混凝土強度之影響

此系列探討當柱內鋼骨形狀以及強度相同時，混凝土強度之改變 對於分析模型整體受力行為與局部行為之影響，並計算出各種規範之 極限強度與分析模型進行觀察。

整體行為

柱內為H 型鋼骨系列之九組模型之極限載重如表4.10；十字型鋼 骨系列之九組模型之極限載重如表 4.11；I 型鋼骨系列之九組模型之 極限載重如表4.12，表中包含利用各規範所計算出之極限載重，在計 算時將不考慮各規範對於鋼材之降伏強度與混凝土強度之限制。由表 中可觀察到當使用之混凝土強度上升，模型之極限載重上升之幅度以 I型鋼骨系列最大，而 H型鋼骨系列與十字型鋼骨系列上升之幅度無

明顯之差距，主要是因為 I型鋼骨之含量最小，受到混凝土材料之影 響最大；H型鋼骨與十字型鋼骨之含量較大，且兩者含量差不多，因 此受混凝土材料之影響較小，各規範所計算出之預測值則以Eurocode 4之規範最為準確，日本AIJ規範與Squash Load 之值次之，再者ACI 規範則略為保守，AISC-LRFD則在其中為最為保守之規範。

將各系列中使用相同鋼骨強度模型之受力曲線進行比較，如圖

4.5.1至圖 4.5.9所示。藉由各圖形可以了解混凝土強度之影響，各組

圖形皆可以觀察到達極限載重前之勁度因使用之混凝土強度不同而 有明顯之差異，當使用之混凝土極限強度越高時，其初始之勁度會越 大，其中之原因與混凝土材料設定有關，混凝土材料使用之CEP-FIP

(1970) 應力-應變模型中，各混凝土材料達到極限強度時之應變量差

不多，使得極限強度越高之混凝土模型之勁度相對較大，導致分析模 型整體之承載能力在達到極限載重前，使用之混凝土極限強度越高有 越好之勁度表現。

而到達極限載重後之受力行為因使用混凝土極限強度高低與達 極限載重前有不同之結果，當搭配之混凝土強度為 27.6、55.2 MPa 之高強度混凝土時，過了極限載重後，混凝土強度為55.2 MPa 之分 析曲線其韌性行為比起27.6 MPa 之分析曲線差，會造成此種差異之

原因也是在於混凝土材料之應力-應變模型中，當混凝土材料之極限 應力越高時，過了峰值點後之混凝土應力下降速度將會越來越快，因 此使得模型過了極限載重後之整體承載能力也會快速下降，而使用

82.8 MPa之高強度混凝土之分析模型，則是在模型到達極限強度後分

析軟體即產生收斂性之問題，因而無法得到極限載重後之受力行為，

推測其中原因應該是與混凝土材料設定之應力-應變曲線有關，當混 凝土極限強度為 82.8 MPa時其曲線過了極限後應力值下降速率十分 快速，致使 ABAQUS 軟體無法收斂造成無法分析出極限載重後之受 力行為，但依據前述結果之驅勢，可以推測使用強度為82.8 MPa 之 混凝土在過了極限載重後承載力將下降得更快，其產生之脆性破壞程 度將比使用極限強度為 55.2 MPa之混凝土嚴重，剩餘強度損失之速 率將達至最高。因此使用高強度之混凝土雖然有助於使模型能夠承受 較高之極限載重，並在達極限載重前有較為良好之勁度，但在極限載 重後韌性行為卻較差，承載力下降速率明顯，也許可以經由增加箍筋 體積或轉換不同形式箍筋來加強圍束壓力，改善使用高強度混凝土時 因脆性破壞強度快速下降之現象。

接著嘗試分別依照各組模型之資料計算圍束效應之指標 R，藉以 觀察混凝土強度之改變是否影響到圍束區域混凝土強度值對於非圍 束區混凝土強度值之提升程度。各系列鋼骨之指標 R 對於混凝土強

度影響之比較如表4.13。由各鋼骨系列之中皆可以明顯觀察到當使用 之混凝土強度越高時，其 R 值反而會下降，也就是當使用之混凝土 材料其強度越高，箍筋對於圍束區混凝土強度增加之效果較不顯著。

局部行為

比照先前驗證之模型，同樣取 CH20位置主筋之軸力-應變曲線以 及CH23 與CH24位置箍筋之張力-應變曲線進行一系列之比較。

各系列 CH20 位置主筋之軸力-應變曲線之比較如圖 4.6.1 至圖

4.6.9，由圖中皆可以觀察到主筋之行為與整體模型比較之行為相似，

混凝土材料越高則達極限載重前勁度表現越好，相對過了極限載重後 之韌性越差，主要皆是受到混凝土材料應力-應變模型影響所致。除 此之外，由圖中發覺到使用較低之混凝土強度時，主筋產生之應變明 顯大於模型整體之應變，推測其原因可能為混凝土之強度較低時，主 筋需承受較大之軸力，因而產生較大之變形量。

各系列 CH23 位置箍筋之張力-應變曲線之比較如圖 4.7.1 至圖

4.7.9，由圖中皆可以觀察到初始勁度是相合的，表示混凝土材料強度

之差異一開始並不會對箍筋產生顯著之影響，隨載重之增加箍筋行為 漸漸與整體行為相似，但在混凝土強度為55.2 MPa 之模型中，過極 限載重後之行為略有不同，因為箍筋是承受張力作用，過極限載重後

持續承受張力造成應變量有顯著之增加，比較特別的是在十字型鋼骨 系列中，鋼骨強度與混凝土強度皆最高之 Cruciform9 模型，主筋行 為與其他系列有所差異，在接近極限載重前之應變量沒有明顯增加，

推測應是軸力幾乎由鋼骨與混凝土承受，主筋承受力量小。

各系列 CH24 位置箍筋之張力-應變曲線之比較如圖 4.7.10 至圖

4.7.18，其行為與 CH23 極為相似，但 H 型鋼骨與 I 型鋼骨系列應變

量略小於 CH23，因為 CH24 受到鋼骨翼板之影響，使得箍筋受到混 凝土之力量較小，應變量小於無鋼骨翼板影響之 CH23，十字型鋼骨 則因鋼骨呈現雙軸對稱而無此差異產生。