• 沒有找到結果。

蓋板梁柱接頭

1. M. D. Engelhardt 和 T. A. Sabol (1997)

Engelhardt 和 Sabol (1997)共製作 12 组焊接式蓋板梁柱接頭試體,接 頭設計為上側蓋板與梁上翼板接合,蓋板形狀為了使梁翼板力量能穩定傳 遞至蓋板並減少蓋板端部的應力集中而採用梯形,下側蓋板與梁下翼板接 合,為了焊接施工的方便,下側蓋板形狀為矩形。假設接頭的塑鉸發生在 蓋板端部的梁,並以此處的梁達 1.2 Mp(其中 Mp為梁的實際塑性彎矩強度) 時投影至柱面的彎矩強度來做設計,蓋板斷面積的選定為使近柱之蓋板在 最大彎矩強度發生時還保持在彈性範圍,其中 9 组試體柱之剪力板與梁腹 板採用螺栓配合填角焊設計,另外 3 组則採全滲透焊接合。

實驗結果顯示其中 2 組試體在較低的塑性變形時就已發生脆性破壞,

另外 10 組試體則有良好的表現,可發揮較高的塑性轉角。實驗顯示成功的 試體在塑性轉角達 0.01~0.015 弧度時,蓋板端部的梁翼板與腹板有局部挫 屈現象,並隨著塑性轉角的增加而更明顯,梁的局部挫屈會造成試體的強 度下降,且會撕裂蓋板與梁翼板間之焊道。

Engelhardt 和 Sabol (1997)的研究結果可歸納如下:(1) 蓋板梁柱接頭 有良好的韌性行為,在反覆載重歷時下,能發揮較高的塑性轉角,且在所

有的補強式接頭中補強費用最少。(2) 由試驗結果可知,蓋板梁柱接頭的 蓋板長度不能過長,太長的蓋板長度設計會造成由蓋板端部投影至柱面之 彎矩強度太大,對於短跨度的梁而言是不利的。(3) 蓋板梁柱接頭的蓋板 厚度太厚會造成蓋板與柱面接合需使用較多的全滲透焊,且較厚的蓋板易 使柱面處之蓋板產生脆性破壞。

2. A. S. Whittaker 和 T. Kim (2002)

Whittaker 和 Kim (2002)共製作了 10 組焊接式蓋板梁柱接頭試體,其 中 5 組試體之梁翼板、蓋板與柱採全滲透焊接合,另外 5 組試體蓋板與柱 採全滲透焊接合,而梁翼板與柱之間並無任何接合。所有的試體的梁尺寸 為 W30×99,柱為 W14×176,梁柱都採用 A572 Gr. 50 的鋼材,蓋板長度皆 為 380 mm,其中 8 組試體之上下側蓋板形狀皆為矩形(蓋板寬度大於梁翼 板寬度)設計,另外 2 組則為梯形(蓋板最大寬度等於梁翼板寬度)與燕尾形 設計,試體設計為假設試體塑鉸產生於蓋板端部四分之一梁深處,當此處 發揮至 1.1 Mp(其中 Mp為梁的實際塑性彎矩強度)時,投影至柱面的彎矩強 度來設計蓋板尺寸,使近柱的蓋板在試體達最大彎矩強度時仍保持彈性。

實驗結果顯示 10 組試體都有良好的韌性行為,試體的主要破壞發生在蓋板 端部之梁,破壞型式為梁翼板與腹板的局部挫屈,各試體之柱及蓋板上都 沒有觀察到顯著的破壞。

Whittaker 和 Kim (2002)的研究成果可歸納如下:(1) 試體之梁翼板與 柱之間有無接合對試體整體強度無顯著影響,兩種試體設計在反覆載重下 均能發揮良好的韌性行為。(2) 對於蓋板形狀而言,採用矩形設計較採梯 形設計能發揮較佳的表現,原因為採矩形設計,蓋板寬度較寬,所以在同 樣的彎矩強度設計下,矩形蓋板的厚度較薄,所需的填角焊也較少。(3) 蓋 板與梁翼板焊接接合最好採用兩側軸向與蓋板端部橫向焊接,原因為橫向

