建議

1. 本研究所進行的兩部分軸壓試驗，五螺箍 RC 柱在軸壓強度方面提升之比值 皆明顯高於配置傳統橫箍之 RC 柱。此外，箍筋間距限制上亦突破 ACI-318 規範 75 mm 之限制，試驗結果顯示其圍束箍筋若採用強度為 412 MPa 之一 般竹節鋼筋應可放寬至 100 mm 至 150 mm 之間；採用強度為 490 MPa 之高 拉力鋼線最大約可放寬至 110 mm 左右。一方面顯示五螺箍擁有良好之圍束 效果；另一方面也顯示本研究依照 ACI-318 規範進行五螺箍之圍束箍筋設計 將趨於保守。

2. 本研究發現，採用高拉力鋼線之五螺箍 RC 柱具有明顯的經濟效益。在本研究 之試體中，其圍束箍筋若採用高拉力鋼線之五螺箍 RC 柱所需之箍筋用量不 僅大幅低於對照組之傳統橫箍 RC 柱，亦低於採用降伏強度較低的一般竹節 鋼筋之箍筋用量。

3. 試驗結果顯示若根據大螺箍與小螺箍兩者依照 ACI-318 規範所規定的最小螺 旋箍筋體積比之限制作設計仍趨於保守，即為本研究軸壓試驗之 RC 短柱試 體設計所採用之「直接設計法」，因此，可進一步考慮採用本優化研究最後 所提出之建議法作設計，即五螺箍 RC 柱圍束箍筋之「最佳化設計法」，經 由試驗方試驗證該建議法之可行性，如此將有助於減少箍筋用量及提升經濟 效益。

參考文獻

1. 王柄雄，「新矩形混凝土柱圍束型式之研究」，碩士論文，國立台灣大學土木 工程研究所，台北 (2004)。

2. 尹衍樑、翁正強、王瑞禎、梁景裕，「預鑄複合螺箍 SRC 柱之軸壓行為研究」，

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3. 張國鎮、尹衍樑、王瑞禎、王柄雄，「螺旋箍筋於矩形柱應用之試驗研究」， 工程，中國工程師學會，第七十八卷，第三期，pp. 101-124，台北 (2005)。

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19. Weng, C.C., Yin, Y.L., Wang, J.C. and Liang, C.Y., "Seismic Cyclic Loading Test of SRC Columns Confined with 5-Spirals," Science in China Series E:

Technological Sciences, Vol. 51, No. 5, pp. 529-555, Chinese Academy of Sciences, May, Beijing (2008).

符號說明

A

g 柱構件全斷面積

A

st 縱向鋼筋總斷面積

A

c 柱構件混凝土淨斷面積

A

ch 受箍筋圍束部分柱核之斷面積，即五螺箍整體圍束面積 (

包含圍束區縱向鋼筋之斷面積

)

ch1

A

受大螺箍圍束部分柱核之斷面積

ch2

A

受小螺箍圍束部分柱核之斷面積

A

sp 圍束箍筋斷面積

sp1

A

大螺箍斷面積

sp2

A

小螺箍斷面積

D

c 螺箍之圍束直徑

D

大螺箍之圍束直徑

d

小螺箍之圍束直徑

φ

1 大螺箍線徑

φ

2 小螺箍線徑

s

箍筋間距

s

o 傳統橫箍最大箍筋間距

s

1 大螺箍之需求間距

s

2 小螺箍之需求間距

5 spirals

s

₋ 五螺箍 RC 柱最小需求間距

h

c 受箍筋圍束之柱核心斷面之寬度

h

x 沿柱各邊相鄰箍筋或繫筋間最大水平中心距離

f ′

c 混凝土標稱抗壓強度 (

f ′

_{c test}) 混凝土實測抗壓強度

f

y 縱向鋼筋標稱降伏強度

(

f

_{y test}) 縱向鋼筋實測降伏強度

f

yt 箍筋標稱降伏強度

(

f

_{yt test}) 箍筋實測降伏強度

f

l 核心混凝土受箍筋圍束所導致之側向圍壓應力

l1

f

核心混凝土受大螺箍圍束所導致之側向圍壓應力

l2

f

核心混凝土受小螺箍圍束所導致之側向圍壓應力

ρ

s 箍筋體積比

s1

ρ

大螺箍之箍筋體積比

s2

ρ

小螺箍之箍筋體積比

s ,min

ρ

最小螺箍筋體積比

(

ρ

_s)5_−spirals 五螺箍體積比

C

l 核心混凝土受箍筋圍束之強度提升係數

C

ACI ACI-318 規範所建議之核心混凝土受箍筋圍束之強度提升係數

φ

強度折減係數

P

n 柱構件標稱軸壓強度

(

P

_{u test}) 柱構件軸壓試驗強度

(

P

_{u squash}) 柱構件壓碎強度

表 3.1 第一部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之試體規劃表

Note：(1) Column dimensions: Height：1200 mm；Cross-section：600 × 600 mm

(2) Diameter of the big spiral：D = 540 mm；diameter of the small spirals：d = 150 mm，180 mm and 210 mm (3) Nominal spiral(hoop) yield strength：SD420；fyt = 412 MPa

