文獻回顧

北嶺地震後，為了讓傳統梁柱接頭之韌性與耐震消能之行為能獲 得改善，工程界對於梁柱接頭之改良提出了許多方法，其中一種即為 切削減弱式梁柱接頭。Plumier(1992)最先提出切削減弱式接頭之概 念，其切削形式包含了於翼鈑進行均勻切削以及在翼版進鑽孔減弱，

藉由切削與減弱來降低此處的彎矩強度，讓切削減弱區域於外力加載 時先達到降伏，使得塑性鉸之位置能遠離梁柱接頭以避開銲接的熱影 響區之影響，來穩定發展耐震消能之能力。Plumier 教授所提出的兩種 切削減弱形式，前者切削區乃屬單點降伏之形式，故有許多切削區域 未由良好的降伏現象產生，也說明不必要的切削對於塑性消能並無正 面的貢獻，後者則由於設計施工不易以及力學行為不好掌控，在工程 界較少採用。以切削減弱的概念為出發點，所發展出的圓弧切削接頭 以及高韌性接頭則是目前兩種常見的切削減弱式接頭形式。圓弧切削 接頭由 Popov 教授與 Engelhardt 教授所提出，將原本 Plumier 教授所提 出的翼鈑進行均勻切削改成圓弧形式，塑性鉸之發展與均勻切削類 似，由單點進入降伏後，其餘切削斷面也慢慢的開始進入降伏。

第一章緒論

切削試體當中，一組為 Plumier 教授所提出之翼鈑均勻切削形式，其餘 四組則為圓弧切削形式，試驗結果發現翼鈑均勻切削之接頭之塑性轉 角僅為 0.02 弧度，無法達到規範所要求之 0.03 弧度，而四組圓弧切削 接頭皆達到規範所要求的 0.03 弧度，顯示出圓弧切削接頭之韌性明顯 優於翼鈑均勻切削之接頭。該文獻中說明了圓弧切削接頭的設計方 式，建議切削起始位置 a 為 0.5~0.75 倍之梁寬，切削目標區 b 之建議 值則為 0.65~0.85 倍之梁深。Popov (1996)對五組實尺寸試體進行試 驗，其中三組為蓋板補強式接頭，兩組為蓋板加圓弧切削，結果顯示 三組蓋板補強試體中，有一組試體無法達到規範所要求的 0.03 弧度之 塑性轉角，而兩組含有切削形式之試體塑性轉角皆超過 0.03 弧度，但 在強度方面兩組含有切削之試體較三組蓋板補強式試體來的低，顯示 出蓋板補強對於梁柱接頭強度有提升之效果。陳宣維(1999)針對四組 實尺寸圓弧切削接頭進行試驗，探討圓弧切削接頭之極限彎矩強度與 韌性，結果顯示圓弧切削接頭擁有優良的極限彎矩強度與韌性，並提 供圓弧切削接頭之設計流程與施工細節，以提供土木工程界作為設計 參考。有別於翼鈑均勻切削接頭與圓弧切削接頭，由台灣科技大學陳 生金教授所提出的高韌性接頭，將彎矩梯度納入切削設計中作為考 量，依照彎矩梯度來進行切削。相較於前兩種切削接頭之塑性鉸為單

點形成，高韌性接頭可產生切削區大範圍的降伏，相關文獻中的試驗 結果也驗證高韌性接頭優異的韌性消能能力。葉禎輝(1993)文中考慮 到梁柱接頭的行為特性對剛結構之耐震能力有很大的影響，然而傳統 梁柱接頭可能會受到施工的影響，使得接頭受到脆性破壞。因此，文 中依據梁受力所產生的彎矩分佈，對翼鈑進行切割處理，發展出一種 具有較佳消能之梁柱接頭，就是所謂的高韌性接頭，這也是高韌性切 削之概念首次提出，文中並配合有限元素分析以及實尺寸接頭試驗，

來做設計以及改良之比較。朱志民(1993)文中則將高韌性接頭套入縮 小尺寸的鋼骨抗彎構架當中，進行結構模型震動台，結果顯示，當樓 層位移達到千分之三十時，高韌性接頭仍未達到破壞，其優異之韌性 消能性能遠超過傳統的梁柱接頭。周作隆(1995)則建立的高韌性接頭 的設計準則，以供土木工程界作為參考，結果顯示，高韌性接頭之韌 性可達耐震需求之兩倍，彎矩強度可達標稱塑性彎矩之 1.2 倍以上。曹 宜政(1996)探討澆置混凝土樓板之鋼骨抗彎構架於地震受損後，僅能 以切削來進行補強，文中利用非線性動力分析探討此種構架行為模 式，並研究高韌性接頭於此種構架之最佳設置位置。王存偉(2000)針 對三種不同設計方式的切削接頭，其中兩組為圓弧切削接頭，一組則 為高韌性接頭，以有限元素法來分析不同的切削設計方式於不同梁長

第一章緒論

與切削範圍下，切削減弱式梁柱接頭之行為模式，結果顯示高韌性接 頭之降伏範圍較圓弧切削接頭來的寬大，且保有甚佳的挫屈強度，而 圓弧切削接頭在切削量過大時會使得挫屈強度嚴重降低，文中也提供 一套簡化的分析模式來分析切削接頭之行為。

鋼結構擁有許多優點，像是韌性佳以及耐震消能之能力強等等，

但鋼結構在受到高溫作用之下，鋼材的材料強度卻會迅速的折減，導 致整體結構軟化而造成種種破壞。鋼結構在高溫環境下之研究，由於 實尺寸結構試驗受制於設備之緣故，使得這方面的探討往往先針對柱 或者是梁等單一構件進行研究。Rubert 與 Schaumann (1986)針對簡支 梁進行高溫試驗，其研究參數設定為不同細長比的梁斷面以及不同載 重率，試驗中採用了不同升溫曲線，探討梁在高溫下結構之撓度變化。

Iu 與 Chan (2004)及連寬宏(2006)則再延續 Rubert 與 Schaumann (1986) 之研究，配合 ECCS (1983)、Eurocode-1 (1995)與 Eurocode-3 (1995) 等不同規範建議之材料參數，來進行試驗與數值分析之比較。但單一 構件無法將整體結構之連續性與束制行為完整表現，因此，複合結構 之高溫行為研究也於近年來開始進行。Liu 等人(1996)以有限元素法 來模擬實尺寸試驗，試驗考量了像是材料的可塑性、溫度所造成之效 應、斷面受熱的非線性膨脹以及結構於高溫環境下之大變形等。Bailey

等人(1996,2007)於升溫作用與冷卻效應之考量下進行火害實驗，並建 立試體之受力與梁端垂直變位關係之模擬，以評估火害後鋼結構的補 救及能夠同時預測火害後結構的殘餘應力與位移考量，並配合先前發 生過的真實火災案例，配合簡易設計法則來做評估考量。Jowsey 等人 (2002)利用火災動態模擬裝置（FDS）的流體動力計算程式與 ABAQUS 有限元素模型來模擬鋼結構於高溫下之行為，探討鋼結構於實際火災 之行為模式。由於鋼材之材料性質擁有地域性，無法將國外研究結果 套入國內做應用，有鑑於此，國內內政部建築研究所針對 H 型梁-H 型 柱之梁柱接頭，以定溫加載與定載加溫方式，進行裸鋼與防火被覆於 高溫環境下之載重實驗(2005)。