柱構材反復載重試驗結果之討論

基座轉動修正量

四、柱構材反復載重試驗結果之討論

本章討論之主軸以柱構材於塑鉸區續接以及續接型式對於柱構材遲滯行為之影響，並針對試驗結果比較各試體間之差異，以下分就數點進行討論。

4.1 強度發展與勁度變化

前一章之試驗結果得到之遲滯迴圈，乃是進行反復載重以模擬柱構材真實受力模式所得到之結果，為了比較各試體之結構行為，將試體每一迴圈之最大載重與位移整理出來，並進一步之整理，以得到試體之正規化軀幹曲線(Skelton Curve)，如圖 4-1 所示，但是由於基座固定效果不好，導致正方向位移與負方向位移之最大載重相差過大，所以做進一步比較之前，須將各試體調整到同一基準上。

為了方便比較，將試體分成兩群，R-Y1、L1-Y1、L1-Y2、L1-Y3 與 R-Y1、L1-Y3、L2-Y3、L1/2-Y3，以下討論之繪圖，均以此區分。 4.1.1 平均正規化載重 -位移曲線

檢視各試體之細部配筋與試驗過程，認為試體逾正負方向之強度應為相近，為了在同一個基準上，比較各試體之結構行為，故將正方向與負方向位移最大載重之中點，作為載重之原點，得到正負兩個方向之正規化載重 -位移關係，再將兩條曲線取平均，得到一條代表該試體之平均正規化載重-位移關係曲線，如圖 4-2 所示，以上之調整過程見圖 4-3 所示。

圖 4-2 上方為第一群試體，由圖中可知，強度方面以 L1-Y1 最高，

再來為 L1-Y2、L1-Y3、R-Y1，韌性方面主筋有續接之 L1-Y1 在韌性方面比 R-Y1 好，L1-Y2 又比 L1-Y1 與 L1-Y3 好，所以由此可知，主筋有續接之試體在強度與韌性方面均優於未續接試體。

圖 4-2 下方為第二群試體，強度之比較上以 L2-Y3 最高，再來為 L1/2-Y3、 L1-Y3、 R-Y1，韌性方面 L1/2-Y3 與 R-Y1 相近，再來為 L1-Y3、L2-Y3。續接位置之比較上，續接於塑鉸區 (L1-Y3)強度較低，韌性較好；續接型式之比較上，隔根錯開續接強度比同平面續接稍低，韌性較好。

4.1.2 強度衰減 (Decay)

四、柱構材反復載重試驗結果之討論

由於試體承受反復載重，同一位移下第二迴圈之強度會比第一迴圈小，此現象即為強度衰減 (Decay)，將每一層間位移角之第二迴圈與第一迴圈最高強度之比值與層間位移角(Drift Ratio)作圖，以觀察各試體之強度衰減

=第二迴圈最大載重強度衰減第一迴圈最大載重

如圖 4-4 所示。由於試驗過程與整理數據時，已經發現基座固定效果不佳，第二迴圈與第一迴圈之位移，已不能視為相同，所以此部分之結果僅供參考，不做進一步討論。

4.1.3 勁度變化

將每個層間位移角 (Drift Ratio)第一個迴圈最大載重與位移相除得到之勁度與層間位移角 (Drift Ratio)作圖，得到第一個迴圈試體之勁度變化，如下所示，將各試體於試驗過程中之勁度變化作圖，如圖 4-5 所示。

=第一個迴圈正向最大載重勁度第一個迴圈正向最大位移

圖 4-5 中可以清楚看出在小位移時，所有試體之勁度隨位移而變小，大位移勁度減小趨緩，因為試體一開始隨混凝土之劣化而勁度減小，直到層間位移角大於 1%後，主筋降伏與混凝土劣化加上軸力隨層間位移角增大而上升，勁度快速下降，試驗後期混凝土已經嚴重碎裂剝落，勁度減少之趨勢因而趨緩。

4.1.4 勁度衰減

仿照強度衰減之作法求出，試體在同一位移下之第二迴圈與第一迴圈之勁度比值

=第二迴圈勁度勁度衰減第一迴圈勁度

如圖 4-6 所示；在之前強度衰減之部分因為基座固定效果不佳，

導致第一迴圈與第二迴圈之位移相差甚多而無法就其強度衰減部分討論，但是勁度不受其影響，故勁度衰減應該可以進行討論。

觀察圖 4-6，各試體之第二迴圈勁度大致維持第一迴圈之 90%以

-34-上，隨著位移增大，曲線維持上下微幅波動，其原因為試體混凝土於試驗過程中，持續開裂造成勁度下降，而當位移繼續增大到層間位移角 (Drift Ratio)5%左右，勁度有微幅往上升之趨勢，因為在勁度上升之時混凝土已經嚴重開裂故第二迴圈與第一迴圈之勁度反而相近，之後便隨位移增加而下降，直到破壞。

關於各試體間之勁度衰減，由圖中並無觀察出明顯差異，表示續接器之存在、續接位置、續接型式及續接器兩端鋼筋之降伏強度對於勁度衰減並無明顯影響。

4.2 消能行為與殘留位移

4.2.1 消能容量

將試驗過程中每一個迴圈之消散能量累加，得到累積消散能量，

以了解試驗過程中試體消散能量之行為，如圖 4-7 所示，由上方圖形顯示 L1-Y2 最高，再來為 L1Y1、L1-Y3、R-Y1，表示主筋續接後消能容量較高；續接器兩端鋼筋降伏強度不同， L1-Y2 高於 L1-Y1，但是 L1-Y3 卻又小於 L1-Y2，顯示上端降伏強度稍高，可以提升消能容量，上端降伏強度太高，反而消能容量有下降之趨勢，但是仍高於兩端降伏強度相同者。

