羅俊雄臺灣大學：土木工程學研究所司裕仁2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50219在鋼索的靜態部分，對於鋼索的自然振動頻率提出一個適當評估方法，並配合實驗數據加以證實。 在動態的部分，觀察鋼索的中點橫向位移反應並加以控制，採用兩種數值方法互相印證可信度，一種為擬靜態與動態分析理論，而另一種則於有線元素的套裝軟體建立模型加以模擬比較。並對鋼索端點施加不同外在振動型態，包括諧和函數以及地震加速度歷時在不同的數值方法中比較之。最後並對鋼索加以控制並分析結果。第一章 緒論…………………………………………………1 1.1 前言…………………………………………………………1 1.2 文獻回顧……………………………………………………1 1.3 研究背景、動機…………………………………………3 1.4 研究目的及內容…………………………………………5 第二章 斜吊鋼索的自然頻率研究方法……………………6 2.1前言…………………………………………………………6 2.2鋼索之基本運動方程式與本文研究流程…………………7 2.2.1 弦理論方程式的推導……………………………7 2.2.2 樑理論方程式的推導……………………………9 2.2.3 鋼索基本運動方程式……………………………11 2.3 自然頻率研究方法流程……………………………………13 2.4斜吊鋼索的斜率……………………………………………14 2.5等值彈性(正割)模數………………………………………16 2.6 斜吊鋼索的分段與求解……………………………………17 2.7 邊界條件與連續條件………………………………………19 2.7.1 連續條件………………………………………19 2.7.2 邊界條件………………………………………19 2.8 轉換矩陣……………………………………………………21 2.9 奇異解得自然振動頻率……………………………………23 2.10 自然頻率的比較…………………………………………24 2.10.1 長鋼索之比較…………………………………………25 2.10.2 短鋼索之比較…………………………………………25 2.10.3 不同張力下之長鋼索…………………………………26 2.11多階段R33鋼纜錨頭施拉力試驗………………………26 第三章 擬靜態與動力分析理論…………………………28 3.1 前言………………………………………………………28 3.2長鋼索的形狀函數………………………………………28 3.3擬靜態與動力分析與研究流程…………………………29 3.3.1擬靜態與動力分析理論………………………29 3.3.2 擬靜態與動力分析流程………………………31 3.4擬靜態與動力分析: 擬靜態部分………………………32 3.5擬靜態與動力分析: 動力部分…………………………33 3.6 歷時反應與頻率響應函數………………………………35 3.6.1 歷時反應………………………………………35 3.6.2 頻率響應函數…………………………………36 第四章 ABAQUS模擬動力分析與比較…………………38 4.1 前言………………………………………………………38 4.2 歷時反應…………………………………………………38 4.3 頻率響應函數……………………………………………39 4.4 地震波模擬實例…………………………………………40 4.4.1 前言…………………………………………………40 4.4.2 CHY042歷時反應比較………………………………41 4.4.3 TCU100歷時反應比較………………………………42 4.4.4 TCU092歷時反應比較………………………………42 第五章 ABAQUS模擬鋼索的控制…………………………44 5.1 前言………………………………………………………44 5.2頻率響應函數之控制效果………………………………45 第六章 結論與展望………………………………………47 6.1結論………………………………………………………47 6.2展望………………………………………………………49 參考文獻…………………………………………………………50 表目錄 表1.1 鋼纜工程編號……………………………………………53 表1.2 鋼纜鋼腱數目……………………………………………53 表1.3 鋼纜單位重量……………………………………………53 表1.4 R34實驗的主徵頻率及有限元素模型分析的主徵頻率之比對…………………………………………………………………54 表1.5：兩種截然不同典型的斜吊鋼索…………………………55 表2.1 不同鋼板墊片情況下之泵浦拉力與鋼纜中垂量………55 表2.2 不同鋼板墊片情況下之前三個振動特徵頻率…………56 圖目錄 圖1.1 集鹿斜張橋外觀造型……………………………………57 圖1.2 箱樑斷面(單位 cm) ……………………………………57 圖1.3 