3.3 具梯形接合板之斜撐構材參數研究
3.3.3 接合板形狀之影響
模型RGP與模型TGP1 為相同的
β
j (=1.0) 與LC (=2t) 下的矩形接 合板與梯形接合板，其等值應力分佈如 圖 3.30 所示，於 0.50%層間位移 角時，梯形接合板受拉力之等值應力分佈情況與矩形接合板相似，皆位 於Whitmore Section內，但因梯形接合板面積較小而受力較集中於 Whitmore Section的情況下，在此範圍內應力隨層間位移角增加下較模型 RGP稍大，於 1.00%層間位移角時已較多區域達降伏狀態 (即應力值大 於350 MPa，於圖中橘色區塊)，即於相同層間位移角下，相同接合板板 厚，梯型接合板因本身承受應力較集中於所設定之Whitmore Section內，故降伏程度亦較矩形接合板集中，由此亦發現梯形設計之接合板已足夠 提供斜撐構材於其端部之面外變形以增加其韌性行為。
圖 3.31 為模型RGP於每個層間位移角下的PEEQ分佈，由圖可看到PEEQ 於0.50%層間位移角時在斜撐與接合板之接合銲道端部有著最多塑性變 形需求；矩形接合板與柱翼之銲道於 0.75%層間位移角之後已達初始開 裂門檻指標，代表銲道有可能產生開裂而造成接合板局部破壞。層間位 移角來到4.00%，PEEQ於斜撐翼板上達 2.41，如 圖 3.32 所示，尚未超 出2.83，可判定斜撐構材應無斷裂之可能產生。
整體行為來說，模型TGP1 之梯形接合板與模型RGP的矩形接合板 皆可提供可觀之面外變形，進而延遲斜撐構材產生挫屈後之低韌性行 為，以提高斜撐構材整體韌性，如 圖 3.33 所示，可發現斜撐構材皆可 發展良好非線性行為；以斜撐之細長比來看，模型RGP因本身接合板尺 寸較大下，相對壓縮斜撐構材長度，細長比亦較大 (
KL r
=68)，斜撐長 度較TGP系列之模型 (KL r
=70~73) 短，由強度包絡線 圖 3.34 可知模 型RGP之整體挫屈強度大於模型TGP1，而模型RGP則因細長比較小，於受拉時的鋼材應變硬化影響下造成整體拉力強度亦大於模型TGP1；如 圖3.35 所示，發現於最大層間位移角時，模型RGP之斜撐構材翼板挫屈 產生劇烈扭曲，接合板因其之擬挫屈長度較長使得挫屈強度較低造成接 合板挫屈；而模型TGP1 之接合板則可能因受力過於集中Whitmore Section內而於最大層間位移角下產生挫屈。
模型RGP與模型TGP1 乃根據接合板拉力強度等於斜撐構材拉力強 度來設計板厚 (
β
j =1.0)，即平衡設計之理念。此作法乃使接合板於斜 撐構材產生拉力降伏時，接合板亦產生降伏，同時產生非線性行為。於 學者Lehman等人 2008 年之研究報告中所提出之平衡設計方法，其所設 定平衡係數(β
ww)於矩形接合板時建議採用為 1.0，其定義亦與β
j相同，其亦建議接合板若為錐形 (Taper) 接合板時，
β
ww值應低於1.0。本研究 於分析結果中，於設定之最大層間位移角 4%時，此 2 組模型於受壓時 接合板產生挫屈。因此，個別計算其接合板與斜撐構材之挫屈強度，表 3.1 所示，發現模型RGP之接合板與斜撐構材挫屈強度比值低於 1.0 (以 AISC-LRFD規範為例)，即接合板之挫屈強度小於斜撐構材挫屈強度，但由於含2t偏移區域下，可有效消散與傳遞斜撐構材之力量及斜撐端部 之凹折，於最大層間位移角下才受壓挫屈；而模型TGP1 之接合板挫屈 強度雖大於斜撐構材之挫屈強度 37%，亦於 4%層間位移角下產生接合 板挫屈，實為注意之處。雖此 2 組模型有產生接合板挫屈行為，亦於最 大層間位移角之下所發生，若斜撐構材於此行為發生前產生破裂，此接 合板亦可能通過試驗。如 表 3.2 所示，模型RGP與模型TGP1 因接合板 形狀不一樣，而細長比較小之模型RGP有著較大之挫屈強度與挫屈後強 度；模型RGP與模型TGP1 於 4%層間位移角時，其斜撐構材中央處約有 15%斜撐構材長度之面外變形量，接合板之面外變位因上接合板發生挫
如 圖3.36 所示。
本研究所提出之梯形接合板與Astaneh-Asl所提出錐形接合板之形 狀類似，於後期分析中將梯形接合板與梁、柱桿件相接處採垂直線延 伸，故亦製作分析1 組錐形接合板模型分析進行比較。分析結果顯示，
如 圖 3.37 所示，其為最大層間變形角 4%受壓時接合板之Mises等值應 力分佈，可發現採錐形接合板於與梁桿件之接合板端部有著較高應力集 中於此處，可能會有接合處銲道非預期破壞產生；本研究所提出之梯形 接合板於近梁與柱桿件處採與其垂直線處理，此作法可將接合板之臨界 斷面位置提高，遠離梁桿件與接合板之接合處，使接合板接合銲道受力 較不劇烈，以避免接合板與梁桿件接合之銲道破壞。本研究之接合板形 狀最終採用此形狀，並設計規劃進行載重試驗。
0.50% 0.75% 1.00%
30°
Model RGP
0.50% 0.75% 1.00%
Model TGP1 30°
2t
2t
圖3.30 模型 RGP 與模型 TGP1 之等值應力分佈圖
0.25% 0.50%
0.75%
Compression
1.00% 1.50% 2.00% 3.00% 4.00%
Tension
圖3.32 模型 RGP 斜撐構材 PEEQ
-4 -2 0 2 4 Story Drift (% rad.)
-8000
Axial Force(kN)
RGP
L/r=64, tg=26 mm LC=2tg
圖 3.33 模型 RGP 之軸向載重與層間位移角關係圖 (接合板形狀影響)
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.)
-8000
Axial Force (kN)
-0.5 0 0.5 1
AF/(Ag>Fy) RGP
TGP1
圖3.34 模型 RGP 與模型 TGP1 之強度包絡線圖
圖3.35 模型 RGP 與模型 TGP1 產生接合板挫屈 (4%層間位移角)
-4 -2 0 2 4 Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
RGP
L/r=64, tg=26 mm LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
RGP-Up Gusset L/r=64, tg=26 mm
Out-of Plane Displacement (mm)
RGP-Bottom Gusset L/r=64, tg=26 mm LC=2tg
圖3.36 模型 RGP 之斜撐構材與接合板之面外變形與層間位移角關係圖
圖3.37 採錐形與梯形接合板之等值應力圖