建議 - 結論與建議 - 鋼與混凝土複合構造之行為研究---子計畫：矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁抗彎接頭行為之研究(II)

第五章結論與建議

5.2 建議

本試驗所設計兩種不型式消能機制之試體，一為由梁產生塑性變形消能，於試驗中皆發現採貫穿翼板補強之試體，貫穿翼板與 CFT 鋼管柱之接合處銲道因其破壞乃是銲道開裂後產生相對滑動所造成之局部破壞，雖以鋼梁為消能構件之機制亦有顯現出來，但於試驗記錄中梁端荷載-位移之遲滯迴圈中產生束縮現象，導致試體整體消能性略可，並未像採全梁貫入接頭之消能性來的優良。

另一為由梁柱交會區產生大量剪力變形以消散能量，試驗之二組試體，亦因上述之局部破壞於試驗後發現梁柱交會區未產生較大之剪力變形行為，並未能有效顯現出交會區消能機制之優良行為。故推測其可能

原因在於鋼管之厚度略小（9 mm）所導致，若採鋼管厚度略大些，應可避免此一局部破壞產生。唯文中所提之交會區理論模型，可估算交會區之剪力強度。

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表 3.1 六組試體規劃與試體編號

Specimen

Column Tube A572 Gr.50

Total Length of Flange Plate

(mm)

H4GL 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4GT 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4FT 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4BT 350x350x9 H450x200x9x14 --- --- --- H2GT 350x350x9 BH280x180x8x18 180 200 1150 H3GT 350x350x9 BH300x200x9x20 200 240 1150

*T-Flange Plate 為梯形貫穿翼板，B-Flange Plate 為矩形貫穿翼板。

表 3.2 六組試體設計參數規劃 H4GT H450x200x9x14 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 1.77 2.06 H4FT H450x200x9x14 34.46 Fillet Yes 4-F10t M24 1.77 2.06 H4BT H450x200x9x14 34.46 N/A N/A N/A 1.77 2.06 H2GT BH280x180x8x28 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 0.93 1.79 H3GT BH300x200x9x20 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 0.78 1.36

＊Tube D/t ＝39

表 3.3 鋼管、鋼梁及貫穿翼板之材料試驗結果

Item Steel Grade

Yield Strength (MPa)

Ultimate Strength (MPa)

Flange Plate

A36 267 404

表 4.1 各試體之破壞模式

Specimen Failure Mode

H4GT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；

於貫穿翼板端處之鋼梁翼板與腹板相繼挫屈形成塑性鉸。

H4GL 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；

於貫穿翼板端處之鋼梁翼板與腹板相繼挫屈形成塑性鉸。

H4FT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；

於貫穿翼板端處之鋼梁翼板與腹板相繼挫屈形成塑性鉸。

H4BT 於 CFT 柱面四分之一梁深處鋼梁翼板與腹板相繼挫屈形成塑性鉸。

H2GT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；

於梁柱交會區產生剪力變形。

H3GT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；

於梁柱交會區產生較大量之剪力變形。

表 4.2 試體最大彎矩實驗值與理論值之比較

Specimen

Material Plastic Flexural Strength

(kN-m)

Maximum Test Flexural Strength

test ,

(kN-m)

Ratio of Test to Material Strength

表 4.3 梁柱交會區剪力強度之試驗值與理論值

Specimen

V u

(kN)

AIJ ,

(kN)

test

Vu_,

(kN) ^V ^V^u^,^test ^V^u^,^AIJ ^V^u^,^test H4GT 2583 2524 1978 1.31 1.28 H4GL 2637 2542 1902 1.39 1.34 H4FT 2787 2590 2205 1.26 1.17 H4BT 2194 2394 1741 1.26 1.38 H2GT 2421 2943 1950 1.24 1.51 H3GT 2719 2762 2568 1.06 1.08

圖 1.1 內橫隔板接頭配置圖 (Morita et al. 1991)

圖 1.2 外橫隔板配置圖 (Lin 2000)

圖 1.3 翼板貫入式接頭配置圖 (Schneider and Alostaz 1998)

圖 1.4 全梁貫入式接頭配置圖 (Azizinamini et al. 1995)

圖 1.5 鋼棒貫入式接頭配置圖 (Kang et al. 2001)