R34鋼纜振動訊號頻譜圖暨二十三個主徵頻率值……58 圖1.4 L1鋼纜振動頻譜圖………………………………………58 圖2.1 弦理論之元素……………………………………………59 圖2.2 樑理論之元素……………………………………………59 圖2.3 鋼索的斜率………………………………………………60 圖2.4 微震儀綁縛鋼纜上量測鋼纜鉛垂面垂直於鋼纜沿伸方向的振動訊號………………………………………………………………60 圖2.5 長鋼索(R34)的自然震動頻率比較……………………61 圖2.6 短鋼索(L1)的自然震動頻率比較………………………61 圖2.7 長鋼索(R34)於此理論中不同的張力下的自然頻率…62 圖2.8 實驗前狀態(鋼板墊片共22.5cm)與實驗終狀態(2.8cm) ………………………………………………………………62 圖2.9 多階段R33鋼纜錨頭施拉力實驗結果與理論比較……63 圖3.1 長鋼索(R34)之第一個形狀函數………………………63 圖3.2 長鋼索(R34)之第二個形狀函數………………………64 圖3.3 長鋼索(R34)之第三個形狀函數………………………64 圖3.4 長鋼索(R34)之第四個形狀函數………………………65 圖3.5 長鋼索(R34)之第五個形狀函數………………………65 圖3.6 長鋼索(R34)之第六個形狀函數………………………66 圖3.7 長鋼索的靜態情形；長鋼索端點施加一單位位移時的情形………………………………………………………66 圖3.8 長鋼索的靜態情形；長鋼索端點施加強迫振動的情形 ……………………………………………………………67 圖3.9 長鋼索(R34)於擬靜態與動態分析之歷時反應………67 圖3.10 長鋼索(R34)於擬靜態與動態分析之頻率響應函數…68 圖4.1 長鋼索(R34)於ABAQUS動力分析之歷時反應…………68 圖4.2 長鋼索(R34)於擬靜態與動態分析和ABAQUS動力分析之頻率響應函數比較……………………………………………69 圖4.3 第一類地盤CHY042中的地震加速度…………………69 圖4.4 鋼索高處節點之x方向位移歷時(CHY042)……………70 圖4.5 鋼索高處節點之y方向位移歷時(CHY042)……………70 圖4.6 鋼索低處節點之x方向位移歷時(CHY042)……………71 圖4.7 鋼索低處節點之y方向位移歷時(CHY042)……………71 圖4.8 ABAQUS數值模擬之鋼索中點橫向位移歷時反應(CHY042)……………………………………………………72 圖4.9 以擬靜態與動態分析理論之鋼索中點橫向位移歷時反應(CHY042)……………………………………………………72 圖4.10 理論與ABAQUS數值模擬之鋼索中點橫向位移歷時反應 比較(CHY042)………………………………………………73 圖4.11 理論與ABAQUS鋼索中點橫向位移歷時之頻率反應譜 (CHY042)……………………………………………………73 圖4.12 第一類地盤TCU100中的地震加速度…………………74 圖4.13 鋼索高處節點之x方向位移歷時(TCU100)……………74 圖4.14 鋼索高處節點之y方向位移歷時(TCU100)……………75 圖4.15 鋼索低處節點之x方向位移歷時(TCU100)……………75 圖4.16 鋼索低處節點之y方向位移歷時(TCU100)……………76 圖4.17 理論與ABAQUS數值模擬之鋼索中點橫向位移歷時反 應比較(TCU100)…………………………………………76 圖4.18 理論與ABAQUS鋼索中點橫向位移歷時之頻率反應譜(TCU100)…………………………………………………77 圖4.19 第一類地盤TCU092中的地震加速度…………………77 圖4.20 鋼索高處節點之x方向位移歷時(TCU092)……………78 圖4.21 鋼索高處節點之y方向位移歷時(TCU092)……………78 圖4.22 鋼索低處節點之x方向位移歷時(TCU092)……………79 圖4.23 鋼索低處節點之y方向位移歷時(TCU092)……………79 圖4.24 理論與ABAQUS數值模擬之鋼索中點橫向位移歷時反 應比較(TCU092)…………………………………………80 圖4.25 理論與ABAQUS鋼索中點橫向位移歷時之頻率反應譜(TCU092)…………………………………………………80 圖5.1 加上黏滯性阻尼器控制長鋼索…………………………81 圖5.2 長鋼索(R34)於ABAQUS動力分析之控制情形…………81846738 bytesapplication/pdfen-US斜張橋動力分析鋼索cable-stayed bridgedynamic analysiscablethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50219/1/ntu-93-R91521230-1.pdf