2.3.1 設計概念
梯形接合板 (Trapezoid Gusset Plate, TGP) 之主要設計概念乃由執 行含 2t偏移矩形接合板有限元素模型分析成果之von-Misses等值應力分 佈所觀察得之 (陳誠直等人，2009)，如 圖 2.22 所示。由圖可發現，由 斜撐構材翼板所傳遞至接合板之路徑以近 30°角擴展，於此範圍 (即 Whitmore Section) 內之分佈應力較大，為主要受力區域，範圍以外之分 佈應力皆較小，故構想出梯形接合板之概念，並使具 2t線性偏移區域，
以提供於斜撐構材因產生挫屈後進而面外變形於端部產生之面外旋轉 量。
圖 2.23 為梯形接合板整個設計邏輯，由 圖 2.23 (a) 所示，此為按照UFM 且含2t線性偏移所設計的矩形接合板，根據此設計方法所得之接合板尺 寸通常很大較不經濟，對其耐震行為亦不甚瞭解，亦有可能未符合預期 (Roeder et al. 2006; Yoo et al. 2008) ；以Whitmore Method訂出有效寬度 並結合擬挫屈長度在計算矩形接合板之挫屈強度時，往往於Whitmore Section以外之區域皆無使用到，如 圖 2.23 (b) 。基於此，本研究擬發展 梯形接合板，並含現行AISC規範 (2005a) 2t線性偏移規定，如 圖 2.23 (c) 與 (d) 所示，其中
L
1、L
2與L
3則為計算接合板有效挫屈長度之3 個擬挫 屈長度，爾後根據圖 2.23 (d) 之梯形接合板形狀以設定研究參數進行有 限元素模型分析，參數研究將於下節詳述。0.25% 0.50% 0.75%
30°
1.00% 1.50%
MPa
圖2.22 具 2t 偏移矩形接合板之等值應力分佈圖 (陳誠直等人，2009)
(a) (b)
LC=2tg LC=2tg
30°
Withmore Width,bE
Pseudo Buckling Line
(c) (d)
LC=2tg
30°
Withmore Width,bE
LC=2tg ~ 4tg Lw
W=1.0bE L1
L2 L3
圖2.23 梯形接合板之設計概念
2.3.2 設計參數
以往矩形接合板 (Rectangular Gusset Plate, RGP) 之設計方式乃依 據強度設計理論而來，即以斜撐構材之最大強度來設計接合板厚，通常 接合板強度遠大於斜撐，是為「強接合板-弱斜撐」概念，爾後則利用 UFM 求得接合板之尺寸以及接合板與梁、柱桿件之接合尺寸。近期國 外的研究 (Roeder et al. 2006; Yoo et al. 2008; Lehman et al. 2008) 顯示，
由性能設計 (Performance Design) 觀點，其建議一套平衡設計方法，利 用平衡係數進行設計接合板板厚，由此法所求之接合板板厚較學者 Astaneh-Asl (2006) 所建議之設計方法所得之板厚薄。雖然此法所求得 之板厚較強度設計法求得之板厚小，但經實驗證明其具相當耐震性能 (Lehman et al. 2008)。基於此，本研究採用此概念設計梯形接合板板厚，
並 擬 為 參 數 1 (
β
j ) ， 即 為 接 合 板 與 斜 撐 構 材 之 拉 力 強 度 比 值與行為之重要變數，以探討當
W
提升時對於接合板之強度與行為反應之 影響。預確定梯形接合板與斜撐構材之耐震行為，先執行有限元素之前 導分析，共規劃包含1 組斜撐構材具矩形接合板模型與 7 組梯形接合板 與斜撐構材模型，如 表2.1 所示，分析模型各尺寸如 表 2.2 所示。模型TGP1 至模型 TGP3 主要變數為接合板與斜撐構材之拉力強度 比，藉以探討以強度設計法 (
β
j=
1.2) 與平衡設計法 (β
j=
1.0) 下，對 於 接 合 板 行 為 與 強 度 及 對 斜 撐 構 材 行 為 之 影 響 ， 並 設 置 一 中 間 值1 .
=
1β
j 。模型 TGP4 與模型 TGP5 是採平衡設計法下提昇接合板之偏移 區域長度，各為3 倍及 4 倍接合板厚度，以探討接合板是否可提供更好 之韌性行為；模型TGP6 為採強度設計法下將接合板偏移區域長度增大 至 4 倍接合板板厚。模型 TGP7 為探討於改變 Whitmore 寬度，將其提 昇是 1.25 倍，探討接合板對於整體強度與行為之影響。模型 RGP 是矩 形接合板含 2t 偏移區域，為與模型 TGP1 之基本對照組，而本研究主要 目的為探討將矩形接合板將其改為梯形接合板，雖縮減鋼材使用量，其 是否亦可提供相等或更高之耐震性能為本研究之重點項目。表 2.1 分析模型一覽表 Specimens Brace Shape Gusset PL Size
(mm)
TGP-5 BH-350×350×25×25 1049×999 26 6078 72
TGP-6 1063×1013 31 6038 71
TGP-7 1100×1050 26 5933 70
RGP 1269×1219 26 5455 64
第參章 斜撐構材與接合板之有限元素分析
3.1 概述
本研究之內容共分為模型之有限元素分析與實體載重試驗兩部 分，於本章節將進行一系列斜撐構材與梯形接合板有限分析，斜撐構材 與接合板行為之有限分析採用之分析工具為泛用型有限元素分析軟體 ABAQUS (2006)，以建置分析模型進行非線性模擬分析，以下將針對分 析軟體、主要功能、模型建立、參數研究等進行介紹。