建議

1. 銲接熱影響所造成的母材脆化與銲道殘留應力將會減弱銲道周遭 材料之韌性能力，往後研究可著重於銲道熱影響與殘留應力對於 電熱熔渣銲接之影響。

2. 本研究以有限元素分析討論電熱熔渣銲接之幾何形狀所導致之可 能破壞關鍵位置，然而其破壞路徑與極限強度仍須進一步的實尺 寸試驗佐證之。

41

參考文獻

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徐慶昌（1989），「電銲工作法」，三民書局。

43

表3.1 試體 BUN 鋼板拉力試驗強度

降伏強度 (MPa) 極限強度 (MPa)

柱板 412 562

梁翼板 396 516

梁腹板 422 529

表 4.1 分析模型編號表

編號 說明 討論類型

BUN - 標準組模型

BUN-Q Quadralinear 材料性質影響 BUN-2 ~BUN-8 ESW Mesh Size 元素大小影響 BUN-CY Cyclic loading 位移歷程影響

BUN-S Slide 剪力板影響

BUN-B Bolted 剪力板影響

44

表5.1 行為指標臨界值

模型 破壞歷程 破壞模式 指標位置 ST RI CTOD (mm) CT -3.0% rad CJP 初始裂縫 CJP 0.54 39.3 -

-4.0% rad ESW 隆起 ESW 1.46 5.5 0.027

BUN +1.7% rad CJP 撕裂 CJP 0.27 29.8 -

-4.0% rad WAH 撕裂 ESW 1.55 12.7 0.017

45

表5.2 熔入半徑系列尺寸表

Unit：(mm)

表5.3 側墊板間隙系列尺寸表

熔入半徑 原始間隙 垂直偏心 水平偏心 梁偏心

S00 24 0 0 0 0

S05 24 0.5 0 0 0

S10 24 1.0 0 0 0

S15 24 1.5 0 0 0

S20 24 2.0 0 0 0

Unit：(mm) 熔入半徑 原始間隙 垂直偏心 水平偏心 梁偏心

M20 20 1 0 0 0

M22 22 1 0 0 0

M24 24 1 0 0 0

M26 26 1 0 0 0

M28 28 1 0 0 0

46

表5.4 水平偏心系列尺寸表

熔入半徑 原始間隙 垂直偏心 水平偏心 梁偏心

HE-6 24 1 0 -6 0

HE-3 24 1 0 -3 0

HE 24 1 0 0 0

HE+3 24 1 0 +3 0

HE+6 24 1 0 +6 0

Unit：(mm)

表5.5 垂直偏心系列尺寸表

融入半徑 原始間隙 垂直偏心 水平偏心 梁偏心

VE-6 24 1 -6 0 0

VE-3 24 1 -3 0 0

VE 24 1 0 0 0

VE+3 24 1 +3 0 0

VE+6 24 1 +6 0 0

47

表5.6 梁偏心系列尺寸表

融入半徑 原始間隙 垂直偏心 水平偏心 梁偏心

BE-6 24 1 0 0 -6

BE-3 24 1 0 0 -3

BE 24 1 0 0 0

BE+3 24 1 0 0 3

BE+6 24 1 0 0 6

Unit：(mm)

48

表 5.7 熔入半徑系列分析結果表

Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

M20 0.94 1.49 1.60 0.1 11.1 19.5 0.009 0.023 0.028 M22 0.93 1.48 1.57 0 9.7 17.1 0.007 0.020 0.025 M24 1.05 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.005 0.014 0.017 M26 1.03 1.47 1.55 0 7.8 14.3 0.004 0.013 0.015 M28 1.00 1.45 1.52 0 10.7 11.9 0.003 0.010 0.013

49

表5.8 側墊板間隙系列分析結果表

Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

S00 0.84 1.62 1.67 0 5.5 10.0 - - - S05 1.06 1.53 1.60 0 14.1 22.0 0.004 0.015 0.018 S10 1.06 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.005 0.014 0.017 S15 1.07 1.48 1.58 0 3.4 6.9 0.006 0.014 0.016 S20 1.01 1.44 1.54 0 3.6 7.5 0.007 0.014 0.015