圖 1.6 鋼管內側相對梁翼板位置配置剪力釘配置圖 (Alostaz and Schneider 1996)

圖 1.7 鋼管內側相對梁腹板位置配置剪力釘配置圖 (Alostaz and Schneider 1996)

圖 1.8 補強式接頭配置圖 (Kang et al. 2001)

圖 1.9 複合式接頭配置例(I) (Ricles et al. 1995)

圖 1.10 複合式接頭配置例(II) (Ricles et al. 1995)

圖 1.11 貫穿式翼板圓形鋼管混凝土梁柱接頭

圖 1.12 貫穿式翼板矩形鋼管混凝土梁柱接頭

圖 2.1 內橫隔板矩形鋼管混凝土梁柱接頭（鐘立來等人 2000）

圖 2.2 螺栓穿透式之梁柱接頭（鐘立來等人 2001）

Moment Diagram Shear Force Diagram

圖 2.3 接頭區受力分析圖

d

M

P

V

col

V

col

M

down UP

V

M

P

M

圖 2.4 鋼骨梁柱交會區受力分析圖

圖 2.5 梁柱交會區內剪力分佈情形示意圖（Tsai and Popov 1990）

圖 2.6 Krawinkler 梁柱交會區力學模型示意圖（孔祥嵐 1998）

2.7 梁柱交會區之局部挫屈示意圖（孔祥嵐 1998）

CFT Column

Panel Zone Steel Beam

VW ME

MBottom

MTop

VCol

VPZ

圖 2.8 梁柱交會區受力示意圖

CFT Column

Flange Plate Steel Beam Panel Zone

圖 2.9 梁柱交會區之示意圖

Web

Flange

V

Web

V V

Flange

圖 2.10 梁柱交會區受力變形分量圖(鐘立來等 2001)

V V

V Vf

f f

圖 2.11 梁柱交會區受剪力變形圖(鐘立來等 2001)

V V

M M

V V

M M

f f

f f f f

圖 2.12 梁柱交會區柱翼板撓曲變形圖(鐘立來等 2001)

τ

θpz

θc

θb

δpz

δc

δb

total ,

δb

圖 2.15 梁端變位分量示意圖

δ1

δ2 ^γ

圖 2.16 梁柱交會區剪力變形示意圖

Horizontal Tiltmeter

Vertical Tiltmeter

b c×d θ

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

c b c

L d θ

圖 2.19 柱體變形所引致之梁端變位分量

δb

圖 2.20 梁變形所引致之梁端變位分量

Top View

Elevation View

2.15m

[email protected] [email protected] [email protected]

b1 b1 b1 b1 b1 b1 b1 b1 b1

H400x200x8x13 H400x200x8x13

H450x200x9x14

H456x201x10x17

H450x200x9x14

H456x201x10x17 H450x200x9x14

H456x201x10x17

H400x200x8x13

A=20 cm²

A=37 cm²

A=45 cm²

3@7m

3@4m Tube 350x350x9 Pipe 400x9 Tube350x350x9

Pipe400x9

圖 3.1 CFT/BRB 三層樓構架圖

Inflection point

Ground excitation

圖 3.2 結構受地震水平力作用之變形示意圖

圖 3.3 梁翼貫入式接頭 (Schneider et al. 1998)

圖 3.4 蓋板式接頭 (Engelhardt and Sabol 1998)

35°

Tube Weld Detail

298 101 2902 101 298

φ 38 Hole（min）

160

101 298

φ 38 Hole（min）

160

101

Section A-A

Section B-B Tube 350×350×9

PL 9×25

298 PL 12×370×370

A572 Gr. 50 See Tube

Weld Detail

圖 3.5 鋼管製作細部圖

3200

400

1500

CFT Column

Steel Beam

圖 3.6 試體 H4GT、H4GL、H4FT、H4BT 子結構設計圖

3200

400

1500 1500

400

CFT Column

Steel Beam

圖 3.7 試體 H2GT、H3GT 子結構設計圖

A A

H450×200×9×14 A572 Gr.50

6565 3@80=240

4-φ24 A490(F10T)

