第二章 文獻回顧
2.1 國內外鋼骨鋼筋混凝土梁撓曲強度之設計規範
國內外之鋼骨鋼筋混凝土梁之撓曲強度計算方式主要分為三種:
(1)強度疊加法(2)ACI 法(3)全斷面塑性應力法,以下簡單介 紹此三種方法。
強度疊加法
將鋼骨斷面與鋼筋混凝土斷面分成兩個部分,並分別計算其鋼骨 部分之標稱彎矩強度(Mns)與鋼筋混凝土部分之標稱彎矩強度
(Mnrc),鋼骨之標稱彎矩即為塑性彎矩,假設斷面受純彎作用下全 部降伏,力平衡計算而得;而鋼筋混凝土之標稱強度則是以 ACI 規 範求得;而鋼骨鋼筋混凝土之撓曲強度即由兩者相加而得。其中,由 於不考慮兩者之合成作用,所以疊加計算時鋼骨與鋼筋混凝土之中性 軸位置並不相同。日本 AIJ-SRC 規範及我國 SRC 規範皆使用此法。
ACI 法
此法主要將 SRC 結構視為一般 RC 結構進行計算。主要假設如 下:(1)將鋼骨轉換為等值鋼筋量計算(2)假設混凝土之極限應變 為 0.003,再利用平面保持平面及應變諧和分別計算個材料所提供之 力量,而混凝土部分由矩形應力塊求得,再由力平衡求得個材料之強 度,最後計算各材料對斷面中心所產生之彎矩加總即為 SRC 梁之撓
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曲強度。美國 ACI-318 設計規範使用此法計算 SRC 梁之撓曲強度。
全斷面塑性應力法
全斷面塑性法假設鋼骨與混凝土應變諧和,假設鋼骨全斷面應力 皆已達降伏,利用等值應力塊計算壓力混凝土強度,力平衡求取斷面 中性軸,最後計算各材料對斷面中心所產生之彎矩加總即為 SRC 梁 之撓曲強度。
2.2.1 RC 梁彎矩-曲率之研究
An et al.(1991)研究 FRP 補強鋼筋混凝土梁之彎矩-曲率行為,
以變形諧和與力平衡為基礎建立分析模式,分別計算矩形斷面梁與 T 形斷面梁之彎矩-曲率關係,以加勁板面積、勁度與強度,及混凝土 抗壓強度與鋼筋比為參數分別與彎矩、曲率比較,結果顯示以 FRP 補強將提高梁之勁度、降伏彎矩與撓曲強度。
Lee et al.(2003)研究鋼骨鋼筋混凝土梁韌性與拉力筋之關係,
考慮混凝土之圍束、開裂與保護層之影響,並建立演算法。
Lee et al.(2004)研究 FRP 補強鋼筋混凝土梁之韌性,以力平衡 與變形諧和為基礎,並且考慮混凝土圍束、混凝土開裂與加勁板破裂 等情況, 推導梁之韌性與加勁板面積關係。
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2.2.2 SRC 梁彎矩-曲率之研究
翁正強 等人(2001)研究於 SRC 梁內鋼骨加銲剪力釘、整支鋼 骨塗上潤滑劑及鋼骨以自然表面和混凝土接觸之影響,並與美國 ACI-318 規範和日本 AIJ-SRC 規範之分析結果,與其詳細應變計資料 比較 SRC 梁與普通 RC 梁之載重-位移之關係。比較結果發現 ACI 規 範計算 SRC 梁之抗彎強度略為保守,AIJ-SRC 規範比較接近試驗抗 彎強度卻高估混凝土抗彎矩能力。合成效應方面,若有足夠混凝土保 護層,鋼骨與混凝土藉由自然握裹即有足夠合成作用力。ACI 規範與 測值與實驗比較,發現 SRC 梁達極限狀態前,外緣混凝土已壓碎,
SRC 梁之極限狀態並非由壓力外緣混凝土應變達 0.003 所控制。
陳正誠與陳建中(2001)研究 SRC 梁中鋼骨與混凝土間合成效應 對其撓曲強度的影響,並以 ACI 法、全斷面塑性法、疊加法分析與 試驗結果比較。發現疊加法因為忽略 SRC 梁之合成效應所以誤差較 大;而 ACI 法及全斷面塑性法雖稍微高估 SRC 梁之撓曲強度,但皆 可精準預測 SRC 之撓曲強度。箍筋量增加與鋼筋間距減小使 SRC 梁 之極限曲率延展性上升。鋼骨量越大彎矩強度衰減越緩慢,而鋼骨高 度較高之 D 型斷面延展性較鋼骨高度較小之 S 型斷面佳。
李台光(2001)以應變諧和與力平衡為基礎,混凝土採用修正過 後之 Knet & Park 之圍束模型,提出對包覆型鋼骨鋼筋混凝土梁曲率 韌性之合理分析模式供設計者參考與應用。
陳正誠與鄭兆麟(2007)以完全合成及塑性應力分佈為基本假設,
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並以中性軸與鋼骨上翼板之關係位置不同區分為:(1)中性軸在鋼骨 上翼板下方;(2)中性軸與鋼骨上翼板中心線重合;(3)中性軸在鋼 骨上翼板上方,三種情況分別計算撓曲強度,建立簡化塑性應力法。
可快速進行 SRC 梁斷面彎矩強度分析,也可以很簡單的應用於 SRC 梁斷面曲率延展比分析。
2.2.3 混凝土圍束行為之研究
Cheng and Lin(2006)研究 SRC 短柱之軸向強度及混凝土圍束行 為。以 Mander et al.之圍束模型為基礎,將柱斷面混凝土分為未圍束 區、部分圍束區、高圍束區三部份,再以疊加法建立出 SRC 短柱之 軸向強度分析模式。結果顯示分析模式能準確預測柱之軸力-變形關 係;此外,混凝土之圍束受箍筋與不同鋼骨形狀所影響,I 型、H 型、
T 型與十字型鋼骨中,I 型之高圍束區面積最小。
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