(4) Longitudinal bars：16 # 8（D25）；1160 mm；ρr = 2.25%；SD420；fy = 412 MPa

(5) Supplementary longitudinal bars：4 # 4（D13）；1140 mm；SD420；fy = 412 MPa（Specimens Y14 and Y15 only）

表 3.2 第一部分軸壓試驗試體之混凝土實測平均強度表

Column Cross-Section

Specimen Designation

Nominal Concrete Strength f ′c

( MPa )

Measured Concrete Strength (f ′_{c test})

( MPa )

Y1-S-95 27.4 31.0

Y2-S-145 27.4 30.1

Y3-S-75 34.3 36.9

Y4-S-115 34.3 37.6

Y5-M-55 27.4 31.0

Y6-M-95 27.4 30.1

Y7-M-150 27.4 31.0

Y8-M-75 34.3 37.6

Y9-M-120 34.3 36.9

Y10-L-100 27.4 31.0

Y11-L-140 27.4 31.0

Y12-L-75 34.3 36.9

Y13-L-110 34.3 36.9

Y14-S-145 27.4 30.1

Y15-S-115 34.3 36.9

R1-120 27.4 31.0

R2-120 34.3 36.9

表 3.3 第一部分軸壓試驗試體之鋼筋實測平均強度表

表 3.4 小螺箍之圍束直徑變化與混凝土圍束區面積比例分配表

Reinforcement (SD420) Size

Small Spiral Diameter

表 3.5 第一部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱軸壓強度之比較

Column Cross-Section

Specimen Designation

Design

表 3.6 第一部分軸壓試驗未受圍束與受圍束之混凝土抗壓強度之比較

表 3.7 第一部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之韌性比較

Spiral (Hoop) Bar Size Column

Cross-Section

Specimen Designation

Design

Note：(1)

ε

_Pu is the axial strain of column at ultimate axial load.

(2)

ε

0.7P_u is the axial strain of column at 70% ultimate axial load after reaching maximum capacity.

(3) The ductility index，

μ

，is defined as the ratio of the axial strain measured at 70% of the post-peak load，

ε

0.7P_u，to the strain recorded at the peak load

ε

_Pu.

表 3.8 第一部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之強度、韌性及箍筋用量

表 4.1 第二部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之試體規劃表

Required Spacing

Spiral (Hoop) Bar Size Column

Cross-Section

Specimen Designation

Design

Note：(1) Column dimensions: Height：1200 mm；Cross-section：600 × 600 mm

(2) Diameter of the big spiral：D = 540 mm；diameter of the small spirals：d = 150 mm，180 mm and 210 mm (3) Nominal spiral(hoop) yield strength：fyt = 490 MPa

(4) Longitudinal bars：16 # 8（D25）；1160 mm；ρr = 2.25%； f_y = 412 MPa

(5) Supplementary longitudinal bars：4 # 4（D13）；1140 mm；fy = 412 MPa（Specimens YW9 and YW10 only）

表 4.2 第二部分軸壓試驗試體之混凝土實測平均強度表

Nominal Concrete Strength f ′c

( MPa )

Measured Concrete Strength (f ′_{c test})

( MPa )

YW1-S-110 34.3 37.6

YW2-S-55 54.9 54.2

YW3-M-55 34.3 37.6

YW4-M-SPE 34.3 37.6

YW5-M-110 34.3 37.6

YW6-M-55 54.9 54.2

Type

^Diameter

( mm )

Yield Strength

fy

( MPa )

Ultimate Strength

fu

( MPa )

6 544 599

8 531 629

10 690 729

Coiled Wire

14 578 606

13 468 665

Reinforcement

25 497 723

表 4.4 第二部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱軸壓強度之比較

Column Cross-Section

Specimen Designation

Design

表 4.5 第二部分軸壓試驗未受圍束與受圍束之混凝土抗壓強度之比較

Column Cross-Section

Specimen

表 4.6 第二部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之韌性比較

Spiral (Hoop) Bar Size Column

Cross-Section

Specimen

Note：(1)

δ

_Pu is the axial displacement of column at ultimate axial load.

