近年來已累積相當數量之實尺寸試驗結果，證實 SRC 柱具備優良的抗壓強 度與韌性，且 SRC 柱中之鋼骨斷面可以對其所包覆之混凝土發揮良好的圍束效 應。基於時間、金錢及人力的考量，本研究利用 ANSYS 有限元素分析的方法，
建立分析案例模型，針對 SRC 短柱受軸壓作用下之「軸壓行為」與「圍束效應」
進行深入分析，以期能對 SRC 短柱之「軸壓行為」與「圍束效應」有進一步瞭 解，並探討 SRC 柱之圍束箍筋需求量，嘗試提出一套新的設計公式，以供學術 界與工程界參考。本研究分析之 SRC 短柱軸壓行為，包括黃俊銘[10]、蔡克銓等 [11]、葉士青[12]、林義閔[13]之試驗結果。
本研究採用 ANSYS 對 SRC 短柱受軸壓作用下之「軸壓行為」與「圍束效 應」進行模擬分析，並與一系列試驗結果互相比對驗證。藉由分析結果進一步探 討受鋼骨翼板與腹板間所圍束之「高度圍束區」混凝土之「軸壓行為」與「圍束 效應」，並提出一套新的 SRC 柱「圍束箍筋需求量」之計算公式，以比較新的 計算公式與目前台灣 SRC 規範對 SRC 柱圍束箍筋需求量之規定。本研究將有限 元素分析分成兩個部份，一為「前期分析」階段：不考慮受鋼骨圍束之「高度圍 束區」混凝土之圍束效應，將分析與試驗結果比對，得到「高度圍束區」混凝土 因受鋼骨圍束所「額外提昇之軸壓強度」；第二部份則為「後期分析」階段：將 前期分析所得到之「高度圍束區」混凝土圍束效應，反映至 ANSYS 分析中，驗 證「前期分析」之可靠度。
以下章節說明本研究分析時所採用之試驗試體斷面配置與規劃，然後分別介 紹本研究混凝土、鋼筋與鋼骨之材料性質、元素選用及元素特性、以及分析結構 物之實體模型建立、邊界條件設定、元素網格建置與分割、混凝土破壞準則等。
3.2 ANSYS 模擬 模擬 模擬 模擬之 之 之 之 SRC 短柱 短柱 短柱試體 短柱 試體 試體 試體
本研究欲透過 ANSYS 分析試驗試體，模擬 SRC 短柱受軸向壓力作用下之
「軸壓行為」與「圍束效應」，探討受箍筋與鋼骨雙重圍束之「高度圍束區混凝 土」對 SRC 柱之軸力貢獻與圍束效果。
本研究以 ANSYS 模擬分析之實尺寸 SRC 短柱軸壓試驗結果，包括黃俊銘 [10]、蔡克銓等[11]、葉士青[12]、林義閔[13]，主要是針對不同型式之鋼骨斷面，
其中包括包覆填充型鋼管斷面、包覆十字型鋼骨斷面、包覆 H 型鋼骨斷面以及 包覆 T 型鋼骨斷面。分析之 SRC 柱試體斷面詳見圖 3.1 至圖 3.7 所示。箍筋配置 圖詳見圖 3.8 至圖 3.11 所示。各試驗試體之軸力－位移關係曲線，如圖 3.12 至 圖 3.19 所示。本研究分析前人 SRC 柱之試體規格詳見表 3.1；前人由萬能試驗 機進行試體之抗壓試驗，如照片 3.1 所示[10]。
包覆填充型鋼管 SRC 柱之模擬，參考黃俊銘[10]之 SRC 柱軸壓試驗試體，
取試驗中試體 SRC6-HB-TWN-75 來分析，為了使本研究模擬的試體編號具備統 一性，本研究將試體名稱改為 SRC-B1。試體 SRC-B1 之柱全斷面尺寸為
600 600 mm× ，柱長為1200 mm。柱內鋼骨之規格為
□
