基本模型

本研究採用 ANSYS 進行接合板之非線性静力分析，藉由分析接合 板之軸力強度與變形關係，探討不同材質與形式接合板分析結果之差異 及其耐震行為。以評估弱接合板之可行性，圖 3.1 為分析基本模型，為 簡化分析之參數，所有分析模型中採用的相同基本條件包含:

材料性質:A572 Gr.50 之降伏強度為 350 Mpa 極限強度為 450Mpa 應力應變關係以三線性模擬，最初彈性模數^Es值為 200,000Mpa，降伏 後至極限強度間之^Esh使用 1%^Es；即^Esh為 2,000Mpa， LYP100 則以多 線段模擬，各階段應力應變關係定義如表 3.1 、圖 3.2 所示。

ANSYS 分析軟體中提供多種塑性應變硬化模型，常用的有等向硬 化 模 型 (Isotropic Hardening Model) 以 及 動 力 硬 化 模 型 (Kinematic Hardening Model) 。由於本研究為模擬斜撐構材之反復載重行為，設定 材料之應變硬化模型為動力硬化模式，動力硬化規則主要是假設材料在 塑性變形時，圖形三軸代表主應力時，降伏面沿^{σ1 =σ2 =σ3}之線平移，

其大小與幾何形狀不變，而應力進入非彈性後反向解壓加載的最大線性 反應仍維持 2 倍降伏強度的應力差值，故可用以描述反復行為中的包辛 格效應。

邊界條件: 設斜撐兩端變形為對稱分析故可取 1/2 構架模擬斜撐中央位 置，設斷面各點之軸向位移一致，無其他面外位移束制，梁 柱端的翼板面設定 xyz 三方向之位移為 0。

接合板尺寸: 板厚為 15mm，邊長為502 mm(355√2mm)之正方形，與斜 撐 接 合 之 一 隅 與 沿 接 合 板 邊 緣 設 置 邊 長 為 70.7mm(50√2mm)之截角，自由邊長 360.6 mm ，寬厚比 L/tg=24。

斜撐接合角度: 斜撐以 45 度與梁柱相接。

初始變位: 斜撐中央端設定大小為斜撐全長 1/1000(4mm) 之節點位 移，以彈性分析後之結構變形作為初始變位。

試驗加載方式: 斜撐中央斷面分別設定拉力與壓力單向軸向位移至 40mm。

斜撐與接合板間接合方式: 斜撐與接合板間之接合界面為完全複合 (Bond)， 斜撐受力時保持彈性。

而依據接合板使用材質之不同，分析模型分別針對傳統 A572 Gr.50 與低降伏鋼 Lyp100 兩類鋼板進行不同接合深度之模擬，接合深度定義 的方式包含 Astaneh 建議的直線偏移與 Roeder 建議的橢圓偏移，基本分 析模形之尺寸如圖 3.1 所示，以下即就各模形設計參數說明之:

A. A572 Gr.50 接合板:

A572 接合板搭配 2C220X115X25X25 之 A572 斜撐以滿足弱斜撐 之設計概念，LYP100 接合板搭配 2C200X115X15X15 之 A572 斜 撐以滿足強接合板、 弱斜撐之設計強度規劃。進行傳統鋼接合板 分析之主要目的係作為對照組使用， 分析模型則依據斜撐接合深 度之不同共有兩組:

模型名稱 說明

1. A572_ L2t: 斜撐接入接合板之深度依據 Astaneh 與規範之建議 將斜撐端部延伸至距離直線彎折線 2t 的位置。

2 A572_E8t: 斜撐接入接合板之深度依據 Roeder 之建議 將斜撐 端部延伸至距離橢圓束制線 8t 的位置。

B. LYP100 接合板分析

以斜撐接合深度為參數 共有 7 組不同斜撐接合深度之分析模型:

模型名稱 說明

1.

L4t

斜撐接入接合板之深度依據 Astaneh 與規範之建議 將斜撐端部延伸至距離直線彎折線 4t 的位置。

2. L2t 斜撐端部延伸至距離直線彎折線 2t 的位置。

3

E8t

斜撐接入接合板之深度依據 Roeder 之建議，將斜撐 端部延伸至距離橢圓束制線 8t 的位置。

4 E6t 斜撐端部延伸至距離橢圓束制線 6t 的位置。

5 E4t 斜撐端部延伸至距離橢圓束制線 4t 的位置。

6 E2t 斜撐端部延伸至距離橢圓束制線 2t 的位置。

7 E0t 斜撐端部延伸至距離橢圓束制線 0t 的位置。

雖然低降伏鋼接合板以降伏為設計目標，非彈性挫屈仍可能發生，而

依據文獻之建議，加勁之接合板可以改善挫屈後行為。對於自由邊寬厚 比不符合耐震要求之接合板時並建議使用側向加勁板，過去文獻主要針 對加勁接合板之受壓性能進行研究，對於加勁後之拉力強度與勁度的影 響則較少討論。由於本研究最終目的在於建立弱接合板強斜撐之系統規 劃，因此接合板強度的計算必須明確；接合板的變形能力也直接與耐震 性能相關。故本研究首先選擇側向加勁的接合板進行分析，以了解側向 加勁的影響。考慮分析模型中 E8t 具有較大的等值柱長，受拉時應具有 相對較大的拉力變形能力，但相對受挫屈的影響較大，故針對 E8t 模型 設置兩種尺寸之側向加勁板後進行分析。此外本研究亦針對使用獨立槽 型加勁形式的接合板進行模擬分析比較

模型名稱 說明

1

E8tS1

斜撐接入接合板的位置與 E8t 相同 接合板自由邊增加 120mm 長之 15mm 厚加勁板，寬度與梁翼寬同為 200mm，

則以加勁板端點作為橢圓束制線的控制點時，斜撐端點之角 隅即約在此一圓弧上。

2

E8tS1a

斜撐接入接合板的位置與 E8t 相同，接合板自由邊增加 270mm 長之 15mm 厚加勁板，寬度與梁翼寬同為 200mm。

3 E8tSTR

斜撐接入接合板的位置與 E8t 相同，接合板使用材質為 A572 之獨立槽型加勁板，其厚度為 15mm，寬度與梁翼寬同為 200mm。

4 E8tSTR_LYP

斜撐接入接合板的位置與 E8t 相同，接合板使用材質為 LYP100 之獨立槽型加勁板，其厚度為 15mm，寬度與梁翼寬 同為 200mm。

圖 3.3~3.5 為各模型接合板之尺寸圖 模型建立後 網格以 6 面體為分割 原則，以 E8t 模型為例，圖 3.6 為元素分割後之圖形， 以 15922 節點與 2441 元件組成。