50

表 5.9 水平偏心系列分析結果表

Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

HE-6 0.96 1.60 1.63 0.1 11.7 18.9 0.005 0.027 0.034 HE-3 1.05 1.60 1.69 0.4 13.9 22.9 0.003 0.022 0.027

HE 1.06 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.002 0.014 0.017 HE+3 1.06 1.57 1.66 0 11.5 18.8 0.001 0.012 0.014 HE+6 1.19 1.40 1.54 0 1.8 4.5 0.001 0.010 0.012

51

表 5.10 垂直偏心系列分析結果表

Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

VE-6 0.97 1.26 1.35 0 2.2 5.6 0.002 0.006 0.007 VE-3 0.98 1.43 1.43 0 7.3 7.3 0.003 0.007 0.010

VE 1.06 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.005 0.014 0.017 VE+3 1.04 1.52 1.61 0.5 10.9 17.7 0.009 0.020 0.024 VE+6 1.29 2.07 2.27 3.3 29.6 53.5 0.011 0.025 0.031

52

表 5.11 梁偏心系列分析結果表

Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

BE-6 1.06 1.45 1.55 0 6.7 12.5 0.005 0.013 0.017 BE-3 1.06 1.50 1.59 0 11.3 13.0 0.005 0.014 0.017

BE 1.06 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.005 0.014 0.017 BE+3 1.06 1.46 1.55 0 11.5 13.2 0.005 0.015 0.017 BE+6 1.06 1.46 1.53 0 9.0 13.6 0.006 0.015 0.017

53

表6.1 接合細節與接合型式模型編號

編號 說明

BA 具梁翼全滲透銲道背墊板

NAH 托梁無扇形開口

BUN-F 側墊板施以填角銲接

RBS 圓弧切削

ER 延長式肋板

WF 圓弧擴翼

54

表6.2 接合細節與接合型式模型分析結果表

L p α Triaxility Rupture Index CTOD (mm)

mm 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0% 1.1% 2.3% 4.0%

BUN 0 1.00 1.05 1.46 1.55 0 7.7 12.7 0.005 0.014 0.017 BA 0 1.00 0.98 1.39 1.43 0 10.2 15.6 0.005 0.017 0.020 NAH 0 1.00 0.62 1.22 1.32 0 4.3 7.3 0.002 0.013 0.015 BUN-F 0 1.00 0.88 0.95 0.89 0 0 0 0.002 0.001 0.001

RBS 400 1.39 0.97 1.18 1.40 0 0 4.8 0.002 0.005 0.010 ER 235 1.15 1.02 1.32 1.39 0.2 7.8 8.7 0.007 0.013 0.015

WF 300 1.51 0.77 1.05 1.17 0 0.2 1.5 0.001 0.006 0.008

55

h

ESW

= t

d

t

_d (Thickness of diaphragm)

Backing Diaphragm

b

_ESW

= t

_d

t

_d

(Thickness of Diaphragm) Column

Flange

Backing

圖2.1 電熱熔渣銲接預留位置尺寸圖

56

圖2.2 組合箱型柱之製作流程

57

(Zhang and Dong 2000)

圖2.3 梁翼全滲透銲道之縱向殘留應力

-4 -2 0 2 4

Total Plastic Rotation (% rad)

-3000 -1500 0 1500 3000

Moment (kN-m)

-1 0 1

M/Mp

Fracture of CJP Weld

1.7% drift

(Chen et al. 2004)

圖 2.4 試體 BR115CB 之彎矩與總塑性轉角關係圖

58

-3 -2 -1 0 1 2 3

Total Plastic Rotation (% rad) -4000

-2000 0 2000 4000

Moment (kN-m)

-1

Total Plastic Rotation (% rad)

-2000 -1000 0 1000 2000

Moment (kN-m) M /Mp

(林潔祥 2005)

圖2.6 試體 CT 之彎矩與總塑性轉角關係圖

59

Unit: mm

12

R30 R10 20

Beam H 700×300×13×24 Column □ 550×550×35×35

PL 560×100×22

Diaphragm

TYP.

35° 7

圖 3.1 試體 BUN 梁柱接合細節

60

550

半滲透銲接全滲透銲接半滲透銲接

35 35

3770 520 1162 1006

676 1162250 2028736

B B

C C

A A

Beam

Unit：mm

(林群洲 2002)

圖 3.2 試體 BUN 之柱接合細部

61 35 º

7

18

50 º

12 TYP.

12 6 6

D D

50 25 9 50-100 TYP.

