第二章 鋼骨鋼筋混凝土柱與梁柱試驗
2.4 試驗裝置與步驟
2.4.3 試驗程序
SRC 短柱軸向強度試驗程序簡述如下：
(1) 將墊高試體之鋼板固定於施載位置中心。
(2) 將試體放置定位，並在上下兩端以石膏蓋平。
(3) 在試體上下端板以螺栓固定，以防止試體破壞時發生危險。
(4) 進行試驗至位移達 22mm 時停止。
SRC 梁柱軸力-彎距試驗程序簡述如下：
(1) 組裝鉸輥支承鋼鈑與柱試體。
(2) 安裝 SRC 柱試體，將油壓致動器與加載設置固定於試體中心。於試體表面 塗上白色水泥漆，以觀察裂縫發展情形。
(3) 安裝、架設量測儀器，由資料擷取系統來確定各個量測儀器是否正常。
(4) 安裝軸向高張力螺桿，以 2000KN 之油壓千斤頂，施加各試體所需要的固定 軸力。
(5) 對試體進行預壓測試，以確定試驗裝置與量測儀器無誤。
(6) 啟動油壓致動器，以行程控制施加水平力，並由資料擷取系統同步讀取實驗 數據。
(7) 試驗過程觀察 SRC 試體表面裂縫與混凝土的剝落情形，同時藉由 MTS 控制 系統觀察試體位移的變化。試體的強度急遽下降時，則停止試驗進行。
第三章 試驗結果與討論
為方便描述試體破壞行為，定義正彎矩方向為正 X 向彎矩作用於斷面上。
3.1 試體一般破壞行為
(一) 鋼骨鋼筋混凝土短柱試驗
鋼骨鋼筋混凝土短柱試驗觀測一般破壞行為如下所述。試驗開始之後，試體 先有一段頗為線性之行為，之後則顯現出非線性之關係。隨著試驗機千斤頂之位 移量的增加，試體四面逐漸產生細小裂縫，當輸出軸力達試體極限載重時，在試 體一半高度，試體靠邊緣處逐漸產生可目視之垂直裂縫。隨著位移量之增加裂縫 則向上下延伸與擴展。之後，裂縫之間的混凝土保護層逐漸地被向外推擠出來，
直至整塊混凝土保護層剝落。此時，可以觀察到主筋已經挫屈。當主筋之挫屈變 形量不斷地增加，以及圍束混凝土受軸力作用而向外擠壓，受拉力的箍筋錨錠端 會被拉開，造成主筋更大的挫屈變形量而形成缺口。此時被箍筋所圍束的混凝 土，會有不同程度的剝落，隨著圍束混凝土的剝落，可以觀察到已經挫屈的鋼骨 翼板。試體載重-位移曲線與各部位載重-應變關係圖，詳見圖 3.1~3.6。試體主筋 在應變約達-0.0017 時進入降伏階段，隨應變增加而有應變硬化的趨勢。鋼骨在 應變約達-0.002 進入降伏階段，隨應變增加也產生應變硬化的現象。各試體極限 值皆發生於位移約達 5mm，此時全長應變約為-0.005。試體破壞情形見照片 3.1~3.5。
(二) 鋼骨鋼筋混凝土梁柱試驗
從鋼骨鋼筋混凝土梁柱構材試驗過程的記錄與觀察，其一般破壞行為如下。
受到正彎矩與 0.2Pn 軸力作用的試體，拉力側的裂縫產生處約位於箍筋的位置 處，其成長速度快。依各試體不同參數的影響，在試體達到極限彎矩強度後，側 向力下降的速率有所不同。隨試驗機位移的持續增加，箍筋與鋼骨對混凝土的圍
束效應發生作用，側向力的下降速度變的較為緩慢；壓力區主筋多半在混凝土保 護層脫落後產生挫屈的現象。受到正彎矩與 0.4Pn軸力作用的試體，拉力裂縫成 長的情形與上述大致相同，極限強度較 0.2Pn軸力作用時之試體為高。在壓力區 混凝土碎裂後力量下降的速度也相對較快；壓力區主筋在混凝土保護層脫落後產 生挫屈的現象。受到負彎矩作用的試體，拉力側的裂縫成長的速度都很緩慢，且 開裂長度都很短，此乃因鋼骨多半集中於拉力側所致。當壓力區混凝土發生碎 裂，側向力產生急遽下降的現象，尤其是偏心量高之試體，力量下降得更為迅速。