275 275 10 10 mm× × × 。 主筋採用12根# 9之竹節鋼筋，補助筋採用4根# 4之竹節鋼筋，箍筋為# 4之閉 合箍筋，箍筋間距為75 mm。試體SRC-B1斷面，如圖3.1所示；試體箍筋配置 示意圖，如圖3.8所示；軸壓試驗試體之軸力－位移關係曲線，如圖3.12所示。包覆十字型鋼骨SRC柱之模擬，分為鋼骨翼板斷面較寬者及鋼骨翼板斷面 較窄者兩種，比較鋼骨翼板寬度之影響。其中鋼骨翼板斷面較寬者，參考黃俊銘 [10]之SRC柱軸壓試驗試體，取試驗中試體SRC2-HC-TWN-75來分析，本研究 將試體名稱改為SRC-C1。試體SRC-C1之柱全斷面尺寸為600 600 mm× ，柱長 為1200 mm。柱內鋼骨之規格為2H 350 175 6 9 mm× × × 。主筋採用12根# 9之竹 節鋼筋，補助筋採用4根# 4之竹節鋼筋，箍筋為# 4之閉合箍筋，箍筋間距為
75 mm。SRC柱試體斷面，如圖3.2所示；試體箍筋配置示意圖，如圖3.8所示；
軸壓試驗試體之軸力－位移關係曲線，如圖 3.13 所示。另外，鋼骨翼板斷面較 窄者，參考蔡克銓等[11]之 SRC 柱軸向載重試驗試體，取試驗中試體 SRC7 和 SRC9 來分析，本研究將試體名稱改為 SRC-C2 和 SRC-C3。試體 SRC-C2 和
SRC-C3 之柱全斷面尺寸為280 280 mm× ，柱長為1200 mm。柱內鋼骨之規格為
2H 160 50 3.2 4.5 mm× × × 。主筋採用12根# 5之竹節鋼筋，箍筋為# 2之閉合箍 筋，箍筋間距分別為100 mm、140 mm。試體SRC-C2和SRC-C3之斷面，如圖 3.3及圖3.4所示；試體箍筋配置示意圖，如圖3.9所示；軸壓試驗試體之軸力－
位移關係曲線，如圖3.14及圖3.15所示。
包覆H型鋼骨SRC柱之模擬，參考葉士青[12]之SRC柱軸向載重試驗試體，
取試驗中試體SRC1和SRC2來分析，本研究將試體名稱改為SRC-H1和 SRC-H2。試體SRC-H1和SRC-H2之柱全斷面尺寸為280 280 mm× ，柱長為 1200 mm。柱內鋼骨之規格為H 150 150 7 10 mm× × × 。主筋採用12根# 5之竹節 鋼筋，箍筋為# 2之閉合箍筋，箍筋間距分別為75 mm、140 mm。試體SRC-H1
和SRC-H2斷面，如圖3.5所示；試體箍筋配置示意圖，如圖3.10所示；軸壓試
驗試體之軸力－位移關係曲線，如圖3.16及圖3.17所示。
包覆T型鋼骨SRC柱之模擬，參考林義閔[13]之SRC柱軸壓試驗試體，分 別採用兩種不同的鋼骨翼板寬厚比斷面，比較不同鋼骨翼板寬厚比之影響。取試
驗中試體CL-TO和CH-TO來分析，本研究將試體名稱改為SRC-T1和SRC-T2。
試體SRC-T1和SRC-T2之柱全斷面尺寸為300 300 mm× ，柱長為1000 mm。寬 厚比較小者，鋼骨是由H 125 60 6 8 mm× × × 與H 100 50 5 7 mm× × × 焊接而成；寬 厚比較大者，鋼骨是由H 175 90 5 8 mm× × × 與H 150 100 6 9 mm× × × 焊接而成。
主筋皆採用4根# 6之竹節鋼筋，箍筋為# 3之閉合箍筋，箍筋間距為100 mm。
試體CL-TO和CH-TO斷面，如圖3.6和圖3.7所示；試體箍筋配置示意圖，如
圖3.11所示；軸壓試驗試體之軸力－位移關係曲線，如圖3.18及圖3.19所示。
3.3 材料性質 材料性質 材料性質 材料性質
SRC 是由鋼骨、鋼筋及混凝土三種材料所共同組成之複合材料，要研究 SRC 構材之力學行為，必須先由基本材料之材料模式著手。進行有限元素分析時，為 了使分析能夠準確模擬試體之真實行為，材料性質之設定是相當重要的，尤其對 於參數之物理意義需確實掌握，才能確保分析結果之正確性。
在進行ANSYS分析之前，應先定義材料本身之應力－應變曲線關係、材料 之降伏強度、彈性模數（E）、波松比（ ν ）、密度與材料破壞模式等，以供分析 時之模式設定及後續進行線性、非線性之分析計算。
