圖2.31 挫屈束制消能支撐試體一 92 圖2.32 挫屈束制消能支撐試體二 93 圖2.33 挫屈束制消能支撐試體三 94 圖2.34試驗構架平面圖 95 圖2.35 試驗構架立面圖(試體一為準) 95 圖2.36 接合板試體一接合細節 95 圖2.37 接合板試體一、二接合板細節 96 圖2.38 接合板試體一側邊加勁板細節 96 圖2.39 接合板試體二接合細節 96 圖2.40 試驗構架立面圖(試體三為準) 97 圖2.41 接合板試體三接合細節 97 圖2.42 接合板試體三及四細節 98 圖2.43接合板試體三之側邊加勁板細節 98 圖2.44接合板試體三、四之開口尺寸 98 圖2.45接合板試體四接合細節 98 圖2.46 試驗構架立面圖(試體五為準) 99 圖2.47接合板試體五接合細節 99 圖2.48接合板試體五細節 99 圖2.49 構架變形示意圖 100 圖2.50 試體試驗加載歷時 100 圖2.51 應變計配置圖 101 圖2.52 位移計及拉線式位移計量測位置示意圖 102 圖2.53 消能支撐與構架間之勁度關係 102 圖3.1 各試體千斤頂力量與層間位移角關係圖 103 圖3.2各試體消能支撐軸向位移歷時 104 圖3.3 各試體消能支撐側力與層間側位移角關係圖 105 圖3.4各試體消能支撐與構架所佔側力百分比 105 圖3.5各試體消能支撐軸力與軸向位移關係圖 106 圖3.6各試體消能支撐軸力與軸向位移關係圖 107 圖3.7 消能支撐殘餘變形示意圖 108 圖3.8 梁柱彎矩、軸力示意圖 108 圖3.9 試體一及試體二梁翼板應變 (正方向) 109 圖3.10試體一及試體二梁翼板應變 (負方向) 110 圖3.11試體三及試體四梁翼板應變比較(正方向) 111 圖3.12 試體三及試體四梁翼板應變比較(負方向) 112 圖3.13 試體五及試體四梁翼板應變(正方向) 113 圖3.14 試體五及試體四梁翼板應變(負方向) 114 圖3.15 試體一及試體二左梁腹板應變 115 圖3.16 試體三及試體四左梁腹板應變 115 圖3.17 試體五及試體四左梁腹板應變 116 圖3.18 各試體R1位置3方向應變歷時及歷時與消能支撐軸力遲滯圖 117 圖3.19 各試體R1位置剪應變歷時及歷時與消能支撐軸力遲滯圖 118 圖3.20 各試體R5位置3方向應變歷時及歷時與消能支撐軸力遲滯圖 119 圖3.21 各試體R5位置剪應變歷時及歷時與消能支撐軸力遲滯圖 120 圖3.22 試體一及試體二上部接合板應變 (正方向) 121 圖3.23 試體一及試體二下部接合板應變 (正方向) 122 圖3.24 試體一及試體二上部接合板應變 (負方向) 123 圖3.25 試體一及試體二下部接合板應變 (負方向) 124 圖3.26 試體三及試體四上部接合板應變 (正方向) 125 圖3.27 試體三及試體四下部接合板應變 (正方向) 126 圖3.28 試體三及試體四上部接合板應變 (負方向) 127 圖3.29 試體三及試體四下部接合板應變 (負方向) 128 圖3.30 試體一及試體三上部接合板應變 (正方向) 129 圖3.31 試體一及試體三下部接合板應變 (正方向) 130 圖3.32 試體一及試體三上部接合板應變 (負方向) 131 圖3.33 試體一及試體三下部接合板應變 (負方向) 132 圖3.34 試體五及試體四上部接合板應變 (正方向) 133 圖3.35 試體五及試體四下部接合板應變 (正方向) 134 圖3.36 試體五及試體四上部接合板應變 (負方向) 135 圖3.37 試體五及試體四下部接合板應變 (負方向) 136 圖3.38 試體一及試體三側邊加勁板應變 (正方向) 137 圖3.39 試體一及試體三側邊加勁板應變 (負方向) 138 圖3.40 各試體面外變形 (正方向) 139 圖3.41 各試體面外變形 (負方向) 140 圖3.42 A、B、C點面外變形 141 圖3.43 試體一接合板斜撐及梁柱效應 142 圖3.44 試體二接合板斜撐及梁柱效應 143 圖3.45 試體三接合板斜撐及梁柱效應 144 圖3.46 試體四接合板斜撐及梁柱效應 145 圖3.47 試體五接合板斜撐及梁柱效應 146 圖3.48 各試體接合板構架開合量比較 147 圖3.49 梁翼板撓曲降低雙接合板之構架開合效應示意圖 147 圖3.50 各試體接合板等效支撐軸力與軸位移關係 148 圖3.51 等效支撐軸力及其勁度比較 148 圖4.1整體構架模型圖 149 圖4.2空構架模型圖 150 圖4.3試體一單接合板模型 151 圖4.4試體二單接合板模型 151 圖4.5試體三雙接合板模型 151 圖4.6試體四雙接合板模型 152 圖4.7試體五雙接合板模型 152 圖4.8試體一挫屈模態 153 圖4.9試體二挫屈模態 153 圖4.10試體三挫屈模態 154 圖4.11試體四挫屈模態 154 圖4.12試體五挫屈模態 155 圖4.13 各試體千斤頂力量與層間位移角關係圖 156 圖4.14 各試體於各層間側位移角下能量比對 157 圖4.15 各試體消能支撐側力與層間位移角關係圖 158 圖4.16 各試體消能支撐軸力與軸位移關係圖 159 圖4.17 試體一梁及左柱剪應變 160 圖4.18 試體一等效支撐軸力比對 161 圖4.19 試體一接合板與梁交界面之正向應力及剪應力 (-1% Drift) 162 圖4.20 試體一等效支撐水平分力及垂直分力 162 圖4.21 試體一接合板與梁界面之應變分佈(-1% Drift) 163 圖4.22 試體一接合板與柱界面之應變分佈(-1% Drift) 163 