2222

20 40 40

TYP

Tube 350x350x9 A572 Gr.50

PL 10×100×370 A572 Gr.50 6

20 380

706070

18 TYP

770

Specimen H4GL Detail

Specimen H4GL Section A-A Detail

200

240

PL 22×240×1000 A36

PL 22×200×1000 A36

圖 3.8 試體 H4GL 接合細部設計圖

A A Specimen H4GT Detail

Specimen H4GT Section A-A Detail

200

240

PL 22×240×1000 A36

PL 22×200×1000 A36 17

圖 3.9 試體 H4GT 接合細部設計圖

A A

Specimen H4FT Detail

Specimen H4FT Section A-A Detail

200

240

PL 22×240×1000 A36

PL 22×200×1000 A36 15 17

圖 3.10 試體 H4FT 接合細部設計圖

Specimen H4BT Detail

Specimen H4BT Section A-A Detail

A A

20 H450×200×9×14

A572 Gr.50

TYP

Tube 350x350x9 A572 Gr.50

2020

120 120

Hole φ 13

圖 3.11 試體 H4BT 接合細部設計圖

20 380

70 6070

20 TYP

1150

Specimen H3GT Detail

Specimen H3GT Section A-A Detail

A A

60 60 4-φ24 A490（F10T）

2525

PL 14×180×200 A572 Gr.50

8 BH300×200×9×20 8

A572 Gr.50

20 380

606060

14 TYP

1150

Specimen H2GT Detail

Specimen H2GT Section A-A Detail

A A

60 60 4-φ24 A490（F10T）

2020

PL 14×180×200 A572 Gr.50

6 BH280×180×8×18 6

A572 Gr.50

125125 450 50 200 2@100＝200

20050

φ35 Hole（TYP） 50 200 50

For H450×200×9×14 Beam End Plate Detail Spec.H4GL,H4GT,H4FT,H4BT

End Plate t=20 ㎜ Stiffener t=10 ㎜

RH 450×200×9×14

100 100

圖 3.14 試體 H4 系列試體之轉接鋼梁設計圖

200 200 300 50200 2@100＝200

200 50

φ35 Hole（TYP）

200

50 50

For BH300×200×9×20 Beam End Plate Detail Spec.H3GT

Stiffener t=10 ㎜ End Plate t=20 ㎜

BH 300×200×9×20

175 175 210 210 280 50 200 2@100＝200

200

50φ35 Hole（TYP）

200

50 50

For BH280×180×8×18 Beam End Plate Detail Spec.H2GT

End Plate t=20 ㎜

Stiffener t=10 ㎜ BH 280×180×8×18

185185

圖 3.15 試體 H3GT 與試體 H2GT 之轉接鋼梁設計圖

lp db/4

Plastic Hinge

圖 3.16 構架塑性變形之示意圖

lp db/4

V_col M_c Vcol

M_c

V_b

Mpb

V_b

Plastic Hinge Plastic Hinge

圖 3.17 梁柱接頭區之力量示意圖

3000

1650 1600 1600 250 250 CFT Column

Steel Beam

圖 3.18 外柱子結構試驗構架設置圖

3000

1650 1600 1600 250 250 CFT Column

Steel Beam

圖 3.19 十字型子結構試驗構架設置圖

PL 19

H300x300 x25x36

H450x300 x25x36

BH 310x450x36x36

107x38 Slot Holes

Thread M36x4.0x75

Plate a (t=90mm) Plate b (t=90mm) Plate c (t=90mm)

(2 pieces)

Plate 25 Plate 25

RH400x400x15x21

Plate 25

BH 400x500x25x25

圖 3.20 試驗構架柱底端支撐與斜撐設計圖

RH 300x300x10x15

PL 25

PL 25 (TYP.)

TY P.

SEC. a DET. b (4 sets) DET. c (2 sets)

圖 3.21 試驗構架鋼梁之側撐設計圖

π-Gauge

TiltMeter 300

470 470

Spec. H4GL、H4GT、H4FT

圖 3.22 試體 H4GL、H4GT、H4FT 量測儀器架設圖

π-Gauge

TiltMeter 300

440 440

Spec. H4BT

圖 3.23 試體 H4BT 量測儀器架設圖

π-Gauge

TiltMeter 320

325325

Spec. H3GT

圖 3.24 試體 H3GT 量測儀器架設圖

π-Gauge

TiltMeter 320

300300

Spec. H2GT

圖 3.25 試體 H2GT 量測儀器架設圖

3 3 3 3 3 2 2 2 2 2