偏心距於彎矩-曲率圖之影響

偏心距的有無除了影響全斷面鋼骨的配置情形之外，對於在軸力 -彎矩作用下的鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材的極限彎矩強度與剩餘強度 的表現也有所影響。依據文獻林義閔 (1999) 所著之『非對稱斷面鋼 骨鋼筋混凝土梁柱構材極限強度之研究』，試體編號 BL-TE-P2P、

BL-TO-P2P 與 BL-TE-P2N、BL-TO-P2N 分別為鋼骨含量 3.2%之具有 偏心與不具偏心 T 字型鋼骨 SRC 構材，承受 0.2 P

n

固定軸力與正負 彎矩作用之試體。試體編號BH-TE-P2P、BH-TO-P2P 與 BH-TE-P2N、

BH-TO-P2N 分別為鋼骨含量 5.54%之具有偏心與不具偏心 T 字型鋼 骨，承受0.2 P

_n

軸力與正負彎矩作用之試體。

如圖 4.16 所示，比較試體 BL-TO-P2P 與 BL-TE-P2P 可以發現，

在兩試體鋼骨分佈的位置，BL-TE-P2P 的鋼骨幾乎都集中於受壓側，

而試體 BL-TO-P2P 的鋼骨則有部分分佈在受拉側，因此當兩試體在 受到正彎矩作用時，BL-TO-P2P 能提供較高的承載能力，但是在剩餘 強度上的表現，則因不若 BL-TE-P2P 能提供鋼骨較多的圍束面積，

所以其剩餘強度較差。如圖 4.17 所示，比較試體 BH-TO-P2P 與 BH-TE-P2P 可以發現，在高鋼骨含量的部分，由於鋼骨含量高，偏心 量較低鋼骨含量試體小，因此鋼骨在斷面的配置上差異不是很明顯，

所以鋼骨與混凝土之圍束行為呈現互補效應，故整體所提供的圍束效 果差異並不大。兩者在正彎矩作用下之極限彎矩強度與剩餘強度的表 現上並無太大的差異。

如圖 4.18 所示，比較試體 BL-TO-P2N 與 BL-TE-P2N 可以發現，

由於 BL-TE-P2N 擁有較多的鋼骨面積可抵抗拉力側的承載，因此在 極限彎矩強度的表現較為良好，也因為兩試體皆為低鋼骨含量承受負 彎矩作用，因此面積多集中在受拉側的鋼骨對於壓力區混凝土所提供 的圍束效應不高，兩者在極限強度後的韌性表現都很差。如圖 4.19 所示，比較試體 BH-TO-P2N 與 BH-TE-P2N 可以發現，偏心量的有 無在承受負彎矩作用之高鋼骨含量SRC 構材,對於試體之韌性亦有明 顯的影響。

從分析結果顯示，T 字型鋼骨斷面 SRC 構材受鋼骨偏心的影響，

鋼骨偏向拉力側則擁有較高之極限彎矩強度，但構材之韌性表現則較 鋼骨偏向壓力側差。

4.1.5 正負彎矩於不對稱斷面彎矩-曲率圖之影響

依據文獻林義閔 (1999) 所規劃之『非對稱斷面鋼骨鋼筋混凝土 梁柱構材極限強度之研究』，試體編號 BL-TO-P2P、BL-TO-P2N 與 BL-TE-P2P、BL-TE-P2N 及 BL-TE-P4P、BL-TE-P4N，分別為鋼骨含 量3.2%之不具偏心與具偏心 T 字型鋼骨，承受 0.2 P

_n

與 0.4 P

_n

軸力與 正負彎矩作用之試體。

如圖 4.20 所示，比較試體 BL-TE-P2P 與 BL-TE-P2N 可以發現，

由於 BL-TE-P2N 擁有較多的鋼骨面積可抵抗拉力側的承載，因此在 極限彎矩強度的表現較為良好，也因此面積多集中在受拉側的鋼骨對 於壓力區混凝土所提供的圍束效應不高，在極限強度後的韌性表現很 差。從試體鋼骨分佈的位置上可以發現，BL-TE-P2P 的鋼骨幾乎都集 中於受壓側，因此當試體在受到正彎矩作用時，BL-TE-P2P 的承載能 力較差，但是在剩餘強度上的表現，由於 BL-TE-P2P 能提供壓力區 較多的鋼骨圍束面積，所以其剩餘強度比BL-TE-P2N 較好。如圖 4.21 所示，比較試體BH-TE-P2P 與 BH-TE-P2N 可以發現，受負彎矩作用 之BH-TE-P2N，由於在混凝土受壓區域面積比 BH-TE-P2P 大，因此 在次圍束區圍束效應上提供較多的強度，但韌性表現上,由於混凝土 壓碎後，使得極限強度驟降，因此則不如BH-TE-P2P。

