ANSYS分析鋼鈑之結果與討論

本研究所擬分析之鋼鈑依其寬度×厚度之不同分為四組，包括 50

×1、50×2、100×1 及 100×2 等情況，並考慮高寬比由 0.25~4 等幾何 條件，各組之分析結果整理於表 5.1~表 5.4，包括對應於不同鋼鈑高 寬比之極限剪力強度(ultimate shear capacity)、後極限剪力強度 (post-ultimate shear capacity)、三向(X、Y 及 Z)位移分量之最大 值與最小值、最大位移量以及破壞模式等。當變形量過大時，除產生 挫屈破壞外，亦出現總位移超過 10cm 的情況，由於位移量過大，鋼

鈑已嚴重破壞，其數據較不具意義，故不列入表格內。整體而言，鋼 鈑的極限剪力強度隨著高寬比的增加而降低，其破壞模式由最初的施 力點應力破壞，隨著高寬比之增加而逐漸伴隨局部挫屈破壞產生，進 而產生整體挫屈破壞。茲針對各組鋼鈑之分析結果討論如下：

„ Case：50×1

由表 5.1 之結果顯示，高寬比小於 1 時，鋼鈑於施力點產生應力 破壞；高寬比≧1 時產生局部挫屈破壞；高寬比≧2 時則產生整體挫 屈破壞。極限剪力強度在高寬比=0.5 時為 66tf；隨著高寬比增加至 2 時，其極限剪力強度降低為 26tf，高寬比增加至 4 時，極限剪力強 度驟降為 13tf，顯示鋼鈑之極限剪力強度隨高寬比增加而減少，此 乃鋼板發生局部或整體挫屈破壞，材料強度未及充分發展利用所致。

惟高寬比小於 0.5 時，其極限剪力強度即趨於飽和，不再增加。

„ Case：50×2

由表 5.2 之結果顯示，高寬比小於 1 時，鋼鈑於施力點產生應力 破壞；高寬比≧1 時產生局部挫屈破壞；高寬比≧2.5 時則產生整體 挫屈破壞，應為鋼鈑厚度由 1cm 增至 2cm，延緩挫屈破壞發生的效應。

在高寬比=0.5 時，鋼板之極限剪力強度為 151tf，隨著高寬比增加至

加而減少，一如預期。同樣地，高寬比小於 0.5 時，其極限剪力強度 亦趨於飽和。

„ Case：100×1

由表 5.3 之結果顯示，高寬比小於 0.5 時，鋼鈑於施力點產生應 力破壞；高寬比≧0.5 時產生局部挫屈破壞；高寬比≧1.5 時則產生 整體挫屈破壞。隨著高寬比的增加，極限剪力強度逐漸降低，一如預 期。高寬比小於 1 時，極限剪力強度(82tf)未再提昇，呈現飽和。相 對於 50×1 或 50×2 的案例，本例因鋼鈑寬度加倍，斷面更為細長，故 挫屈破壞模式更為提前發生。由於斷面積為 50×1 的兩倍，在相同高 寬比時，其極限強度均較大；但與相同面積的 50×2 案例相比，其極 限強度均較小。

„ Case：100×2

由表 5.4 之結果顯示，高寬比小於 0.25 時，鋼鈑於施力點產生 應力破壞；高寬比≧0.5 時產生局部挫屈破壞；高寬比≧1.75 時產生 整體挫屈破壞。與前一案例﹙100×1﹚相比，厚度加倍確能延緩整體 挫屈破壞的發生。鋼鈑極限剪力強度於高寬比為 0.25 時可達 328tf，

高寬比增加至 4 時則驟降至 50tf，主要原因為鋼鈑產生挫屈破壞，

材料強度未能充分發展利用之故。相對於 50×2 案例，本例因鋼鈑寬 度加倍，斷面更為細長，故挫屈破壞模式更為提前發生。

各組鋼鈑之高寬比與極限剪力強度關係繪於圖 5.17。各組極限 剪力強度變化趨勢大致相似，極限剪力強度隨著高寬比之增大而降 低。高寬比≦1 時，除 100×2 之外，其餘三組之極限剪力強度皆接近 飽和，其破壞模式為施力點應力破壞。高寬比≧1.25 時，鋼鈑厚度 加倍約可使極限剪力強度加倍，但鋼鈑寬度增加時，其極限剪力強度 之增加幅度趨緩。因此，增加鋼鈑厚度較增加鋼鈑寬度對極限剪力的 提升來得有效。

綜合前述 ANSYS 分析結果，鋼鈑之極限剪力強度隨著鋼鈑高度增 加而降低。基本上，當鋼鈑於高寬比≧0.5 時，即可能產生局部挫屈 破壞；隨鋼鈑之高寬比增大，整體挫屈破壞之現象將越容易發生，因 而大幅降低極限強度。建議制震壁鋼芯鈑之設計應避免高寬比大於 2，以減少發生整體挫屈破壞的可能性，或者應作細部之補強(如翼鈑) 以提升其極限強度。這一部分將於下一節進行探討。