第二章 實驗設計
第一節 試體規劃
本研究旨在(1)探討柱核心受鋼骨圍束混凝土之區域形狀，建立圍 束混凝土的力學行為；(2)瞭解大尺寸 SRC 短柱試體之軸壓行為與破壞 模式，並針對現行 SRC 柱圍束橫箍筋之設計需求，進行合理性之探討。
因此本研究共規劃有 A、B、AWS、S、SRC-A 與 SRC-B 等 6 個系列，
合計 26 支短柱試體單向軸力載重之試驗，相關試體之編號與說明，如 表 2-1所示。
2.1.1 A、B、AWS 與 S 系列試體
為瞭解柱核心受鋼骨圍束混凝土之區域形狀，並嘗試建立圍束混 凝土的應力-應變行為模型，在此考量以圍束混凝土區域形狀與鋼骨翼 板寬度為參數，進行相關試體之規劃。
A、B、AWS 與 S 等 4 個系列，每個各系列各有 4 支試體，合計為 16 支短柱試體之單向軸力載重試驗。相關試體之規劃，係取自於包覆 型 SRC 柱斷面，如圖 2-1 所示。其中，A 與 AWS 系列試體，係假設鋼 骨翼板所圍束混凝土區域之形狀，在相鄰兩翼板間由兩直線段所構 成，如圖 2-1(a)所示；B 系列試體，係假設鋼骨翼板所圍束混凝土區域 之形狀，在相鄰兩翼板間為四分之一圓弧線，如圖 2-1(b)所示。當試體 於軸力加載時，A、B 及 AWS 系列試體為鋼骨與混凝土斷面同時加載，
而 S 系列試體，則僅加載在鋼骨斷面，混凝土僅具提供鋼骨斷面側向 支撐之功能。為便於製作及觀察之考量，S 系列試體混凝土之斷面，採 用如圖圖 2-1(c)所示之斷面。
所有試體皆包含一個 cross-H 鋼骨斷面，鋼骨斷面之深度皆為 450 mm、翼板厚度皆為 14 mm、腹板厚度皆為 10 mm，僅有翼板寬度（或
翼板寬厚比）改變。試體之編號由 1 組英文字及 1 組數字組成，英 文字代表試體所屬之系列名稱，數字代表 cross-H 斷面翼板寬厚比 ( )之數值。每一系列中皆包括寬厚比為 4、6、8 及 10 等 4 個試 體，其對應之翼板寬度分別為 112 mm、168 mm、224 mm 及 280 mm。
例如：試體編號為 A-08，即表示為 A 系列試體，其鋼骨斷面翼板寬厚 比為 8.0(即翼板寬度為 224 mm)。根據 AIJ 與台灣的 SRC 設計規範之
規定[6,7]，所有鋼骨斷面的局部挫屈性質，皆屬於耐震結實斷面
(Seismically compact)，其翼板之寬厚比皆小於 11.2（假設鋼板標稱降 伏強度為 343 MPa，翼板寬厚比限制為
f
f t
b /2
y pd 208/ F
）、腹板的寬厚比
(h /c tw)為 21.1 皆小於 65.8(腹板寬厚比限制為pd 1218/ Fy )。
由於試體承受軸力時，試體中央段的應力分佈較為均勻，因此選 取試體中央三分之一(450 mm)之長度範圍為測試區(Tested region)；試 體兩端各三分之一(450 mm)之長度範圍內，再增加翼板之連接板，以 控制試體破壞能發生於測試區，確保試體兩端斷面之相對強度，並稱 此範圍為強化區(Strengthened region)。所有試體總高度均為 1380 mm，
其中包含試體兩端各 15 mm 厚的端板。A 與 B 系列試體的幾何形狀與 細部尺寸，如表 2-2、表 2-3、圖 2-2 至圖 2-9、照片 2-1 與照片 2-2所 示。
AWS 與 A 系列試體之差異，在於 AWS 系列試體於測試區之鋼骨 腹板，各切割 11 道尺寸為 176×10 mm 之水平槽縫，如照片 2-3所示，
藉以阻斷鋼骨腹板對軸力之傳遞，AWS 系列試體的幾何形狀與細部尺 寸，如表 2-4 及圖 2-10 至圖 2-13所示。S 系列試體於鋼骨與混凝土之 接觸面，設置握裹隔離層，以降低鋼骨與混凝土間之磨擦力。此外，
試體上與下端板之內側，各預留 40mm 之空間，以避免在加載過程中，
軸力傳遞至混凝土。S 系列試體的幾何形狀與細部尺寸，如表 2-5、圖 2-14 至圖 2-17 與照片 2-4所示。
第二章 實驗設計
2.1.2 SRC-A 與 SRC-B 系列試體
為進行 SRC 柱圍束箍筋需求合理性之探討，此考量以箍筋量、主 筋數量及鋼骨與箍筋間之距離為參數，進行相關試體之規劃。SRC-A 與 SRC-B 等 2 個系列，每個各系列各有 5 支試體，合計 10 支短柱試 體之單向軸力載重試驗。SRC-A 系列試體斷面為包覆十字型深鋼骨 SRC 柱之斷面，SRC-B 系列試體斷面則為傳統包覆十字型鋼骨 SRC 柱之斷 面。
