ABAQUS 之模擬方法與步驟

本節將說明以 ABAQUS 套裝軟體，針對試體在加溫過程之行為模擬分析，

模擬試體之方法與步驟，包括基本假設、材料模型、邊界條件、載重設定與分析 流程等。

壹、 基本假設

使用 ABAQUS 軟體進行有限元素分析模擬時，有以下假設：

1. 忽略試體於製作或銲接等因素所造成殘留應力之影響。

2. 假設加溫爐內溫度均勻分布。

3. 忽略混凝土內部水分氣化與開裂對溫度之影響。

4. 忽略剪力釘，假設鋼梁與樓版有完全之握裹。

5. 忽略鋼承板。

貳、 材料模型

SN490B 和 SN400YB 的鋼材之材料性質分別採用 Chung et al.(2010)和 Eurocode 4 之值，並假設鋼材為理想塑性，因此使用雙線塑性模型模擬其應力應 變關係，應力應變以真實應力與真實塑性應變之形式定義。混凝土採用 Eurocode 4 所規定之材料性質，使用混凝土損傷塑性模型模擬其應力應變關係，此模型可 輸入不同之抗壓與抗拉強度。

參、 模型之邊界條件與載重設定

因試體之對稱性，分析模型採用鋼構框架中心線為對稱軸，僅模擬二分之一 試體以減少分析模擬所需要的時間，增加效率，設置如圖 5-11 所示。有限元素 分析模型需模擬試體於加溫爐中之支承情形以設置邊界條件，所以在四周的大梁 底部端點設為滾支承。試體同時承受垂直載重與溫度兩項外力，受火梁於試驗前

第五章 有限元素分析

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放置 4 組載重塊，分析模型中於相同 4 處施加均勻壓力，面積採用載重框架之底 面積；而溫度則依照實驗所測得的表面溫度施加在分析模型受熱段，並將實驗當 日所測之未加溫試體表面溫度設為模型之初始溫度。

圖 5-11 模型加載示意圖

（資料來源：本研究整理）

肆、 分析流程

ABAQUS 分析模型採用三維實體形態建模，首先進行熱傳分析，再進行非 線性應力分析，最後由接續性耦合熱應力分析結合熱傳分析與應力分析之結果，

以模擬簡支梁承重並受火害之行為，分析流程如圖 5-12 所示。

對稱面

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第五章 有限元素分析

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熱傳分析

根據實驗中所測得的試體溫度測點，對模型施加平均溫度，採用薄膜條件 (surface-based film condition)對受火害之試體底部施加溫度歷時。模型採用熱傳分 析元素 DC3D8，為八個節點的六面體元素，溫度為每個節點之單一自由度，如 圖 5-13 所示。模型中節點溫度歷時儲存於分析結果內，供接續性耦合熱應力分 析使用。

非線性應力分析

模擬試體加載之情形，於分析中對模型施加載重，使用三維應力分析元素 C3D8R，為八個節點的六面體元素，每個節點有三個自由度，分別為 x、y 與 z 方向之平移，如圖 5-13 所示。由分析結果可獲得試體之位移、應力及應變等反 應，存於分析結果內，供接續性耦合熱應力分析使用。

接續性耦合熱應力分析

求解應力與熱傳耦合問題之方法可分為三類，非耦合熱傳分析(uncoupled heat transfer analysis)即模型溫度與應力之間互不產生影響；接續性耦合熱應力分 析 (sequentially coupled thermal-stress analysis) 即應力取決於溫度之變化，但溫 度不受應力變化影響；完全耦合熱應力分析 (fully coupled thermal-stress analysis) 即溫度與應力之間存在相互作用關係。本研究採用接續性耦合熱應力分析結合熱 傳分析與非線性應力分析之結果，在接續性耦合分析中熱傳分析結果不會受到非 線性應力分析影響，而將溫度與載重之效應同時反應於模型上。分析中由熱傳分 析取得各節點之溫度，再由非線性應力分析取得其常溫下之反應，最後於接續性 耦合熱應力分析求得試體同時受溫度與載重之反應，所有分析均採用相同之網格 劃分方式，如圖 5-14 所示。

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圖 5-13 分析元素

（資料來源：Abaqus User’s Manual）

圖 5-14 有限元素分析模型之網格劃分

（資料來源：本研究整理）

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