TYP.

9 50-100

Section A-A Section B-B

Section C-C Section D-D

(林群洲 2002)

圖 3.2 試體 BUN 之柱接合細部 (續)

62

Column Plate

Diaphragm

Backing

ESW

Unit (mm) 1 mm Original Slit

(TYP.) R24 12

Backing 24

25

50

圖3.3 電熱熔渣銲接之接合細節

63

Column □ 550×550×35×35 mm Beam H 700×300×13×24 mm Pin Support

Roller Support

Lateral Support

Beam Tip Displacement

圖 3.4 模型 BUN 網格與邊界條件示意圖

Ba

圖3.5

CTOD =

acking

ESW

(FEMA 350

頭子結構層

iginal formed

Colum

法

mn

65

圖3.7 梁翼全滲透銲道之指標量測線

圖3.8 扇形開口根部之指標量測線 CJP measure line

Root of WAH measure line

66

ESW A-a ESW C-c

ESW B-b ESW D-d

ESW a

ESW A ESW C

ESW c

圖3.9 電熱熔渣銲指標接量測線

67

Beam T ip Load (kN)

Story Drift (% rad)

Test

Distance fr om Symmetric Plane (mm)

X-Direction Strain

Test 0.6% rad. FEM 0.6% rad.

Test 1.1% rad. FEM 1.1% rad.

Test 2.3% rad. FEM 2.3% rad.

68

圖3.12 模型 BUN 之 Von Mises 應力圖 (4.0% rad)

圖 3.13 模型 BUN 電熱熔渣處之 Von Mises 應力圖(4.0% rad)

Unit：MPa

Unit：MPa

69

圖3.14 模型 BUN 電熱熔渣銲接之應力三軸度 (4.0% rad)

70

Distance fr om Symmetric Plane (mm)

CTOD (mm)

Line A_a Line B_b Line C_c Line D_d

0

Story Drift (% rad)

71

Str ess (MPa)

Strain

Beam T ip Load (kN)

Story Drift (% rad)

Test Bilinear Quadralinear

72

Distance from Symmetric Plane (mm)

X-Direction Strain

Test Bilinear Quadralinear

0

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN BUN-Q

73

圖 4.5 模型局部元素尺寸與 CTOD 關係圖

圖 4.6 模型局部元素數量與 CTOD 關係圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 2 4 6 8 10

CT OD (mm)

ESW Mesh Size (mm)

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 10000 20000 30000 40000

CT OD (mm)

Local Element Numbers

74

Story Drift (% rad)

Beam Tip load (kN)

Test

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN BUN‐CY

75

圖 4.9 模型 BUN-S 之 Von Mises 應力圖 (4.0% rad)

圖 4.10 模型 BUN-B 之 Von Mises 應力圖 (4.0% rad)

Unit：MPa

Unit：MPa

76

圖 4.11 模型 BUN-B 之 X-Y 剪應力圖 (4.0% rad)

圖4.12 模型 BUN-B 之 X-Y 剪應力圖 (4.0% rad)

Unit：MPa

Unit：MPa

77

Beam T ip Load (kN)

Story Drift (% rad)

BUN

Distance fr om Symmetric Plane (mm)

X‐Direction Strain

Test BUN BUN‐S BUN‐B

78

圖4.15 剪力板模型之 CTOD 歷程圖

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN BUN‐S BUN‐B

79

備註：虛線為標準組模型 M24

圖 5.1 熔入半徑系列模型示意圖

80

備註：虛線為標準組模型 S10

圖5.2 側墊板間隙系列模型示意圖

81

備註：虛線為標準組模型 HE

圖 5.3 水平偏心系列模型示意圖

82

備註：虛線為標準組模型 VE

圖 5.4 垂直偏心系列模型示意圖

83

備註：梁翼板未偏心位置標示於柱翼板上

圖5.5 梁偏心系列模型示意圖

84

CT OD (mm)

Melted Radius (mm)

4.0% rad

Str ess T riaxility

Melted Radius (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

85

Ruptur e Index

Melted Radius (mm)