試體載重-位移曲線、各部位載重-應變曲線與斷面位置-應變關係圖，詳見圖 3.7~3.20。鋼骨、鋼筋與箍筋之載重-應變關係圖中，因軸壓力作用使得在施加側 向力時即有一應變值產生。受壓側主筋與鋼骨在應變約達-0.0015 時進入降伏階 段，且隨應變增加有應變硬化的現象。試體破壞情形見照片 3.6~3.18。
3.2 試體破壞行為之比較
(1) CL-TE、CL-TO、CL-HO 分別代表鋼骨含量 3.2%下，偏心、不具偏心 T 字 型鋼骨與不具偏心之十字型鋼骨試體。從圖 3.1 至圖 3.3 之(A)圖可以發現，
三試體之極限強度值幾乎相同。在極限破壞後剩餘強度的表現上，以試體編 號 CL-TO 表現較為良好，但其差異不大。從圖 3.1 至圖 3.3 之(B)圖可以看 出，除了試體 CL-TE 在一開始因為偏心的影響，在加載初期試體北側有承 受拉力的現象，但隨後即為受軸壓作用影響之外，各試體在南北兩側載重-試體中間 60cm 位移關係圖上的斜率幾乎相同，顯示試體並無因鋼骨偏心而 產生彎曲的現象。
相同的，CH-TE、CH-TO、CH-HO 則分別代表鋼骨含量 5.54%下，偏 心、不具偏心 T 字型鋼骨與不具偏心之十字型鋼骨試體，三試體的極限強 度值與破壞後剩餘強度的表現上均十分接近；三試體南北兩側載重-試體中 間 60cm 位移關係圖詳見圖 3.4 至圖 3.6 之(B)圖，從圖中可以發現試體也沒
有因為偏心而出現彎曲的情形。
(2) 為了解 SRC 短柱極限破壞時各材質受力分布之情形，以 Kent-Park 的混凝土 應力-應變曲線模擬試體混凝土的受力狀態。假設試體斷面受力均勻，將各 材料產生極限應變時之應力與其面積相乘，以此分析模式，混凝土、鋼筋與 鋼骨在達極限應變時之應力分別為 'c
f 、F 與yr F ，所得結果並與極限值相比s 較，可得試體材質受力分布情形如表 3.1。從表中可以發現，不論是鋼骨的 含量高低、型式與偏心距的有無，混凝土幾乎提供了約總軸力 60%的軸力；
鋼骨的部分乃隨鋼骨量的提高，提供的軸力從 28%~35%不等；至於鋼筋所 提供的軸力約略佔總軸力的 10%。
(3) 觀察試體 BL-TE-P2P 與 BL-TE-P4P，兩者為鋼骨含量 3.2%之 T 字型偏心鋼 骨，分別承受 0.2Pn與 0.4Pn的軸力與正彎矩作用。從圖 3.7 與 3.9 之(A)圖可 以發現，高軸力作用下，因偏心的影響，將使 SRC 試體在加載前先行承受 了 P×e 的負向彎矩(其中 P 表示試體所受的軸力、e 表示鋼骨的偏心距)，因 此高軸力作用下的試體能承受較高的極限彎矩值。但是在極限破壞後，也因 為高軸力作用使 P-Δ效應增大，以致高軸力作用的試體在極限破壞後剩餘 強 度 的 表 現 極 差 。 相 同 的 情 形 也 出 現 在 試 體 編 號 BH-TE-P2P 與 BH-TE-P4P，使的承受高軸力作用之試體有較高的極限彎矩值，但其在剩餘 強度的表現則較差。
(4) 試體 BL-TE-P2N 與 BL-TE-P4N 為鋼骨含量 3.2%之 T 字型偏心鋼骨，分別 承受 0.2Pn與 0.4Pn的軸力與負彎矩作用。從圖 3.8 與 3.10 之(A)圖可以發現，
高軸力作用下，因偏心的影響，將使 SRC 試體在加載前先行承受了 P×e 的 負向彎矩，因此較低軸力作用下的試體能承受較高的極限彎矩值。在極限破 壞後，也因為高軸力作用使 P-Δ效應增大，以致高軸力作用的試體在極限 破壞後剩餘強度的表現極差，且因鋼骨偏心的影響，使斷面鋼骨多集中於受
拉側，更使的高軸力作用下的試體在極限破壞後強度驟降。相同的情形也出 現在試體編號 BH-TE-P2N 與 BH-TE-P4N，使的承受較低軸力比之試體有較 高的極限彎矩值與較良好剩餘強度。