焊接能避免梁翼板局部挫屈直接拉裂蓋板兩側之軸向焊接焊道。(4)在位移 角超過 0.03 弧度後,試體強度會因梁翼板與腹板的局部挫屈而迅速的下降。

削切蓋板梁柱接頭

1. S. P. Schneider 和 I. Teerapabwong (2002)

目前國內外對於此種削切蓋板梁柱接頭耐震行為研究非常有限,只有 Schneider 和 Teeraparbwong (2002)部份的研究成果可供參考,Schneider 和 Teeraparbwong 從事的研究主要為探討螺栓型蓋板梁柱接頭的破壞模式,所 謂的螺栓型蓋板梁柱接頭為在梁翼板上下側各焊一塊蓋板來增加梁端近柱 的彎矩強度,而蓋板與梁翼板則採螺栓接合,研究計畫包含 8 組試體測試,

共有三種破壞模式,分別為蓋板與梁翼板接合螺栓的拉力破壞,蓋板端部 之梁的挫屈破壞、蓋板的韌性破壞,其中試體 BFP 08(如圖 1.1 所示)的預 期 破 壞 模 式 為 蓋 板 的 韌 性 破 壞 , 其 接 頭 的 梁 尺 寸 為 W24×68 , 柱 為 W14×120,梁柱都採用 A572 Gr. 50 的鋼材,而蓋板使用 A36 之鋼材,厚度 為 25.4 mm,試體 BFP 08 設計目的為將塑鉸移至蓋板上,並能發揮柱面彎 矩強度達 1.0 Mp(其中 Mp為梁的實際塑性彎矩強度),故在蓋板近柱面處進 行削切,以減弱其強度,削切形狀為等寬度矩形削切,削切後寬度約為原 本蓋板寬度的一半,削切長度根據在位移角 0.05 弧度時蓋板應變達 10 %來 做設計,此梁柱接頭設計與傳統的蓋板梁柱接頭不同,利用削切蓋板來控 制接頭的破壞模式與韌性行為。表 1.1 為此試體在削切蓋板降伏及極限強 度到達時梁之柱面、削切中心及削切蓋板端部彎矩強度,可發現以削切蓋 板降伏強度設計時,柱面處的彎矩強度為 1.0 Mp,而若考慮削切蓋板之應 變硬化行為,當削切蓋板達極限強度時,試體柱面之彎矩強度為 1.3 Mp而試體 BFP08 則是以削切蓋板達降伏強度時柱面彎矩強度為 1.0Mp做設計。

試體 BFP 08 在第一次試驗在全部反覆載重歷時結束後,發現試體強度

沒有下降的趨勢,但試體部份區域已塑性變形,故在試驗後移除柱的殘留 變形並加置一塊厚度為 12.7 mm 的疊合板於梁柱交會區來加強此處的強 度,控制再次試驗時,接頭的塑性變形能在梁或削切蓋板上產生,試體由 位移角 0.01 弧度開始重新試驗一次,在反覆載重加載至位移角 0.06 弧度時 發現梁翼板與腹板有局部挫屈情形,為梁的側向扭轉挫屈所致,梁持續扭 轉挫屈至上側削切蓋板突然斷裂而停止試驗,實驗結果與設計預期的破壞 模式不同。

試體 BFP 08 的試驗結果可歸納如下:(1) 侷限塑鉸於削切蓋板上產生 有其困難度,由實驗結果可知削切蓋板上的非彈性行為非常複雜,其中包 含了削切處的降伏與螺栓孔周圍之承壓降伏,且當削切蓋板之變形至應變 硬化階段時,板的強度會再次提升,造成塑性鉸不易在削切蓋板上產生,

使得接頭於梁發展另外的塑鉸機制,一但塑性鉸於梁產生,則梁翼板與腹 板會有局部挫屈的情形。(2) 試體 BFP 08 試驗結果證明了削切蓋板的應變 硬化行為確實會影響到接頭整體的彎矩與位移關係,若要侷限塑性鉸於削 切蓋板上產生,則削切的斷面尺寸必須以鋼材的極限強度做設計。