應用有限元方法於鋼筋混凝土構架之極限載重行為分析

完成日期：      2001年6月

摘要

在1999年921集集地震中，依構造種類區分，以鋼筋混凝土構造損害最多。而民國63年以前之建物尚無規範考慮地震力，並且歷年來使用之規範在設計時均假設載重與變形為線彈性之行為；但在鋼筋混凝土構造，其材料行為是由鋼筋與混凝土兩者組合，其應力與應變具非線性之關係，故在一般設計時，無法得知承受如地震等側向力時其完整之極限載重與變形。

本研究應用有限元方法於鋼筋混凝土構架之極限載重行為分析，使用虛功原理推導具有兩結點六自由度梁／柱元素之勁度矩陣。在推導過程中已將鋼筋混凝土材料非線性行為納入，整體結構非線性求解部份則採用增量載重並配合迭代法求解之。

經由解析解與實驗例之驗証，本研究方法對於鋼筋混凝土材料非線性行為作用下之極限載重與變形預測，具有良好之效果。可預估鋼筋混凝土構架之塑性化發展趨勢及是否先發生剪力破壞，用以評估梁／柱破壞之先後順序，及作為補強設計之參考；推導梁／柱斷面彎矩-曲率-軸力關係時，對於材料非線性行為，以一多線性線段模擬之，異於常見之雙線性及三線性之模擬，使更具精確性；而鋼筋混凝土梁／柱於跨度上配筋不連續或配筋方式有變化，均可適切模擬處理，故本研究之有限元分析程序及發展之程式具有相當通用性。