以下將分別說明本研究所使用之混凝土、鋼筋、箍筋及鋼骨之材料性質。
3.3.1 混凝土之材料性質 混凝土之材料性質 混凝土之材料性質 混凝土之材料性質
混凝土為一脆性材料，具有良好的抗壓強度，但是它的抗拉強度卻很低，大 約只有抗壓強度的 10％。因此工程上混凝土材料主要是用在抗壓能力上。以下 就針對本研究設定基本材料參數簡單概述如下：
（1）混凝土之抗壓強度：
本研究之混凝土抗壓強度 fc′乃根據試驗中標準混凝土圓柱試體進行抗壓試 驗，所得到之混凝土強度。根據 Bresler[66]之研究，混凝土圓柱試體的抗壓強度 會隨著試體尺寸的增加而逐漸降低，降幅由1.0fc′漸變至0.8fc′左右，如圖3.20 所示，稱為尺寸效應（Size Effect）。尺寸效應發生的原因可能是小尺寸的圓柱試 體製作起來比較簡易，搗實的效果比較好，且發生骨材粒料析離或泌水的現象亦 較少，故其缺陷較少，變異性較低，試體也較為結實。因此，在考慮未受圍束的 混凝土之抗壓強度時，大尺寸試體的混凝土強度通常低於小尺寸圓柱試體之強 度。因此，本研究認為於進行有限元素分析，考量未圍束之混凝土強度時，應將 尺寸效應之影響考慮進去，才能模擬真實試驗試體之狀況。故本研究乃參考
Bresler之建議，以分析試體之不同尺寸狀況下，來考量其尺寸效應的影響，作
為分析之混凝土之抗壓強度。例如黃俊銘[10]之分析文獻，SRC 柱全斷面尺寸為
600 600 mm× ，考慮尺寸效應後，分析之混凝土抗壓強度採用0.84fc′；蔡克銓等
[11]和葉士青[12]之分析文獻，SRC柱全斷面尺寸為280 280 mm× ，考慮尺寸效 應後，分析之混凝土抗壓強度採用0.93fc′；林義閔[13]之分析文獻，SRC柱全斷
面尺寸為300 300 mm× ，考慮尺寸效應後，分析之混凝土抗壓強度採用0.92fc′。
（2）混凝土之應力－應變曲線關係：
採用不同的材料行為曲線，將對結構物之評估有不同之結果，因此進行有限 元素分析時，需適當採用一個合適、穩定之混凝土組成律加以描述。有鑑於此，
本研究乃收集國內外對於混凝土受圍束後之力學行為相關研究，其中亦有許多混 凝土之應力－應變曲線關係被提出。在許多學者提出之不同圍束與無圍束混凝土 應力－應變關係曲線理論中，一般較廣為使用的有美國學者Mander et al. [24]於 1988年根據試驗結果提出之混凝土應力－應變曲線關係。因此，本研究乃採取
Mander之圍束模式來進行混凝土材料之有限元素分析與模擬。
SRC柱中由於有鋼骨存在，因此當SRC柱受軸壓時，其混凝土受圍束之情 形有別於一般純RC柱。在SRC柱中混凝土受圍束之情形應分為三種區域來考 量：一為「完全未受圍束區域」，即箍筋外圍之混凝土；二為「普通圍束區域」，
即箍筋內側之混凝土但不包含上述鋼骨翼板與腹板所包圍之區域；三為「高度圍 束區域」，即受鋼骨翼板與腹板間所圍束之混凝土。分析時應將不同圍束區分開，
建立不同的材料應力－應變曲線關係來加以模擬，因為當SRC柱受到軸向壓力 作用時，柱因受到軸向壓力作用，使SRC柱發生軸向之縮短量而產生軸向應變，
柱之橫向因波松比效應（Poisson’s Ratio Effect）使得混凝土之橫向產生向外擴張 之效應，因而觸使箍筋（或鋼骨）發生側向圍束力來抵抗混凝土向外膨脹之力量，
當混凝土材料受到箍筋（或鋼骨）側向力而產生圍束效應時，其材料組成率亦會 隨之改變，故分析時必須給定不同之應力－應變曲線關係，才能達到正確之模擬。
不過，由於目前對於 SRC 柱中鋼骨對混凝之圍束效應尚未有明確圍束模式