所有試體皆包含一個 cross-H 鋼骨斷面(XH 450×168×10×14)，鋼骨 斷面之深度皆為 450 mm，翼板厚度皆為 14 mm，腹板厚度皆為 10 mm，
翼板寬度皆為 168 mm，箍筋間距皆為 110 mm)，並依據探討箍筋設計 規定之可能範圍，於 SRC-A 與 SRC-B 系列試體之測試區，各別配置 4 種不同之箍筋需求，分別為 HP3-28(一根#3-SD280W)、HP3-42(一根
#3-SD420W)、HP4-28(一根#4-SD280W）或 HP4-42(一根#4-SD420W）； 對於其他箍筋設計需求合理性之驗證，將以內插方式為之。試體之編 號由 4 個系列英文字及數字之字串所組成，每個字串之中，以「-」號 區隔，分別表示試體所屬之系列名稱、角隅處主筋之數量、箍筋號數 與箍筋強度規格。例如：試體編號為 SRC-1A-HP3-28，即表示為 SRC-A 系列試體，角隅處各有 1 支主筋，使用箍筋號數 3 號(D10)，箍筋降伏 強度為 2800kgf / cm2(274 MPa)。
為配合 3000 噸萬能試驗機之實驗容量，SRC-A 與 SRC-B 等 2 個 系列試體斷面尺寸分別規劃為 560×560 mm 與 670×670 mm，對應之試 體長度為 1680 mm 與 2010 mm，兩端各加上 15mm 厚之端板，同樣考 量當試體承受軸力時，試體中央段的應力分佈較為均勻，因此選取試 體中央三分之一之長度範圍為測試區；於試體兩端各三分之一之長度 範圍內，採用翼板連接板與配置較密之箍筋量，以控制試體破壞能發 生於測試區，此範圍亦稱為強化區。SRC-A 與 SRC-B 系列試體的幾何
形狀與細部尺寸，如表 2-6、表 2-7、圖 2-18 至圖 2-27、照片 2-5 與照 片 2-6所示。
第二節 試體製作
試體使用中國鋼鐵公司生產之 A572 Gr.50 鋼板，鋼板厚度分別為 10mm 與 14mm，均以開槽半滲透銲銲接組合而成，為降低因鋼板不同 所可能造成試體強度之變異性，凡鋼板厚度相同者皆取自同一片，如 遇鋼板厚度不同之時，責儘量選取鋼板拉力試片強度相近者。混凝土 材料採用碎石級配之常重混凝土，齡期 28 天之設計強度為 27.5MPa；
SRC-A 系列與 SRC-B 系列各 5 支試體之混凝土材料，各取自於同一台 預拌混凝土車，A、B、AWS 等 3 個系列合計 12 支試體之混凝土材料，
另皆取自於同一台預拌混凝土車。
為觀察試體於軸壓載重下，鋼骨與鋼筋應力變化之情形，位於測 試區主筋、箍筋、鋼骨翼板與腹板之適當位置，黏貼由日本 KYOWA 公司製造，長度為 5mm 三線埋入式之單軸與雙軸應變規，其型號分別 為 KFG-5-120-C1-11 L3M3R 與 KFG-5-120-D16-11 L3M32S。
各系列試體上端板中央處，預留有直徑為 200 mm 之灌漿孔，以及 若干小透氣孔，並參照實際工程施工之實務，所有試體皆採直立狀態 進行灌漿，如照片 2-7 所示。同時，為避免因浮水造成上端板內緣形成 縫隙，而影響加載軸力之均勻傳遞，故於混凝土表面與上端板內緣之 間，預留約 10 mm 之縫隙，等待試體養護兩周後，再由試體頂部以高 強度環氧樹脂(Epoxy)，進行高壓灌注之二次施工，如照片 2-8 所示，
以確實減少施工縫隙之發生。所有試體與混凝土圓柱試體於試驗進行 之前，全程均以塑膠膜包覆，並安置於同樣之養護環境，如照片 2-9、
照片 2-10 與照片 2-11所示。
AWS 系列試體鋼骨於測試區之水平槽縫，於混凝土灌漿之前，先
第二章 實驗設計
以低強度發泡劑填滿於各槽縫之中，靜待發泡劑乾固後，於槽縫兩側 再以布質膠帶覆蓋，以確保混凝土於澆灌之時，不致流入水平槽縫之 中，如照片 2-12所示。
S 系列試體於混凝土灌漿前，先於 cross-H 鋼骨內側表面(即與混凝 土之接觸面)，黏貼厚度為 3 mm 之脫層材料，作為握裹隔離層，如圖 2-14 至圖 2-17所示，同時於下端板之上方，放置 40 mm 厚之保麗龍，
如照片 2-13所示，於試體進行加載試驗前，再以甲苯(Toluene) 溶解此 40 mm 厚之保麗龍，以確保上、下端板擁有足夠之位移空間。