如圖 4.22 所示，比較試體 BL-TE-P4P 與 BL-TE-P4N 可以發現，

從圖中可以發現，在高軸力作用下，因偏心的影響，將使 SRC 試體 在加載前先行承受了 P×e 的負向彎矩，因此鋼骨偏壓力側之試體 BL-TE-P4P 能承受較高的極限彎矩值。但是在極限破壞後，也因為高 軸力作用，以致試體 BL-TE-P4N 在極限破壞後剩餘強度的表現極 差，且因鋼骨偏心的影響，使斷面鋼骨多集中於受拉側，更使得高軸

力作用下的試體在極限破壞後強度驟降。如圖 4.23 所示，比較試體 BH-TE-P4P 與 BH-TE-P4N 可以發現，類似的情形也出現在試體 BH-TE-P4P 與 BH-TE-P4N 上，較高軸力作用下，承受負彎矩作用之 BH-TE-P4N ， 在 鋼 骨 的 強 度 貢 獻 較 小 ， 因 此 極 限 強 度 不 如 BH-TE-P4P，但韌性表現上，也因鋼骨偏心的影響，在混凝土壓碎後，

彎矩強度驟降，因此剩餘強度的表現則不如BH-TE-P4P。

如圖 4.24 所示，比較試體 BL-TO-P2P 與 BL-TO-P2N 可以發現，

在正負彎矩作用下，內含T 字型鋼骨之構材在承受正彎矩作用下擁有 較為良好的韌性表現，此乃因受到正彎矩作用時，構材受壓力側所能 提供圍束的混凝土面積較多所致。因為鋼骨含量低且在不偏心的情況 下，兩者在極限彎矩強度的表現上差異不大。如圖 4.25 所示，比較 試體 BH-TO-P2P 與 BH-TO-P2N 可以發現，試體 BH-TO-P2P 與 BH-TO-P2N 在正負彎矩作用下，內含 T 字型鋼骨之構材在承受正彎 矩作用下擁有較為良好的韌性表現，其原因同上述。由於鋼骨含量較 高，造成 T 字型鋼骨在正彎矩作用下，在壓力側能提供較多的次圍束 區面積，擁有較佳的韌性。由於試體BH-TO-P2N 在拉力側鋼骨面積 較多，因此在極限彎矩強度的表現上優於BH-TO-P2P。

從分析結果顯示，承受負彎矩作用之試體，由於鋼骨偏向於拉力 側，因此，其極限彎矩強度較承受正彎矩作用為高，但在韌性表現則 較差。

4.2 軸力-彎矩關係曲線圖與規範比較

美國 ACI-318 設計規範 (2002) 以極限強度設計法設計 SRC 構 材，其設計理念是將鋼骨部分視作為連續排置之等量鋼筋後，以 RC

梁柱計算方式進行設計。當斷面對稱時，軸力-彎矩關係曲線亦呈對 稱；鋼骨在斷面不對稱且無偏心情況下，曲線呈不對稱且相交於軸力 座標軸上；鋼骨在斷面不對稱且偏心下，曲線會偏向於受拉側較多鋼 骨量之彎矩作用下。

