纖維強化高分子複合材料組合式構件力學實驗及行為探討

A Study on the Mechanics Behavior of the Combination of FRP Components

謝富池(Fu-Chr Hsieh)

指導教授 ： 李有豐

國立臺北科技大學/工程學院/土木與防災研究所/碩士(2012年)

摘要

本研究為改善現有玻璃纖維高分子(Glass Fiber Reinforced Plastic, GFRP)複合材料構件之勁度不足及為因應不同斷面設計需求，係使用玻璃纖維版(Deck, D)構件及方形管梁(Square Beam, S)構件於其內部分別填充變斷面梁(Transform section beam, T)構件及矩形梁(Rectangle beam, R)構件，組成GFRP組合式構件；分別於構件內部填充兩種不同配置形式之環氧樹脂砂漿，並於構件外側分別貼覆90°方向之不同種類纖維貼片，包括玄武岩纖維(Basalt Fiber)貼片與碳纖維(Carbon Fiber)貼片，希望改變其原本之破壞模式。後續進行八組複合版試體及五組複合梁試體之三點抗彎試驗，藉由各組試體實驗所得之極限載重、勁度、破壞模式等，與標準組相互比較，可知填充GFRP方管後可有效提升其勁度。於內部填充環氧樹脂砂漿之構件以第一種配置形式之平均強度與勁度皆優於第二種配置形式，其破壞模式以第二種配置形式較為嚴重。於外部貼覆90°方向之纖維貼片後，其強度明顯提升，並有效改善第二種環氧樹脂砂漿配置形式之破壞模式。最後利用材料商提供之GFRP之相關物理性質以及Euler梁及Timoshenko梁理論分別針對梁、版構件進行理論分析，將其理論分析及實驗結果進行比較，進而提出一GFRP組合式複合材料構件之改善方式。

關鍵字

玄武岩纖維 ； 碳纖維 ； 組合式構件 ； 破壞模式 ； 三點抗彎實驗

並列摘要

In this study, to improving the GFRP components stiffness and design requirements in response to different sections. Using the GFRP transform section beam and rectangle beam into the deck and square beam. Filling two types of the epoxy mortar. The GFRP components wrapping different fiber sheet consisting of carbon fiber and basalt fiber. A series of beam tests will conduct under 3-point bending test to know the force-displacement relationship, stiffness, failure strength and failure mode of the combination beam. The Timoshenko beam theory and Euler beam theory were applied to analyze the profiles, using material properties estimated. Finally compare the experimental result and numerical result. Both results show the stiffness of GFRP beam filled with epoxy mortar is twice larger than GFRP beam.

並列關鍵字

Basalt Fiber ； Carbon Fiber ； Mode of failure ； Combination of FRP Components ； 3-point bending test

參考文獻

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