圖 4-7 下方圖形顯示 L1-Y3 最高，再來是 L1/2-Y3、L2-Y3、R-Y1，

表示不論試體鋼筋續接型式與續接位置為何，消能容量均大於未續接試體，而 L1-Y3、L1/2-Y3、L2-Y3 三者之比較上，顯示續接器位於塑鉸區，有助於提高試體消能容量。

4.2.2 殘留位移

將試驗過程中之載重為 0 時對應之位移，即殘留位移，如圖 4-8 所示，由圖 4-8 可以明顯看出所有試體於層間位移角(Drift Ratio)1%以前殘留位移都很小，因為試體尚在彈性範圍，裂縫造成之殘留位移都很小，而且幾乎沒有增加，當層間位移角 (Drift Ratio)大於 1%，試體降伏，殘留位移快速增加，趨勢約與層間位移角(Drift Ratio)成直線關係。

圖 4-8 上方第一群試體可以發現 R-Y1 之殘留位移較小，表示未續接試體之殘留位移較小，續接試體之殘留位移較大；在續接器上端鋼筋降伏強度不同之試體上，L1-Y1 殘留位移較大，L1-Y2 與 L1-Y3

四、柱構材反復載重試驗結果之討論

大致差不多，但是後期 L1-Y3 之殘留位移有超過 L1-Y2 之趨勢，顯示續接器兩端鋼筋降伏強度相同者，其殘留位移高於上方鋼筋降伏強度高。

由圖 4-8 下方第二群試體之比較中發現，L2-Y3 殘留位移最大，

L1-Y3 與 L1/2-Y3 次之，且兩者近乎相同，R-Y1 為最小，表示塑鉸區外同平面續接試體之殘留位移為最大，塑鉸區內續接之殘留位移與隔根錯開續接之試體，殘留位移量近似，未續接試體之殘留位移量最小。

殘留位移量是由試體混凝土劣化之程度、續接器滑移量與塑鉸區鋼筋之降伏程度共同作用而成，由於 R-Y1 為鋼筋直通並沒有續接器滑移量，所以在所有試體中其殘留位移最小。

4.3 近斷面曲率變化

將每一迴圈之曲率 C1 最大值列表，如表 4-1 所示，並繪圖如圖 4-9 所示， C1 量測之位置為臨界斷面以上 0 至 25cm 處之曲率，由圖 4-9 顯示 L1-Y3 為各試體中之最大，顯示其變形集中於臨界斷面以上 0～ 25cm 處，可能原因為續接器以下之鋼筋降伏強度較低導致變形往臨界斷面以下延伸。

4.4 整體行為探討

由以上之討論，歸結出以下結果：

（1）柱構材反復載重試驗部份，由正規化載重與韌性、消能容量比較各試體之表現，表 4-2 中

PP 為各試體平均正規化載重圖 (圖 4-2)中之最大值，ductility 為圖 4-2 中各試體平均正規化載重下降至 0.8Pn對應之 ductility，並由此 ductility 於圖 4-7 對應之消散能量，以試體 R-Y1 為基準，求得其餘試體與 R-Y1 之消散能量比，可知塑鉸區同平面續接試體之表現未續接試體好；L1-Y2 比 L1-Y1 好，L1-Y1 又比 L1-Y3 好，顯示續接器上端降伏強度比下方降伏強度稍高反而對試體之表現，是有正面之幫助，但是當上方鋼筋降伏強度高過下方太多時，對於試體之表現便沒有正面之幫助，但是也沒有甚大之影響；塑鉸區與非塑鉸區同平面續接之比較上，非塑鉸區同平面續接，除了強度稍高於塑鉸區同平面續接以外，韌性與消能容量均低於塑鉸區同平面續

-36-接；塑鉸區隔根錯開續接之方式其表現約與塑鉸區內同平面續接之表現相當。

（2）各試體之殘留位移，由圖 4-8 可以得知，未續接試體之殘留位移低於續接試體。

（3）近臨界斷面曲率比較，發現塑鉸區內續接的確可以有效將塑鉸區往臨界斷面外延伸，同時提高試體韌性與消能容量；但是若續接器上方鋼筋降伏強度較高時，塑鉸區往外延伸之情形則不明顯。

（4）由貼佈於續接器上下之應變計之讀數，顯示 L1-Y2、L1-Y3 續接器以下之應變計讀數均大於續接器以上之讀數，顯示續接器下方之鋼筋降伏程度較續接器上方嚴重，但是此項結論仍須再驗證，因為應變計於鋼筋降服後即脫落，鋼筋降伏後之情形，

並無直接證據顯示續接器下方鋼筋之降伏程度仍高於上方鋼筋，但是由試體之正規化強度可知，續接器上方鋼筋降伏強度較高之試體的正規化強度亦可達到理論強度，所以下方鋼筋顯然降伏程度高於上方鋼筋，變形較大。

鋼筋續接器續接設計規範與施工規範條文及解說研修

在文檔中鋼筋續接器續接設計規範與施工規範及解說研修 (頁 47-52)

基座轉動修正量

四、 柱構材反復載重試驗結果之討論

4.1 強度發展與勁度變化

4.2 消能行為與殘留位移

4.3 近斷面曲率變化

4.4 整體行為探討

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