4.2.1 十字型與 H 字型鋼骨系列 SRC

依據文獻徐中道 (1996) 所規劃之『鋼骨鋼筋混凝土柱耐震行為 研究』，如圖 4.26~30 所示，比較試體 SRC1、SRC2、SRC3、SRC4 與 SRC5 可以發現，由於試體所擺設的鋼筋面積多，其實驗數據與 AISC-LRFD 規範計算所得之數據如表 3.7 所示 (平均值=0.87；變異 係 數=0.0379)，因此 AISC-LRFD (2005) 規範所建議之全塑性法 (PSDM) 在鋼材面積較多之下，會高估極限彎矩強度。ACI 規範建議 以應變諧和方式計算鋼材強度，由實驗數據與 ACI 規範計算所得之 數據如表 3.7 所示 (平均值=1.05；變異係數=0.0446)，可以得知 ACI 規範設計上比 AISC-LRFD 規範較為合理。而兩者規範在軸力-彎矩 關係曲線圖之最高處，會在同一點上，其原因為此時 ACI 規範建議 之應變諧和法之斷面亦達塑性現象。在計算斷面強度時，由於 ACI 與 AISC-LRFD 規範建議以矩形應力塊求得混凝土部分所提供之壓 力，故沒有考慮箍筋間距因素，因此在試體 SRC1、SRC2 與 SRC3 相同斷面下，會有相同之極限彎矩強度。類似的情形亦出現在試體 SRC4 與 SRC5 上。本研究之分析模式依據 Modified Kent-Park 之圍束 混凝土應力－應變關係曲線，因此計算此系列之試體，隨著箍筋間距 的加大，在強度上逐漸地減小，由實驗數據與分析所得之數據如表 3.7 所示 (平均值=0.98；變異係數=0.0384)。研究結果顯示，分析模 式能準確預測實驗結果，較ACI-318 與 AISC-LRFD 規範所提議之塑

性應力分佈法為佳。

4.2.2 十字型與 T 字型鋼骨系列 SRC

依據文獻林義閔 (1999) 所規劃之『非對稱斷面鋼骨鋼筋混凝土 梁柱構材極限強度之研究』，如圖 4.31~32 所示，對稱之十字型鋼骨 斷面 SRC，在軸力-彎矩關係曲線圖亦成對稱。如圖 4.33~34 所示，

不對稱且無偏心之T 字型鋼骨斷面 SRC，在軸力-彎矩關係曲線圖呈 現不對稱且交於座標軸上。如圖 4.35~36 所示，不對稱且偏心之 T 字 型鋼骨斷面 SRC，由於鋼骨斷面偏心而在加載前先行承受了 P×e 的 負向彎矩，因此在曲線呈現不對稱且偏向正彎矩。由 SRC 梁柱實驗 數據與預測值所得之數據如表 3.8 所示，分析模式與 AISC-LRFD 規 範較為準確。由 SRC 短柱實驗數據與預測值所得之數據如表 3.9 所 示，由於上述原因，ACI 與 AISC-LRFD 規範擁有相同之平均值=1.14 與變異係數=0.0110，本研究之分析模式較為準確 (平均值=0.99；變 異係數=0.0146)。

第五章 結論與建議

綜合以上各章節所述，對於鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材之分析模式 與試驗結果，提出具體之研究結論，並提供分析模式應用之建議與進 一步研究之方向。

5.1 結論

1. 依據應變諧和之假設與 Modified Kent-Park 模式曲線，可以合理 地模擬鋼骨鋼筋混凝土構材其參數變化 (箍筋間距、鋼骨型式、

軸力比、偏心距與正負彎矩)，並準確地預測其極限彎矩強度與 剩餘強度的行為。

2. 本研究所定義高圍束區域混凝土之圍束範圍與應力-應變關係，

由於高圍束區域位於中性軸與形心軸附近，對於整體的強度影響 較小，故在計算斷面的強度時，應可採用本研究所提之簡化圍束 方式較佳。

3. 對於鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材而言，分析結果顯示箍筋間距較密 者具有較佳之圍束能力，與前人實驗結果相吻合。

4. 在相同鋼骨含量條件下，不同鋼骨型式之 SRC 斷面構材承受軸 力與彎矩作用時，對其極限彎矩強度與剩餘強度的影響，以內含 T 字型鋼骨構材之高圍束區域效果較十字型鋼骨佳；內含十字型 鋼骨斷面之構材其高圍束區域貢獻較 H 型鋼骨斷面佳。

5. 對於承受不同軸力比之非對稱斷面鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材，其 極限彎矩強度依彎矩作用方向而有所不同，在高軸力作用下，鋼

骨多集中於受壓側之構材，其極限彎矩強度較低軸力作用之構材 高；鋼骨多集中於受拉側之構材，其極限彎矩強度較低軸力作用 之構材低。SRC 梁柱構材在承受較高軸力作用下，不論構材承受 正彎矩或負彎矩作用，其韌性表現皆不如承受較低軸力作用的試

骨多集中於受壓側之構材，其極限彎矩強度較低軸力作用之構材 高；鋼骨多集中於受拉側之構材，其極限彎矩強度較低軸力作用 之構材低。SRC 梁柱構材在承受較高軸力作用下，不論構材承受 正彎矩或負彎矩作用，其韌性表現皆不如承受較低軸力作用的試

在文檔中 鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材極限強度與韌性行為 (頁 54-0)