(5) BL-TE-P2P、BL-TO-P2P 與 BL-TE-P2N、BL-TO-P2N 分別為鋼骨含量 3.2%
之 T 字型偏心與無偏心鋼骨，承受 0.2Pn軸力與正、負彎矩作用之試體。偏 心量的有無將影響 SRC 構材的斷面配置，也相對影響試體極限彎矩強度與 剩餘強度的表現，其結果將隨斷面配置而有所不同，從圖 3.7 與 3.8 之(A) 圖、圖 3.11 與 3.12 之(A)圖可以觀察其差異性，但一般歸納而言，不具偏心 之試體擁有較良好的極限彎矩強度；相同的情形也出現在 BH-TE-P2P、
BH-TO-P2P 與 BH-TE-P2N、BH-TO-P2N。
(6) 試體編號 BL-TO-P2P、BL-TO-P2N、BL-HO-P2 為鋼骨含量 3.2%之 T 字型 與十字型不具偏心之鋼骨，承受 0.2Pn軸力與正、負彎矩作用。鋼骨型式的 不同將影響 SRC 構材斷面的配置與其剩餘強度表現，一般歸納而言，T 字 型不具偏心之鋼骨斷面，擁有較佳的極限彎矩強度與剩餘強度表現。相同的 情形也出現在鋼骨含量較高的試體 BH-TO-P2P、BH-TO-P2N、BH-HO-P2。
(7) 從試驗擷取的鋼骨與鋼筋之應變，依其所在斷面位置以線性回歸可求得各試 體達極限彎矩強度時的中性軸位置，詳見表 3.2。比較 BL-TE-P2P、BL-TE-P4P 與 BL-TE-P2N、BL-TE-P4N 可以發現，當軸力比升高，試體破壞時的中性 軸將向拉力緣靠近。比較 BL-TO-P2P、BL-TO-P2N、BL-HO-P2 可以發現，
鋼骨型式的不同在鋼骨含量較低時，其對試體破壞時中性軸位置的變化影響 不大。至於鋼骨含量較高的試體，由於應變計資料的不足，無法回歸出所有 試體的中性軸位置，因而無法比較參數對試體破壞時中性軸位置變化的影 響。
3.3 試體參數變化對極限彎矩強度之影響
第一部份：SRC 柱單軸向載重試驗
此部份試體編號為 CL 與 CH 系列，旨在於探討不同斷面型式(T 字型與十字 型)、不同鋼骨斷面比(3.2%與 5.54%)及鋼骨本身非對稱斷面所造成之偏心量對 SRC 柱軸力的影響，試驗值並與美國 ACI、日本 AIJ(GSM)、BIAX 理論值與內 政部建築研究所，民國 86 年之專題研究計劃「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與 解說研究」中所建議的預測值做比較。
鋼骨鋼筋混凝土短柱軸向強度之試驗規畫，以鋼骨含量、偏心距與斷面形式 作為變數，從試驗結果的數據顯示，在相同鋼骨含量下，偏心距與鋼骨斷面的形 式對軸向極限強度之影響甚小。根據量測儀器與資料擷取系統所擷取的資料，可 以求得各試體的極限載重值，詳見表 3.3。試體之軸力－軸向變形全長曲線如圖 3.21 所示。於極限載重時柱中間 60cm 長度之平均軸向應變約-0.002，軸力-中間 60cm 長度軸向變形曲線如圖 3.1 至圖 3.6 之(B)圖。
鋼骨鋼筋混凝土短柱軸向強度之試驗規畫，以鋼骨含量、偏心距與斷面形式 作為變數，從試驗結果的數據顯示，在相同鋼骨含量下，偏心距與鋼骨斷面的形 式對軸向極限強度之影響甚小。根據量測儀器與資料擷取系統所擷取的資料，可 以求得各試體的極限載重值，詳見表 3.3。試體之軸力－軸向變形全長曲線如圖 3.21 所示。於極限載重時柱中間 60cm 長度之平均軸向應變約-0.002，軸力-中間 60cm 長度軸向變形曲線如圖 3.1 至圖 3.6 之(B)圖。