(2)

δ

0.7P_u is the axial displacement of column at 70% ultimate axial load after reaching maximum capacity.

(3) The ductility index，

μ

，is defined as the ratio of the axial displacement measured at 70% of the post-peak load，

δ

_0.7Pu，to the displacement recorded at the peak load

δ

P_u.

表 4.7 第二部分軸壓試驗五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之強度、韌性及箍筋用量

Cross-Section

Specimen Designation

Design

(a) 一般型式之單螺箍圓形 RC 柱 (b) 本研究之五螺箍矩形 RC 柱 圖 1.1 螺旋箍筋應用於 RC 柱之型式及斷面示意圖

0

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

Strain

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

Strain

(a) 大螺箍置於工作架上調整間距並將 (b) 套入下部小螺箍及主筋並固定其

(c) 套入上部小螺箍及主筋並固定其間距 (d) 插入所有主筋並固定小螺箍

圖 3.1 五螺箍 RC 短柱試體之鋼筋組裝順序示意圖 端部加繞的 1.5 圈點銲固定 間距

端部加繞的 1.5 圈即完成

27.4

fc′ = MPa f_c′ =27.4 MPa

(a) Y1-S-95 (b) Y2-S-145

(c) Y3-S-75 (d) Y4-S-115 圖 3.2 第一部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之 S 系列五螺箍 RC 短柱

34.3

fc′ = MPa f_c′ =34.3 MPa

(a) Y5-M-55 (b) Y6-M-95

(c) Y7-M-150 (d) Y8-M-75

(e) Y9-M-120

圖 3.3 第一部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋 之 M 系列五螺箍 RC 短柱

27.4

fc′ = MPa f_c′ =27.4 MPa

27.4

fc′ = MPa f_c′ =34.3 MPa

34.3 fc′ = MPa

(a) Y10-L-100 (b) Y11-L-140

(c) Y12-L-75 (d) Y13-L-110 圖 3.4 第一部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之 L 系列五螺箍 RC 短柱

600

30 30

82 76 142 82

600 142

76

(柱主筋，SD420) (鋼筋比：2.25%)

(D =540，SD420)

#3 (螺旋箍筋) (d =210，SD420)

16-#8 (D25)

Unit：mm

#4 (螺旋箍筋) 34.3

fc′ = MPa f_c′ =34.3 MPa

27.4

fc′ = MPa f_c′ =27.4 MPa

(a) Y14-S-145 (b) Y15-S-115 圖 3.5 第一部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區配置輔助筋

之 S 系列五螺箍 RC 短柱

(a) R1-120 (b) R2-120 圖 3.6 第一部分軸壓試驗之試體斷面圖：傳統橫箍 RC 短柱

27.4

fc′ = MPa f_c′ =34.3 MPa

27.4

fc′ = MPa fc′ =34.3 MPa

圖 3.7 本研究軸壓試驗構架與短柱斷面示意圖

圖3.8 螺箍筋圍束之核心混凝土受力示意圖 最大軸力 58800

kN

最大位移 500

mm

最大加載速度 0.58

mm/sec

試驗台面尺寸 2000×2000

mm

²

A-A 剖面：短柱試體斷面 (尺寸： 600 600 mm× mm) 58800 kN

Hydraulic Jack

Test Specimen A

A

Strong Frame

圖3.9 單一螺箍體積比

ρ

_s之定義示意圖

ch ch spirals

s

圖3.11 五螺箍RC柱之大、小螺箍斷面積與圍束直徑示意圖

圖 3.12 大、小螺箍圍束面積定義示意圖

(a) 試體 Y1-S-95 (b) 試體 Y2-S-145

(a) 試體 Y5-M-55 (b) 試體 Y6-M-95

0 0.01 0.02 0.03 0.04

圖 3.18 五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之正規

圖 3.22 大小螺箍交集區有無配置縱向鋼筋之正規化軸力–位移曲線比較圖：

Specimen Designation

Y1

3.02

Specimen Designation Y13 Y15

Specimen Designation Y1 Y7

Lateral S teel Consumption ( N /m )

500 Hoop Big Spiral Small Spiral

圖 3.26 五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之每單位長度箍筋用量比較圖： ′=

f

c 34.3 MPa 319

366

315 315 359

421 414

386

Specimen Designation Y9 Y4 Y13 Y3

Y12 Y8

R2 Y15

0 100 200 300 400

Lateral S te el Consumption ( N /m )

500

Hoop Big Spiral Small Spiral

34.3

fc′ = MPa fc′ =54.9 MPa

34.3

fc′ = MPa f_c′ =34.3 MPa

(a) YW1-S-110 (b) YW2-S-55 圖 4.1 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之 S 系列五螺箍 RC 短柱