4.0% rad

CT OD (mm)

Original Slit (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

86

Str ess T riaxility

Original Slit (mm)

4.0% rad

Ruptur e Index

Original Slit (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

87

Horizontal Eccentricity (mm)

4.0% rad

Str ess T raiaxility

Horizontal Eccentricity (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

88

Ruptur e Index

Horizontal Eccentricity (mm)

4.0% rad

CT OD (mm)

Vertical Eccentricity (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

89

Str ess T riaxility

Vertical Eccentricity (mm)

4.0% rad

Ruptur e Index

Vertical Eccentricity (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

90

Beam Eccentricity (mm)

4.0% rad

Str ess T raiaxility

Beam Eccentricity (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

91

圖5.20 梁偏心系列模型破裂指數比較圖

0  20  40  60  80  100 

‐9 ‐6 ‐3 0 3 6 9

Ruptur e Index

Beam Eccentricity (mm)

4.0% rad 2.3% rad 1.1% rad

92 ESW

d tip

圖 5.21 裂縫尖端與橫隔板邊緣距離 d tip示意圖

圖5.22 參數模型之 d _tip與CTOD 關係圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 5 10 15 20

CT OD (mm)

d

_tip

(mm)

93

Str ess T riaxility

d

_tip

(mm)

Ruptur e Index

d

_tip

(mm)

94 Column

Plate

Backing

Beam

1 mm Slit

1 mm Slit

圖 6.1 BA 模型背墊板示意圖

圖 6.2 模型 BA 之 CTOD 歷程圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN BA ESW BA CJP

95

圖 6.3 模型 BA 之電熱熔渣銲接 Von Mises 應力圖 (4.0% rad)

圖6.4 模型 NAH 之 CTOD 位移歷程圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN NAH

Unit：MPa

96

Column Plate

Diaphragm Backing

ESW

1 mm Original Slit

(TYP.) Backing

10 mm Fillet welding

(TYP.)

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN BUN‐F

97

Beam H 700×300×13×24 Column □550×550×35×35

圖6.7 模型 BUN 尺寸圖

圖6.8 模型 BUN 彎矩梯度圖

0.0  0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.2  1.4  1.6  1.8 

0  1000  2000  3000  4000 

Normaliz ed Moment (M / M

pe

)

Distance from Column Face (mm)

Moment Capacity Moment Demand

98

R550 60 150 500

Beam H 700×300×13×24 Column □550×550×35×35

圖 6.9 模型 RBS 尺寸圖

0  1000  2000  3000  4000 

Normaliz ed Moment (M / M

pe

)

Distance from Column Face (mm)

Moment Capacity Moment Demand

99

圖6.11 模型 RBS 之塑性應變圖

圖6.12 模型 RBS 之 CTOD 歷程圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN RBS

100

Beam H 700×300×13×24 Column □550×550×35×35

圖 6.13 模型 ER 尺寸圖

圖 6.14 模型 ER 彎矩梯度圖

0.0  0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.2  1.4  1.6  1.8 

0  1000  2000  3000  4000 

Normaliz ed Moment (M / M

pe

)

Distance from Column Face (mm)

Moment Capacity Moment Demand

101

圖 6.15 模型 ER 塑性應變圖

圖 6.16 模型 ER 之 CTOD 歷程圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN ER B_b ER A_a

102

圖6.17 模型 ER 電熱熔渣銲接 Von Mises 應力圖 (4.0% rad)

Unit：MPa

103

100 200

Beam H 700×300×13×24 Column □550×550×35×35

R250

0  1000  2000  3000  4000 

Normaliz ed Moment (M / M

pe

)

Distance from Column Face (mm)

Moment Capacity Moment Demand

104

圖6.20 模型 WF 塑性應變圖

圖6.21 模型 WF 之 CTOD 歷程圖

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

CT OD (mm)

Story Drift (% rad)

BUN WF

105

圖6.22 特殊抗彎接頭模型之梁端載重-位移包絡線

0 200 400 600 800 1000

0 1 2 3 4 5

Beam T op Load (kN)

Story Drift (% rad)

WF ER BUN RBS

106

在文檔中 鋼骨箱型柱內橫隔板電熱熔渣銲接之有限元素分析 (頁 54-120)