創新抗震材料 成大副教授王雲哲解決建築樑柱接頭的難題

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創新抗震材料 成大副教授王雲哲解決建築樑柱接頭的難題

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創新抗震材料 成大副教授王雲哲解決建築樑柱接頭的難題

(中央社訊息服務20130128 15:23:48)台灣經常有地震,風災雨災更是頻傳,災難來臨時建物如何保持完整,是土木結構專注研究的課題。成功大學土木系副教授王雲哲創新研發「高韌性黏彈複合材料樑柱接頭」,確保「強柱弱梁」結構,其消散模數高於傳統材料1,000至10,000倍,當外力破壞時,可以將外來的能量消除,使建築物在極大外力衝擊下,不會產生瞬間毀壞,柱子得以保持完整。

建築中「強柱弱梁」的結構,是防震防災最重要的規範之一,柱子要保持完整,才不會造成建築骨牌式的毀損,過去在建築的梁和柱之間是以硬性的結構,強性銲接,遇強震時梁和柱連帶斷裂,也造成屋宇崩塌全面毀損,如能在樑柱接合之間,將破壞力先消除,梁即使斷了,柱子也能保持完整。

因此樑柱接頭的研究就特別重要,也是建築結構施工品質與強度最難控制之處,建築界稱其是耐震補強的盲點,王雲哲副教授的研究是結合軟鋼材料與高分子材料,將原來的鋼鐵材料鏤空,造成彈性,再填補橡膠高分子材料,此「高韌性黏彈複合材料樑柱接頭」,遵循黏彈性複合材料力學理論的預測,使其在微小變形時,高分子材料提供所需的黏彈性質,在較大變形時,軟鋼材料以塑性方式,提供能耗行為,進而大幅提升樑柱接頭整體的韌性及能耗,使其不發生脆性破壞。

王雲哲副教授表示,外力撞擊時,可以透過消散模式將外力化除,再以材料的承受度承接破壞力,他帶領的研究團隊透過實驗室的力學計算,「高韌性黏彈複合材料樑柱接頭」的消散模式比傳統鋼材高1,000到10,000倍,但是耐受的勁度就稍弱,是鋼材的四分之一。他說,既然消散外力能量提高了,勁度自然不用太強。

這項研究最令人亮眼的是運用價廉的橡膠高分子材料,王雲哲副教授說,過去對樑柱接頭的研究大多集中於幾何形式上的改良,少在材料上進行研究,以軟鋼結合高分子橡膠,橡膠普遍容易取得,價廉又富彈性,當年代久遠,橡膠脆化,還可以抽換式維修,維修簡易又價廉。

該項研究除了用於建築物也可用於其他用途,影響廣泛。王雲哲副教授說,最主要的影響是同時用黏彈性質與塑性變形,增加複合材料吸附應變能的能力,以達到高韌性及高能耗的性質。當破壞不幸發生時,此複合材料接頭可將破壞局部化,即僅發生接頭破壞,以維持整體結構物的完整性,原因為整體接頭強度低於其它構件。因此除了將此樑柱接頭用於一般建築物或超高樓層結構,此複合材料接頭也適用於任何機械構件中,桿件連結之處,增加其韌性及消能性質,同時保護主要構件不會隨之破壞。

「高韌性黏彈複合材料樑柱接頭」簡易又實用,極有市場性,王雲哲說,生命財產的安全遠重要於其他任何顧慮。在高樓結構物或橋樑中,此高韌性複合材料樑柱接頭將大幅提升結構物之安全,因此產業價值潛力甚巨,目前已經申請台灣的專利,美國及其他國家的專利亦已在積極的規劃及佈局中,並且已經獲選成大的萌牙計畫。再加以驗證其靜動態性質之後,即可廣泛地推廣應用於建築物中或機械構件。

王雲哲副教授是威斯康辛大學工程物理系博士,曾任成大土木系助理教授、副教授,研究領域和專長在於黏彈性複合材料,奈米材料力學,分子動力學。
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