文獻回顧

北嶺地震後國內外對於提高鋼結構梁柱接頭之韌性研究已有 一段時間，主要研究方向是確保梁柱接頭能產生塑性變形來消散 地震力；作法為使塑性鉸發生位置遠離梁柱交界面，避免因為銲 接熱影響區和幾何不連續面等因素，使得接頭無法發揮韌性消能 的能力。近期對於韌性抗彎矩梁柱接頭之改良，主要有切削減弱 式接頭 (林昆德 1996；Chen et al. 1996；Plumier 1997；Engelhardt et al. 1998) 與補強型式接頭 (Uang et al. 1998；Engelhardt and Sabol 1998；Kim et al. 2002；Lee 2002；Chen et al. 2005b)，簡述 如下。

一、切削減弱式接頭

切削式接頭

切削式梁柱接頭之設計原理，係利用梁翼板的切削使塑性鉸 形成於梁上而遠離梁柱交界面，梁翼板之切削型式有梯度切削 (Chen et al. 1996) 、 平 行 切 削 (Plumier 1997) 與 圓 弧 切 削 (Engelhardt et al. 1998；FEMA 2000) ，接頭型式如圖 2-1 到圖 2-3 所示。Chen et al. (1996) 所提出高性能切削式抗彎矩梁柱接頭，以 彎矩梯度作為切削斷面的標準，在約一倍梁深的範圍內，將部份

具協力桿件鋼骨梁柱接頭耐震性能之研究

梁翼切除形成漸變斷面，製造一整體性之消能區域，彎矩梯度切 削試體，皆於極限狀態下因梁腹扇形開孔開裂導致破壞；整體而 言韌性表現相當穩定。切削式接頭優點為設計簡單，施工容易，

對於已興建完成建築物之韌性改良，施工亦便利。但由於翼板之 切削，減少了梁翼之斷面寬度，故切削後構架與未切削構架在相 同抗彎矩強度下比較，切削式接頭之勁度較傳統梁柱接頭之勁度 略為降低。

鑽孔式接頭

圖 2-4 為鑽孔式梁柱接頭示意圖。鑽孔式接頭與切削式接頭 的改良原理相同，不同之處在於削減梁翼斷面積的方式，鑽孔式 接頭其減少面積的方式是分散的，而切削式接頭是連續集中。林 昆德 (1996) 發現鑽孔的孔數、孔徑與間距會影響接頭強度與勁 度，應力傳遞複雜；且尚無設計規則可依據，故大多以有限元素 法來分析。由實驗結果發現鑽孔量越大，柱面應力下降的比例越 明顯，但若梁翼全滲透銲之銲道品質不良，則鑽孔式接頭將無法 發揮預期的韌性能力。

二、補強式接頭

補強式梁柱接頭設計原理，乃藉由提高梁柱接頭區之梁斷面 慣性矩與塑性模數，即提高梁柱交接面彎矩容量，使塑性鉸遠離 梁柱交界面之銲道及螺栓，而達塑性消能效果。

第二章 梁柱接頭之改良

蓋板補強式接頭

圖 2-5 為蓋板補強式接頭示意圖。蓋板式補強接頭是將鋼板 銲接於梁之上下翼板，以增加接頭區梁翼板之厚度，提高該處之 彎矩容量，迫使塑性鉸之位置離開梁柱交界面。Engelhardt and Sabol (1998) 將蓋板依幾何形狀不同分為三角形上下蓋板補強與 三角形上蓋板矩形下蓋板，由於三角形蓋板有較佳之應力傳遞行 為。為避免工地仰銲之品質不良，可採用三角形上蓋板與矩形下 蓋板，先於工廠銲接於柱上，至工地再與梁以填角銲接合。試體 之塑性轉角可達3%弧度以上。

水平擴座補強式接頭

水平擴座補強接頭之補強原理與蓋板相同，以銲接的方式在 梁翼兩側加銲擴座板，增加梁翼板之寬度及塑性模數，使塑性鉸 外移，並減緩梁端與柱面交接處之撓曲應力集中於梁翼兩側之現 象。水平翼板增大了與柱翼板之接續面積，降低梁柱間銲道之撓 曲應力，減低銲道破壞之機會。陳嘉有 (1995) 研究水平擴座式接 頭型式如圖 2-6 所示，平均之塑性轉角可達 2.7%弧度；試體於補 強段終點梁斷面強度變化較大處產生局部破裂，顯示此處易造成 梁翼之應力集中。

肋板補強式接頭

未補強之梁柱接頭，扇形開孔處由於幾何不連續以及銲接熱

具協力桿件鋼骨梁柱接頭耐震性能之研究

影響區域之所在，因此常在該處發生初始裂縫進而破壞。肋板補 強型式如圖2.7 所示，一般為雙肋板，其配置為梁上下翼板各加銲 兩塊三角形之垂直加勁板，將梁預期產生之塑性鉸移至肋板補強 區外。另外，Anderson and Duan (1998) 採用單肋板型式接頭，乃 是梁上下翼板沿梁中心線各加銲一塊三角形肋板。雙肋板所在之 平面並無對應之梁腹板與柱腹板，而單肋板與梁腹、柱腹皆在同 一平面；就力量傳遞機制而言單肋板之配置不僅較能將力量平順 地導入柱腹板，且對於改善梁翼扇形開孔處之應力集中現象亦較 雙肋板來得直接有效。

Chen et al. (2004) 研究加長型單肋板改良接頭型式如圖 2-7 所示。單肋板補強可分為主要補強段、圓弧段與延長段三部分，

主要補強段可降低扇形開孔與梁翼全滲透銲銲道處之應力，並使 塑性鉸產生於圓弧末端已離開梁柱交界面；圓弧部分連接於延長 段，使應力能平順的導入肋板；延長段部分可減低肋板末端之應 力集中問題。