3.1 引言
目前許多梁柱接頭之研究主要針對在不同柱斷面型式與梁柱接 合之方式下，對於梁柱接頭之韌性與消能能力是否有所提升，因此柱 斷面型式與梁柱接合之方式相形重要。本研究提出在接頭區梁腹開孔 並在梁柱交接面以剪力板或加勁板補強型式接頭之相關設計，並在本 章以接頭區梁腹板開孔及梁柱交接面補強之梁柱接頭型式之各項參 數範圍規劃五組實尺寸梁柱接頭試驗，驗證在接頭區以梁腹板開孔及 梁柱交接面補強之梁柱接頭型式是否能藉此達到消能的效果以改善 傳統接頭的缺點。另外希望藉由實驗探討接頭區梁腹板開孔之行為及 驗證第二章所建議之梁柱交接面之設計彎矩容量與梁柱交接面之需 求彎矩之比值α，是否適用。
3.2 試體規劃及製作
試體規劃
本研究規劃五組試體，試體規格與設計參數如表3.1 及3.2 所示。
五組試體的尺寸、材質、開孔形狀及距離皆相同，開孔直徑選取 0.5 倍梁深及0.65倍梁深兩種，開孔中心到柱面之距離採取 1.59倍梁寬。
試體名稱皆以 WOC (Web Opening-Circular) 命名，數字 50 以及 65 的意思指梁腹板的圓形開孔直徑占梁深百分之50及 65的意思。另外 試體名稱後面英文字R代表的意義為補強的意思Reinforce，數字1, 2, 3為補強型式。試體 WOC65 為接頭區梁腹板開孔，以梁柱交接面未 補強且為傳統梁翼銲接梁腹鎖螺栓之梁柱接頭作為對照組。試體
WOC65R1及WOC50R1均採用補強型式一之梁柱交接面剪力板補強 方式，唯一相異處為開孔大小，改變開孔大小是為了觀察梁柱交接面 受力之後應變的情況及梁斷面因開孔後承受剪力強度之程度。試體
WOC65R2及WOC65R3均採用補強型式二之梁柱交接面加勁板補強
方式，其中相異處為加勁板之切角大小，主要觀察加勁板切角大小不 同是否會影響梁柱交接面補強之效果。另藉由試體實際行為，以了解 這兩種之補強型式能否提升梁柱交接面之彎矩容量，另外透過實驗以 驗證第二章所提供開孔大小及位置之參數範圍可信度。對於剪力板或 加勁板於梁柱交接面之梁斷面標稱彎矩容量與梁柱交接面之需求彎 矩之比值α，均採用1.05。
試體製作
本實驗的梁柱接頭試體之梁與柱構件皆採用A572 Gr. 50 鋼材，
柱斷面尺寸皆為 H600×500×22×36 之熱軋型鋼。柱支承點間距離為
4000 mm，為節省材料以及配合柱支承點間距離及場地的配置，柱的
總長為5789 mm共兩支，每支可以重複利用四次，如圖3.1 所示。梁
斷面尺寸皆為 H700×300×13×24 之熱軋型鋼，如圖 3.2 所示，而上述 構件部分之實際強度由梁與柱裁取試片進行拉力試驗所得，由表 3.3 所示。梁從油壓致動器中心至柱面總長為3700 mm。
試體WOC65梁腹板與剪力板採用8顆FT 10 M 24高強度螺栓結 合，剪力板與梁腹板厚度均為 13 mm，高為585 mm，寬為110 mm， 且在距離柱面約1.59倍梁寬(477.5 mm)處的梁腹板開一個直徑為0.65 倍梁深的圓孔，如照片3.1 及3.2所示。
試體 WOC65R1 柱翼板與剪力板的接合方式是採用開槽銲配合
9mm 的填角銲，此外梁腹板與剪力板周圍採用一個 18mm 的填角銲
接合，而剪力板的高為550 mm，寬為150 mm，厚度為18 mm。剪 力板上使用兩顆 FT10M24 高強度螺拴是為了梁柱接合時假固定用，
如照片 3.3、3.4 及 3.5 所示。另外梁腹板與柱翼板採用 30 度全滲透 開槽銲結合如照片3.6 所示。在距離柱面約1.59倍梁寬(477.5)處的梁 腹板開一個直徑為0.65倍梁深的圓孔。
試體 WOC50R1與試體 WOC65R1的製作大致相同，唯一相異處
開孔直徑從前者的0.65倍梁深縮小至後者的 0.5倍梁深。