(a) YW3-M-55 (b) YW4-M-SPE 圖 4.2 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之 M 系列五螺箍 RC 短柱

34.3

fc′ = MPa fc′ =54.9 MPa

34.3

fc′ = MPa fc′ =54.9 MPa

(c) YW5-M-110 (d) YW6-M-55 圖 4.2 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之

M

系列五螺箍 RC 短柱(續)

(a) YW7-L-95 (b) YW8-L-50 圖 4.3 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區無配置鋼筋

之 L 系列五螺箍 RC 短柱

34.3

fc′ = MPa fc′ =34.3 MPa

34.3

fc′ = MPa f_c′ =54.9 MPa

(a) YW9-S-110 (b) YW10-M-110 圖 4.4 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：交集區配置輔助筋

之 S 系列與 M 系列五螺箍 RC 短柱

(a) RW1-95 (b) RW2-50 圖 4.5 第二部分軸壓試驗之試體斷面圖：傳統橫箍 RC 短柱

(a) 試體 YW1-S-110 (b) 試體 YW2-S-55

C o m p res si v e Fo rce (k N )

0 10 20 30 40 50

C o m p res si v e Fo rce ( k N )

0 10 20 30 40 50

C o m p res si v e Fo rce ( k N )

0.7 25.14

C o m p res si v e Fo rc e ( k N )

0.7 23.40

(c) 試體 YW5-M-110 (d) 試體 YW6-M-55

C o mp res si v e Fo rce (k N )

0 10 20 30 40 50

C o m p re ss iv e Fo rc e ( k N )

0.7 23.51

C o m p re ss iv e Fo rc e (k N )

0 10 20 30 40

C o mp res si v e Fo rce (k N )

fc' = 34.3 MPa

(a) 試體 YW9-S-110 (b) 試體 YW10-M-110

C o m p re ss iv e Fo rc e (k N )

0 10 20 30 40

C o m p res si v e Fo rc e (k N )

RW1-95 fc' = 34.3 MPa

C o mp res si v e Fo rc e (k N )

0 10 20 30 40 50

C o mp res si v e Fo rc e (k N )

0.7 20.99

0 10 20 30

0 10 20 30 Displacement (mm)

0 0.5 1 1.5

( P

u

)

test

/ ( P

u

)

squash

圖 4.13 S 系列五螺箍試體交集區配筋與否之正規化軸力–位移曲線比較圖：

無配置鋼筋之試體為 YW1；有配置鋼筋之試體為 YW9

圖 4.14 M 系列五螺箍試體交集區配筋與否之正規化軸力–位移曲線比較圖：

無配置鋼筋之試體為 YW5；有配置鋼筋之試體為 YW10

w = 249 N /m (P_{u test}) /(P_{u squash}) = 1.28 w = 249 N /m

(P_{u test}) /(P_{u squash}) = 1.18 YW1-S-110

YW9-S-110

0 10 20 30

Displacement (mm) 0

0.5 1 1.5

( P

u

)

test

/ ( P

u

)

squash

w = 262 N /m (P_{u test}) /(P_{u squash}) = 1.22 w = 262 N /m

(P_{u test}) /(P_{u squash}) = 1.22 YW5-M-110

YW10-M-110

圖 4.15 五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之韌性指標比較圖： ′=

1.83 2.09 2.18 1.47 1.69

Specimen Designation

YW6 YW2

YW8 RW2

Specimen Designation

Ductility In dex

圖 4.17 五螺箍與傳統橫箍 RC 柱之每單位長度箍筋用量比較圖： ′=

Specimen Designation 200

Lateral S teel Consumption ( N /m )

Specimen Designation

Hoop Big Spiral Small Spiral

Lateral S te el Consumption ( N /m )

YW1

圖 5.1 五螺箍斷面內混凝土圍束區域之分類情形

(a) 斷面中心之大圓柱 (b) 四個角落之小圓柱 (c) 五螺箍 RC 柱 圖 5.2 五螺箍斷面之小螺箍具有減緩大螺箍向外擴張變形之功能

A1

：大螺箍之單一圍束區 (Single-Confined Area)

A3

：交集區之雙重圍束區 (Double-Confined Area)

A2

：小螺箍之單一圍束區

(Single-Confined Area)

A0

：未圍束區

(Unconfined Area)

=

+

_{直接設計法}

最佳化設計法

(a) 交集區無配置鋼筋之 S 系列

(b) 交集區無配置鋼筋之 M 系列

在文檔中 五螺箍矩形RC 柱之軸壓試驗與優化研究 (頁 66-117)