圖4.23 試體一接合板與梁界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 164 圖4.24 試體一接合板與柱界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 164 圖4.25 試體二上端接合板挫屈變形及B、C點之面外變形比較(-1% Drift) 165 圖4.26 試體三梁及左柱剪應變 166 圖4.27 試體三等效支撐軸力比對 167 圖4.28 試體三接合板與梁交界面之正向應力及剪應力(-1% Drift) 168 圖4.29 試體三等效支撐水平分力及垂直分力 168 圖4.30 試體三接合板與梁界面之應變分佈 169 圖4.31 試體三接合板與梁界面之應變分佈 169 圖4.32 試體三接合板與梁界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 170 圖4.33 試體三接合板與柱界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 170 圖4.34 試體四梁及左柱剪應變 171 圖4.35 試體四等效支撐軸力比對 172 圖4.36 試體四接合板與梁交界面之正向應力及剪應力 (-1% Drift) 173 圖4.37 試體四等效支撐水平分力及垂直分力 173 圖4.38 試體四接合板與梁界面之應變分佈 174 圖4.39 試體四接合板與柱界面之應變分佈 174 圖4.40 試體四接合板與梁界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 175 圖4.41 試體四接合板與柱界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 175 圖4.42 試體五無斜撐端梁面外挫屈 (+2.5% Drift) 176 圖4.43 試體五梁及左柱剪應變 177 圖4.44 試體五等效支撐軸力比對 178 圖4.45 試體五接合板與梁交界面之正向應力及剪應力 (-1% Drift) 179 圖4.46 試體五等效支撐水平分力及垂直分力 179 圖4.47 試體五接合板與梁界面之應變分佈 180 圖4.48 試體五接合板與柱界面之應變分佈 180 圖4.49 試體五接合板與梁界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 181 圖4.50 試體五接合板與柱界面之正向應力及剪應力分佈(-1% Drift) 181 圖4.51 各試體接合板與梁界面之應力分佈比較 (-1% Drift) 182 圖4.52 各試體接合板與柱界面之應力分佈比較(-1% Drift) 183 圖4.53 含接合板之空構架模型圖 184 圖4.54 不同尺寸接合板之正向應力及剪應力分佈 (-1% Drift) 184 圖4.55 接合板與梁界面之應力分佈 185 照片目錄 照片3.1 圍束構件置入核心單元、墊板與2~3mm墊片 186 照片3.2 消能支撐核心板與其圍束 186 照片3.3 右端梁柱接頭補強 186 照片3.4 鋼梁端部45度開槽焊接 186 照片3.5 接合板與梁、柱填角焊接 186 照片3.6 與千斤頂連接端之梁柱接頭 186 照片3.7 試體一試驗照片 187 照片3.8 試體一試驗照片 (續) 188 照片3.9 試體二試驗照片 189 照片3.10 試體二試驗照片(續) 190 照片3.11 試體三試驗照片 191 照片3.12 試體四試驗照片 192 照片3.13 試體五試驗照片 193 照片3.14 試體五試驗照片(續) 194 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 挫屈束制消能支撐構架梁柱效應對接合板耐震行為研究 | zh_TW |
dc.title | Effects of Frame Action on Seismic Performance of Gusset Plate Connections in Buckling-restrained Braced Frames | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 98-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 蔡克銓(Keh-Chyuan Tsai),黃世建(Shyh-Jiann Hwang) | |
dc.subject.keyword | 構架梁柱效應,等效支撐模型,挫屈束制消能支撐,構架實驗,有限元 素分析, | zh_TW |
dc.subject.keyword | frame action,equivalent strut model,BRB,frame test,finite element analysis, | en |
dc.relation.page | 194 | |
dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | |
dc.date.accepted | 2010-08-18 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 土木工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 土木工程學系 |
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