第三章 試體實驗與結果分析
3.3 試體 1 試驗結果
3.3.3 局部反應
為了瞭解試體 1 的局部反應，所以在削切蓋板、鋼梁及接頭梁柱交會 區的鋼管上設置應變計，應變計的配置如圖 2.13 所示。藉由削切蓋板上設 置的應變計，來量測削切蓋板的應變變化，判斷削切蓋板降伏以及挫屈的 時機。設置在梁翼板的應變計可量測應變沿著梁縱軸方向的變化並判斷梁 是否有發生降伏，梁腹板則設置三軸應變計，可量測梁腹板的剪應變變化 並計算梁腹板的剪力。梁柱交會區的鋼管設置三軸應變計，除了可判斷此 處的鋼管是否降伏外，也可量測剪應變變化。
1、削切蓋板橫向應變
圖 3.7 與圖 3.8 為削切蓋板近柱面的應變計與彎矩關係圖，圖中顯示 上下削切蓋板的應變都超過鋼材的降伏強度。當油壓制動器向正方向推 時，上側削切蓋板受壓且削切蓋板在靠柱面處有較大的撓曲變形，造成上 側削切蓋板上緣的應變全為壓應變，中間量測的應變值較大(如圖 3.9(a)所 示)，原因為鋼管混凝土柱在受壓時提供較大的勁度，使削切蓋板上的力量 由中間傳入柱內；而在上側削切蓋板下緣因板撓曲變形所提供的拉應變大 於削切蓋板本身承受的壓應變，故其量測的應變全為拉應變(如圖 3.9(b) 所示)。當油壓制動器向負方向推時，上側削切蓋板上緣量測的應變全為拉 應變(如圖 3.10(a)所示)，且中央量測之拉應變在層間側位移角
θ
= 0.04弧度時小於外側之拉應變，原因為當削切蓋板受拉時，兩側之柱外橫隔板所 提供的受拉勁度大於中央鋼管提供的受拉勁度；而削切蓋板下緣則因板本 身的撓曲變形造成中央部位為壓應變，外側為拉應變(如圖 3.10(b)所示)。
同樣的情形也發生在下側削切蓋板，如圖 3.11、圖 3.12 所示。
2、削切蓋板縱向應變
當油壓制動器向正方向推時，上側削切蓋板受壓而下側削切蓋板受 拉，其應變沿著削切蓋板縱向的分佈情形如圖 3.13 所示。反之，當油壓制 動器向負方向推時，則上側削切蓋板受拉而下側削切蓋板受壓，其應變沿 著削切蓋板縱向的分佈情形如圖 3.14 所示。以上側削切蓋板為例，位移角 在
θ =
0.05弧度前，受壓的削切蓋板其壓應變沿板軸向的變化不大，其值非 常平均，中央最窄處應變計 S10 的壓應變並沒有預期地大於兩旁 S9、S11 之壓應變，原因可能為此處的削切蓋板在反覆載重下，使得削切蓋板在受 壓時要將先前受拉所造成的殘留拉應變克服，之後才轉變成壓應變(如圖 3.15(a)所示)，如此造成中央最窄處的應變計 S10 所量測的壓應變較小，圖 3.15(a)標記處為上側削切蓋板挫屈的時機，圖中顯示原本應逐漸減少的應 變突然地增大，為削切蓋板往上挫屈所造成，此時的位移角為θ =
0.05弧 度，由圖 3.13(a)可觀察到中央最窄處的應變由負轉正，顯示此時削切蓋板 挫屈，而實驗在此位移角也觀察到削切蓋板挫屈；而當削切蓋板受拉時，其中央最窄處的應變較大，在位移角
θ
= 0.03弧度後，中央最窄處的應變明 顯大於兩旁之應變，如圖 3.13(b)所示。3、鋼梁翼板應變
圖 3.16 為設置在梁上翼板應變計(圖 2.16)所量測到應變與彎矩歷時，由 圖可知，梁翼板最大的軸向應變發生在削切蓋板端部位置的梁翼板附近，
當油壓制動器往正方向推時，梁上翼板在側位移角
θ
= 0.05弧度時達最大應 變，其值略小於鋼材之降伏應變(如圖 3.17(a)所示)，而削切蓋板內部之梁 翼板軸向應變則非常小；當油壓制動器往負方向推時，梁上翼板受拉，其 最大應變約為降伏應變之一半(如圖 3.17(b)所示)。圖 3.18 為梁上翼板應變計所量測之應變與估計應變值之比較，其中圖 (a)為削切蓋板端部之梁翼板應變比較，而圖(b)為位於削切蓋板內部之梁翼 板應變比較，估計應變值為根據第 2.3.4 節所述之(2.63)式計算而得，由圖 可知，削切蓋板端板之應變計量測之應變值在正方向上與估計值接近，而 負方向上在位移角
θ
= 0.03弧度內與估計值接近，削切蓋板內部之應變計量 測之應變值與估計值在位移角θ = 0.03弧度內接近。4、鋼梁腹板剪應變
圖 3.19 為梁腹板應變計之剪應變與彎矩關係圖。削切蓋板端部的梁腹 板中央部位之剪應變較上下兩側小，且受壓側梁腹板剪應變大於受拉側 (如圖 3.20 所示)。位於削切蓋板內部之梁腹板剪應變在側位移角
±
0.02弧 度前，其中央之剪應變較上下兩側小，在位移角±
0.02弧度後，其剪應變在 受拉側會突然增加，而受壓側則變小(如圖 3.21 所示)。若將每個位移角下 削切蓋板內部及外部之梁腹板剪應變沿梁深積分，可得兩個剪力值V
in、V
out，圖 3.22為V
in、V
out與油壓制動器力量V
act在每個位移角下之比較，圖中 顯示三個梁剪力值在層間位移角θ = 0.03弧度前接近，圖 3.23 為四組試體 蓋板內部之梁腹板剪力值除以油壓制動器力量之比較。5、梁柱交會區剪應變
梁柱交會區之應變計所量測的剪應變在不同層間側位移角達到時沿柱 寬度方向變化如圖 3.24 所示。由圖可知，梁柱交會區的剪應變非常平均且
都在彈性範圍內，若將剪應變沿寬度積分乘上剪力模數，再乘上鋼管面積，
所得之剪力為梁柱交會區之鋼管上所承受的剪力
V
tube，而整個梁柱交會區的 剪力V
ju可由下列公式計算：col RFP
ju
P V
V = −
(3.1) 其中(
b R)
h b act
RFP
d t
s L P V
+
−
= ⋅
( )(3.2)
( )
H d L
V
col= V
act⋅
b+
c 2 (3.3)其中
P
RFP為削切蓋板傳遞至梁柱交會區的剪力，V
col為柱之剪力，L
b為油壓 制動器中心至柱面距離，s
h為塑鉸位置至柱面距離，d
b為梁深，d
c為柱深，t
R為削切蓋板厚度，H
為柱長。梁柱交會區混凝土所承受的剪力
V
con可由梁柱交會區剪力V
ju減掉鋼管 上之剪力V
tube計算出來，圖 3.25 為四組試體在各層間側位移角下，梁柱交 會區鋼管與混凝土所抵抗的剪力值，而圖 3.26 為各層間側位移角下，四組 試體其梁柱交會區鋼管與混凝土所抵抗的剪力比例。由圖可知，一開始梁 柱交會區的剪力由鋼管與混凝土平均承受，但當側位移角增大至θ = ±
0.01弧度後，60~70 %的剪力仍由鋼管承受，而鋼管則始終在彈性範圍沒有降伏。
梁柱交會區混凝土上的剪應變可由混凝土承受之剪力