第三章 有限元素分析
第四節 分析結果與討論
為探討降伏區域對梁柱接頭的影響，以 von Mises 應力比較 之。von Mises 應力是由最大形變能準則(Maximum-distortion-ene rgy theory)推導而來。當物體內某一材料點的形變能達到同一材料 在單拉試驗下之形變能極值時，該材料點視為破壞；其中形變能
第三章 有限元素分析
同。層間變位角 1% 弧度時除了上述區域略為擴張外，C600 支撐 段內梁翼之應力也明顯提高(圖 3-5)。層間變位角 2%弧度時高應力 區域持續擴張，梁斷面已有近二分之一處呈現高應力之情形(圖 3-6)。層間變位角到達 4%弧度時，C600 梁於支撐點外側之高應力 區已擴大接近全斷面(圖 3-7)，顯示塑鉸機制將在此區形成，且由 圖 3-8 可看出協力桿件之應力分佈仍小，而保持在彈性範圍內。
C700 模型之 von Mises 應力分佈在初期層間變位角 0.5%與 1%弧 度時(圖 3-9 與 3-10)，應力分佈與 C600 模型相似，顯示此階段Ls 長度改變對梁斷面應力的影響並不顯著。進入塑性階段後，C700 斷面達降伏的區域較多；層間變位角 4%弧度時，C700 梁於支撐 點外側之高應力區已擴至全斷面形成塑性鉸(圖 3-12)；值得注意的 是，此時支撐段內之梁翼已進入塑性性階段且應力很高，且由圖 3-13 也可看出槽型鋼應力不大。
圖 3-14 至圖 3-17 為箱型協力桿件於層間變位角 0.5%、1%、
2%、4%弧度時之剪應力分佈圖，圖中顯示梁在支撐段與非支撐段 內之剪應力方向相反，隨著外力的增加梁內的剪應力也隨之提 高，層間變位角 2%弧度時，高剪應力區發生於梁腹中央靠近接頭 處(圖 3-16)；層間變位角 4%弧度時，高剪應力區已擴大至整個支 撐段內之梁腹區域(圖 3-17)，此時支撐段內之梁剪應力高於支撐段 外甚多；梁斷面剪力降伏強度為Fy 3=199.2 MPa，圖中紅色區 塊之剪應力值介於150-200 MPa，與圖層顯示梁腹區域應力狀態接 近。
具協力桿件鋼骨梁柱接頭耐震性能之研究
圖 3-18 至圖 3-22 為箱型協力桿件於層間變位角 0.5%、1%、
2%、4%弧度時之 von Mises 應力分佈圖，由圖可看出箱型協力桿 件梁柱接頭受外力作用時，初期高應力分佈是由支撐處周圍開始 發展，向兩側及梁腹中心擴張。層間變位角到達1%弧度時，梁翼 於支撐處附近已有部份達降伏進入塑性階段(圖 3-19)；層間變位角 到達 2%弧度時，降伏區域擴大，梁全斷面也有一半以上進入塑 性，顯示此區有可能形成塑性鉸(圖 3-20)。但層間變位角達 4%弧 度時，由圖可發現梁於支撐段區域內已全斷面降伏，而梁於支撐 處並未全斷面降伏(圖 3-21)。由於 von Mises 應力考慮剪應力的影 響，此時剪應力明顯增加所致，因此可推斷此區會產生塑性變形 來消能。
由以上分析可知具協力桿件接頭可能使塑性鉸發生於支撐處 而遠離梁柱交界面，降低接頭處彎矩以避免銲道應力過大產生脆 性破壞。此外提高協力桿件之勁度，會增大支撐段內梁的剪應力，
再加上彎矩造成撓曲應力的影響，使得梁於協力桿件支撐處未產 生塑性鉸前，梁已發生剪力降伏變形。