第三章 參數研究
3.6 結論
利用有限元素分析可瞭解各型式擴翼補強接頭之力學行為，並可 作為試體規劃之參考依據，歸納之結論如下：
1. 增加梁擴翼補強的寬度，可有效的降低梁翼全滲透銲道兩側 應力集中的趨勢及應變韌性的需求。
2. 增加梁擴翼補強段長度，其圓弧段會較為平緩，降低應力集 中於圓弧末端，且應力均勻分散的往遠離柱面發展，減少於 補強段末端發生破壞之可能性。
3. 參數
α
可視為梁柱接面之安全係數，其值愈高代表梁柱接面發 生破壞的可能性愈低。需藉由分析與試驗相互配合找出α
的極 限值，作為設計擴翼式梁柱接頭檢核之參考。4. 未擴翼補強模型有較高的應力集中於梁翼全滲透銲道兩側，
推測極可能於此處發生破壞，故實尺寸試驗僅規劃三組擴翼 補強型式試體。
表 3.1 有限元素分析模型編號
UW－A W10－L1A W08－L1A W10－L2A W10－L1FA W085－L3A
F 代表採用 FEMA 建議之扇形銲接開孔 A 代表有限元素分析模型
L 代表擴翼板之補強段長度
L1：200 mm (約三分之ㄧ倍梁深) L2：400 mm (約三分之二倍梁深) L3：350 mm
W 代表梁擴翼板最大寬度和柱翼板寬度之比值 UW：未擴翼型式 (Un-Widened)
W10：比值為 1.0，擴翼板最大寬度為 550 mm W08：比值為 0.8，擴翼板最大寬度為 440 mm W085：比值為 0.85，擴翼板最大寬度為 468 mm
表3.2 參數
α
值Beam: H588×300×12×20 (3030 mm) Column: □550×550×27×27 (3000 mm) α L
200 250 300 350 400 450 500 1.0 1.55 1.52 1.49 1.47 1.44 1.41 1.39 0.95 1.48 1.46 1.43 1.40 1.38 1.35 1.32 0.9 1.41 1.39 1.36 1.34 1.31 1.29 1.26 0.85 1.35 1.32 1.30 1.28 1.25 1.23 1.20 0.8 1.28 1.26 1.23 1.21 1.19 1.17 1.14 0.75 1.21 1.19 1.17 1.15 1.13 1.10 1.08 W
0.7 1.14 1.12 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02
鋼梁 箱型柱
擴翼式托梁
圖3.1 擴翼式梁柱接頭示意圖
彎矩容量Mcapacity
彎矩需求Mdemand
Mc
Md
d c
M
= M α
C L 塑鉸產生處
箱型柱 鋼梁
圖3.2 擴翼式梁柱接頭之彎矩梯度圖
Monotonic loading Beam
H588×300×12×20
Box column 550×550×27×27 Roller
support
Pin support
圖3.3 三維有限元素分析模型
L
b
fd
cL
wfb
wf箱型柱
鋼梁
圖3.4 擴翼式梁柱接頭示意圖
Box column
Diaphragm
Beam Line CJP
Widened flange
CJP weld
圖 3.5 分析模型比較位置圖
r
Beam flange Column
flange
圖3.6 FEMA-350 建議之扇形開孔型式
圖3.7 模型 UW-A 之有限元素網格圖
圖3.8 模型 W10-L1A 之有限元素網格圖
圖3.9 模型 W08-L1A 之有限元素網格圖
圖 3.10 模型 W10-L2A 之有限元素網格圖
(a) W10-L1FA (FEMA 扇形開孔) (b) W10-L1A (無扇形開孔) 圖3.11 扇形開孔對擴翼式接頭之 von Mises 應力分佈比較 (4% drift)
0 1 2 3 4
Story drift angle (% rad) 200
400 600 800
Be a m t ip l o a d ( k N)
W10-L2A W10-L1A W08-L1A UW-A
圖3.12 分析模型之梁端載重與層間變位角關係圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.13 模型 UW-A 之 von Mises 應力分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.14 模型 W10-L1A 之 von Mises 應力分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.15 模型 W08-L1A 之 von Mises 應力分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.16 模型 W10-L2A 之 von Mises 應力分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.17 模型 UW-A 之 PEEQ 應變分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.18 模型 W10-L1A 之 PEEQ 應變分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.19 模型 W08-L1A 之 PEEQ 應變分佈圖
(a) 0.5% drift (b) 1.0% drift
(c) 2.0% drift (d) 4.0% drift
圖3.20 模型 W10-L2A 之 PEEQ 應變分佈圖
-300 -150 0 150 300 Distance from beam flange centerline (mm) 0.0 W08-L1A W10-L1A
圖3.21 UW-A、W08-L1A 及 W10-L1A 沿梁翼全滲透銲道之應力比較
-300 -150 0 150 300
Distance from beam flange centerline (mm) 0
10 20 30 40
PEEQ index
UW-A W08-L1A W10-L1A
圖3.22 UW-A、W08-L1A 及 W10-L1A 沿梁翼全滲透銲道之 PEEQ index 比較圖
-300 -150 0 150 300 Distance from beam flange centerline (mm) 0.0 W10-L1A W10-L2A
圖3.23 UW-A、W10-L1A 及 W10-L2A 沿梁翼全滲透銲道之應力比較
-300 -150 0 150 300
Distance from beam flange centerline (mm) 0
10 20 30 40
PEEQ index
UW-A W10-L1A W10-L2A
圖3.24 UW-A、W10-L1A 及 W10-L2A 沿梁翼全滲透銲道之 PEEQ index 比較圖
(a) W08-L1A (b) W085-L3A
圖3.25 模型 W08-L1A 與 W085-L3A 之 von Mises 應力分佈比較 (4%
drift)
-300 -150 0 150 300
Distance from beam flange centerline (mm) 0
10 20 30 40
PEEQ index
W08-L1A W085-L3A
圖3.26 W08-L1A 及 W085-L3A 沿梁翼全滲透銲道之 PEEQ index 比 較圖