第五章 柱軸向有限元素分析
第五節 材料分析模型之探討
利 用 鋼 板 及 混 凝 土 基 本 材 料 試 驗 數 據（ 表 4.1及表 4.2），並使用 第 四 章 介 紹 的 分 析 模 型，與 本 計 畫 之 實 驗 結 果 作 比 較，針 對 不 同 種 類
研 究 其 對 柱 軸 力 行 為 的 影 響 ， 未 來 也 可 用 以 進 行 撓 曲 行 為 的 探 討 。 一 、 A A 系 列
AA-48（AA-48-1）、AA-40、AA-32 及 AA-24 之軸力-應變曲線 圖 如 圖 6.18至圖 6.22所示；每個圖號包含二個圖，二個圖的差別在於 左 側 圖 使 用 Sakino 提出之εc0公 式（εc0係 混 凝 土 應 力-應變曲線中 f ′ 對c 應 之 應 變 ），右 側 圖 則 直 接 使 用 材 料 試 驗εc0之 數 據，對 於 AA 系列之 結 果 差 別 不 大，可 看 出 除 了B t為 24 之試體其曲線趨勢稍有不同，其 餘 皆 可 大 致 合 理 模 擬，而B t為 24 之試體不合理，推測係因為混凝土 圍 束 效 果 可 能 不 如 分 析 模 型 預 期 得 那 麼 好 。
二 、 A B 系 列
AB-48、AB-40、AB-32 及 AB-24 之軸力-應變曲線圖如圖 6.23至 圖 6.26所示；可看出 AB 系列直接使用材料試驗εc0之 數 據 （ 右 側 圖 ） 可 使 分 析 模 型 更 合 理；相 同 地，除 了B t為 24 之試體其曲線趨勢稍有 不 同，其 餘 皆 可 大 致 模 擬 合 理，而B t為 24 之試體不合理，推測也係 因 為 混 凝 土 圍 束 效 果 可 能 不 如 分 析 模 型 預 期 得 那 麼 好 。
三 、 A O 系 列
利 用 Sakino 提出的空鋼管分析曲線，比較 AO 系列之試驗結果如 圖 6.27所示，可看出此分析模型也可適用於純箱型柱，惟 AO 系列之 行 為 表 現 仍 比 分 析 模 型 預 期 差 一 些，推 測 可 能 係 因 為 箱 型 柱 乃 由 四 片 鋼 板 全 滲 透 銲 銲 接 而 成 ， 銲 接 產 生 之 殘 留 應 力 會 稍 微 降 低 其 強 度 表 現 。
第 六 節
規 範 條 文 適 用 性 評 估本 研 究 使 用 標 稱 降 伏 強 度 3.5tf cm2 之 鋼 板 製 作 箱 型 柱 ， 以 下 討 論 皆 基 於 此 條 件 。
由 AA 系列試驗結果與討論，可發現使用 6000psi 強度混凝土製 作 CFBC 短柱，使用規範建議之Pn0 = AsFy +0.85Acfc′可 合 理 估 計 CFBC 其 強 度 。 另 外 規 範 建 議B t不 宜 大 於 42（ 3Es Fys ， 附 錄 三 ） ， 似 乎 偏 不 保 守 ， 試 驗 結 果 顯 示 混 凝 土 強 度 為 6000psi 之 CFBC 短柱要有良 好 之 韌 性 ，B t限 制 應 介 於 32 至 40 之間。
由 AB 系列試驗結果與討論，可發現使用 10000psi 高強度混凝土 製 作 CFBC 短柱，以現行規範公式Pn0 = AsFy +0.85Acfc′計 算 強 度 稍 微 不 保 守，若 改 採Pn0h = AsFy +0.8Acfc′，則 可 合 理 預 估 且 偏 保 守。試 驗結 果 顯 示 混 凝 土 強 度 為 10000psi 之 CFBC 短柱要有良好之韌性，B t限 制 應 介 於 24 至 32 之間。
有 關 規 範 對B t之 限 制 ， 由 試 驗 結 果 已 知 其 範 圍 應 在 32 至 40
（6000psi）或 24 至 32（10000psi）之間。但若要有更明確的判斷，
應 繼 續 相 關 之 研 究 。
由 TAA 系列試驗結果與討論，可發現B t為 48、使用混凝土強度 為 6000psi 之 CFBC 短柱使用圍束繫桿，S B不 大 於 0.4 才可有效發展 出 韌 性；由 TAB 系列試驗結果與討論，可發現B t為 48、混凝土強度 為 10000psi 之 CFBC 短柱構件使用圍束繫桿，於S B不 大 於 0.2 時，
可 以 有 效 發 展 出 良 好 之 韌 性 。
試 體 Fya f'ca Pn0 Pmax KAA-24-2 3.65 0.44 1458 1567 1.07 21.32 KAA-40-4 3.86 0.44 1758 1618 0.92 12.19 KAA-24-4 3.65 0.44 1458 1563 1.07 19.25 KAA-40-4-ST 3.86 0.44 1758 1681 0.96 10.59
AA-48
70%
0
AB-32
AO-32
0 0.015 0.03 0.045 0.06 0.075 0.09 Axial Strain
圖 6.10 KAA-40-2、KAA-40-4 及 KAA-40-4-ST 之軸力-應變曲線圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
AA-24
圖 6.11 KAA-24-2、KAA-24-4 及 KAA-24-4-ST 之軸力-應變曲線圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
AA-48
AB-48 6/10
AB-48
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
Force (kN)
圖 6.18 AA-48 試驗與分析模型軸力-應變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
Concrete
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0 .020 0.030 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
Force (kN)
圖 6.21 AA-32 試驗與分析模型軸力-應變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
Concrete
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
Force (kN)
圖 6.24 AB-40 試驗與分析模型軸力-應變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
Co ncrete
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
0.000 0.010 0.020 0.0 30 0.040 0.050 0.060 Strain (%)
Force (kN)
圖 6.26 AB-24 試驗與分析模型軸力-應變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 6.27 AO 系列試驗數據與 Sakino 分析模型預測曲線比較圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.1 AA-48 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.2 AA-48-1 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.3 AA-40 試體最終照片
照 片 6.4 AA-32 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.5 AA-24 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.6 AA-24 試體於 57mm 位移時箱型柱突然開裂嚴重
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.7 AB-48 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.8 AB-40 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.9 AB-32 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.10 AB-24 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.11 AO-48 試體最終照片
照 片 6.12 AO-40 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.13 AO-32 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.14 AO-24 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.15 KAA-40-2 試體最終照片
照 片 6.16 KAA-40-4 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.17 KAA-40-4-ST 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.18 KAA-24-2 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.19 KAA-24-4 試體最終照片
照 片 6.20 KAA-24-4-ST 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.21 TAA-48-2/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.22 TAA-48-3/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.23 TAA-48-4/10 試體最終照片
照 片 6.24 TAA-48-5/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.25 TAA-48-6/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.26 TAB-48-2/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 6.27 TAB-48-4/10 試體最終照片
照 片 6.28 TAB-48-6/10 試體最終照片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）