整體構架模型

實尺寸構架模型之尺寸為跨長 7 公尺，高 3.62 公尺之一層樓構架[圖 3.1(a)]。CFT 柱以 C3D8R 固體元素模擬，並利用分割（Partition）方式將 每支柱子分成鋼柱與核心混凝土部份。梁、接合板與 BRB部分則以S4R 板 元素模擬。BRB核心段部分，由於使用板元素模擬，使得核心段與圍束鋼 管之間的空隙由原本的1 mm 增加為11 mm，如圖 3.1(b)所示之斷面C-C， 為了讓束制鋼管（80 × 80 × 4 mm）產生應有的壓力效果，核心段與束制鋼 管間介面採用Exponential-Frictionless 之介面性質，使束制鋼管能在核心段 一接近時即產生束制效果。接合板接合區則以Cheng et al.（1998）所建議 的 Rigid Link 方式模擬接合板與 BRB 之間的螺栓，以 Constraint-Equation 連接一端BRB與接合板之兩點，並分別對 X、Y、Z三個方向做三組Rigid Link，使這兩點分別在 X、Y、Z 三個方向能夠一起移動；在 BRB 與接合 板接合之整片地區，亦採用Cheng et al.（1998）的建議，將接合區之每一

相對點位對 Y 方向（面外方向）作一組 Rigid Link，提供完全面外區域之 束制於此區域。使 BRB 端部與接合板之接合區在面外位移方向可一起移 動。梁與CFT 柱間因為只傳遞剪力，故梁與柱間之接合僅以腹板與鋼柱接 合，翼板則與鋼柱沒有任何接觸。梁、接合板、加勁板及 BRB等鋼材的材 料性質則如表3.1 所示，所有鋼材的材料性質之應力應變曲線設定如圖3.2 所示。

構架分析方式則以在梁中央沿水平方向進行側推分析，並導入挫屈束制 斜撐初始面外變位（Initial Imperfection），以求出接合板在受壓力下挫屈時 之行為。

3.2.2 構架分析結果

在進行分析前先分析一層樓構架模型之振態，以檢視整個構架系統之 挫屈模式。構架分析先在無任何初始面外變位下進行直接側推分析，然後 再依照其變形模式施加初始面外變位進行側推分析。圖 3.3 (a)為第一振態 模式因接合板產生面外挫屈而導致整個BRB受壓端產生面外位移；圖3.3(b) 為第二模態，斜撐仍然沒有挫屈而在接合板長端產生局部挫屈。

無初始面外變位

首先對接合板不施以初始面外變位下直接進行分析，即於梁中心施ㄧ漸 增位移，分析結果如表 3.2 所示，其中 WG16I0TB16 為接合板厚 16 mm

（WG16），I0代表BRB 中心之初始面外變位為0 mm，TB16則代表BRB 厚度16 mm。接合板之軸力與軸位移關係示於圖3.4(a)，其中軸力之計算，

由於最小主應力（Min-Principal）方向與BRB核心段軸方向平行[圖 3.4(b)]， 將 BRB 上同一斷面各元素之最小主應力值乘上元素面積即為通過此元素 之力量，再將斷面上各元素所得的軸力相加即為通過此斷面之軸力。軸位

移之計算則如圖3.4(c)所示，接合板上在梁端及最後一排螺栓中心通過BRB 軸線相交之兩點A、B，兩點間原始長度為L，若A、B分別產生位移至新 的 座 標 A 及 '' B ，且經過計算 'A 及 'B 兩點間的長度 'L ，則軸向位移為 ΔL=L'−L。

試體WG16I0TB16 表示原接合板厚度（16 mm）及BRB核心段厚（16 mm）不施加初始面外變位直接側推分析，可發現壓力端之 BRB 先行發生 挫屈。接合板在 BRB挫屈後方產生挫屈，BRB挫屈時力量大小為 1230 kN。 將BRB 厚度加至32 mm（WG16I0TB32），發現接合板在 BRB挫屈前先發 生挫屈[圖 3.5(a)]，挫屈應力及變形如圖 3.5(b)及(c)所示，接合板挫屈時，

壓應力（Min-Principal）降伏區域為接合區端部與梁中間的區域至 BRB 端 部附近之接合板區域，此時BRB 仍未出現降伏，接合板挫屈形狀則類似一 端固定一端自由（稱為Fixed-Free）之形式，破壞形式與如圖3.3(a)所示之 第一模態相同，接合板挫屈時力量大小為1492 kN。此力量雖然較實驗所得 到的805 kN大一倍，但較規範 AISC-LRFD（2002）規定的挫屈強度P_cr = 1987 kN（允許面外位移，K=1.2）及以Whitmore Section 所定義之降伏強 度P_w為2287 kN（表 2.1）為小。

施加初始面外變位

根據AWS D1.5（2004）所規定之桿件平整度為最大長度之1/1000，在 構架分析中，接合板長端長641 mm，在分析中施加如圖3.3(a)所示之第一 模 態 之 初 始 變 形 模 式 ， 接 合 板 之 面 外 變 位 分 別 為 0.06 mm

（WG16I006TB16）、0.6 mm（WG16I06TB16）及3 mm（WG16I3TB16）。

接合板會先於接合區端部與梁之間產生局部降伏，隨著力量增加降伏區域 增 大 而 導 致 接 合 板 挫 屈 ， 其 挫 屈 情 形 與 不 施 加 初 始 面 外 變 位 情 形

（WG16I0TB32）相同。三種初始面外變位分析得到的最大強度分別為828

kN、812 kN及770 kN。其中以0.6 mm初始面外變位所得到挫屈強度812 kN 最接近實驗值 805 kN，其構架變形及接合板應力如圖 3.6(a)所示，為類似 受壓之簡支梁，接合板之應力及變形如圖 3.6(b)及(c)所示，挫屈模式為

Fixed-Free。其強度亦較不施加初始面外變位直接進行側推分析之強度

（1492 kN）更接近實驗值，根據本節之研究，可得到斜撐構架系統（含

BRB與接合板）在受壓時將依循第一模態挫屈模式變形，且包含初始面外 變位，在此情況下，因接合板挫屈強度只有805 kN，遠小於 BRB之極限強 度1653 kN，故破壞模式為接合板挫屈。