試體WOC65R2柱翼板與剪力板採用3顆FT 10 M 24高強度螺栓 結合，剪力板尺寸與試體WOC65相同，另外在梁上、下翼之間且兩 翼最外側往內縮 15 mm 處加設兩塊加勁板，加勁板的厚度使用 10 mm，為了使梁翼背墊板順利通過加勁板切角長度使用 45mm，寬度 則是柱面到開孔中心477.5 mm，如照片 3.7、3.8、3.9 及3.10所示。
加勁板與兩翼板及柱翼板之間使用開槽角度為 30 度的開槽全滲透的 銲接方式，並在在距離柱面約 1.59 倍梁寬(477.5)處的梁腹板開一個 直徑為0.65倍梁深的圓孔。
試體 WOC65R3與試體 WOC65R2的製作方式大致相同，不同處
為剪力板螺栓接合的螺栓使用數量為8顆，且加勁板僅在梁上翼處預 留切角，如照片3.11所示。其長度為 22mm。
五組試體的結合細節如圖 3.3 至圖 3.7 所示。五組試體的梁與柱 均於工廠進行組裝，完成之梁與柱再運至現地進行接合，於接合前梁 之連續板在現地以雙開槽全滲透銲接方式與柱上、下翼板及腹板連 接。為模擬工地現場銲接之情形，五組試體的梁在與柱接合時，會先 以天車把試體梁吊成水平並垂直於柱面，之後在接續處之梁翼採用開 槽角度為 30 度的開槽全滲透的銲接方式，且上、下翼板的背墊板均
未移除，並在背墊板下方再增加一個 8 mm 的填角銲，如照片 3.12 及3.13所示。以上銲接都遵循 AWS的銲接程序，銲材均採用直徑 1.2 mm並以CO2半自動化的方式進行銲接。
3.3 試驗裝置
當發生地震時，結構體會受到地震的側向作用力而變形，因此在 梁及柱中點形成反曲點，本研究之實尺寸梁柱外部子結構試體取梁及 柱撓曲反曲點，即梁全跨之半而柱為相鄰兩樓層柱高之半，且兩端模 擬成簡支承，並在梁自由端施以反覆荷重來模擬實際構架之梁柱接頭 受地震側向力的情況。此外實際結構中的梁有樓板等側向束制條件而 較無側向扭轉的產生，所以在實驗時為避免發生平面外變形，在試體 適當的位置架設側向支撐，如圖3.8 與照片3.14所示。
3.4 量測系統
為量測柱、梁、梁腹板開孔及梁柱腹板交會區的變位，需在柱的 上連續板以及柱翼板架設兩個傾斜儀，量測因柱變形而產生的轉角 θc，此外在梁柱腹板交會區的對角線上架設兩個π−gauge藉以計算 出梁柱腹板交會區的剪力變形γpz。另外在距開孔邊緣兩側 10 mm的 地方上下梁翼板各焊 4 根螺桿用以裝設鋁板以便兩個傾斜儀的架 設，此時的傾斜儀是用來量測梁第一段及第二段因各種變形所產生的
角度θ'、θ"，但此時所量測的角度θ'及θ"均包含柱之轉角θc、剛體運
動所產生之β及梁柱腹板交會區之剪力變形γpz，而由第二章第五節 得知，梁腹板開孔區所造成的梁端位移量，要使之分離時需要第二段 (L )2 的撓角θ2，這時可從量測系統所量得的θc、θ'、θ"、γpz及β去
推算出θ2，即θ2 =(θ"−θc −γpz +β)−(θ' −θc −γpz +β)，再由第二章 第五節得知，梁腹板開孔區所造成的梁端位移量，要使之分離還須知 剪力變形量γb,2，所以在梁腹板開孔區對角上架設兩支 LVDT位移計 以得梁腹板開孔區的剪力變γb,2，如此得知撓角與剪力變形即可帶入
公式 (2.32)計算出梁腹板開孔所佔梁端位移量的百分比。此外，為了
瞭解試體受力時的行為，再梁上下翼板貼單軸應變計，在梁腹板開孔 周圍貼三軸應變計，各量測儀器之架設位置如圖 3.9、3.10、3.11 及 照片3.15所示。
3.5 試驗程序
試體以油壓致動器於懸臂梁自由端施加反覆載重，其層間變位角 位移行程則依照AISC (2002) 所規定。抗彎矩構架受側向力作用時之 層間變位角，如圖 3.12 所示。取子結構並順時鐘旋轉即可得到圖 3.12，由幾何關係可之圖 3.12 之層間變位角θ為梁端總變位ΔCL除以 梁端至柱中心之長度LCL。試體於位移歷程為0.375% 、0.5% 、0.75%
弧度之下依序加載六個迴圈，接下來四個迴圈為 1% 弧度， 而 1.5% 、2% 、3% 、4% 、5% 弧度則為兩個迴圈，往後的增量為每 增加1% 弧度施載兩個迴圈，至試體破壞為止，如圖3.13所示。