第一章 緒論
第三節 研究方法
第一章 緒論
第 四 節 研 究 目 的
本研 究預 計針 對 內灌 混凝 土 之矩 形填 充混 凝土 箱型 柱進 行 研究 ， 預期目 標包括：（一）以柱 軸向強 度需 求 的觀念 出發，並藉由 理論 分 析及結 構試驗 等方 法，探 討高 強度混 凝土 矩形 CFBC 短柱承 受軸 向載 重之行 為，檢 討規範 於軸 向標稱 強度 計算 的合理 性；（二 ）檢討 設計 規範中，混 凝土強 度使 用規定 上限 560 ⁄ (8,000psi)時，於 矩 形 CFBC 柱 斷 面 長 寬 比 之 使 用 限 制 ； （ 三 ） 探 討 當 混 凝 土 強 度 使 用 超 過 規 定 上限 560 ⁄ (即 10,000psi/700 ⁄ )時，矩 形 CFBC 柱 斷 面長寬 比之使 用限 制，是否 適用。回饋檢 視現有 相關實 驗研 究成果 之 可信度 ，提供 國內 工程界 運用 與相 關規範 修訂之 参考。
圖 1.1 填 充型鋼 管混 凝土 柱
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008）
圖 1.2 無 縫鋼管 CFT
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008）
圖 1.3 填 充混凝 土箱 型鋼 柱
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008）
第一章 緒論
圖 1.4 矩形 CFBC 圍束
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2012）
圖 1.5 方形 CFBC 圍束
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2012）
70 70 6060 50 50
42 .5 42 .5 3030 20 20
第二章 試體計畫與試驗
第二章 試體計畫與試驗
鋼板材 料，如 照 片 2. 1 至照片 2. 4 所示。
第二章 試體計畫與試驗
第 三 節 試 驗 裝 置 及 加 載 程 序
試體上、下方設 有頂 板及底 板，頂 板有預 留圓孔及 4 個 小氣 孔以 供試體 灌漿之 用，圓 孔鋼板 保留 至實驗 時 再蓋回，讓軸壓 應力 較能平 均分佈，以免 有應 力傳遞 之問 題，試 驗裝 置如 圖 2.11 所示。箱型 鋼柱 的應變 採用單 軸應 變計量 測，又 分為軸 向 及橫向 二種，分 別量 測箱型 鋼柱四 個角落 之軸 向應變 量，及 箱型鋼 柱 四面中 心之橫 向應 變量，如 遇有圍 束繫桿，則向 上改貼 至 2 個圍束 繫 桿的中 間；位移 計則 是量測 軸 向總 變形量，除以試 體全 高以求 得平 均 應變；加載方式為軸向加載，
軸向變 形增加 至平 均應變 為 0.04 時或試 體 強度低於最大強度一半時，
即終止 載重試 驗。
項 目
試 體 編 號
Fy f'c H B
H/B t Pn0 φtr 備 註 (tf/cm2) (kgf/cm2) (cm) (cm) (cm) (tf) (mm)
1 R1.35 3.3 700 59 44 1.34 1.4 2304 - 2 R1.5 3.3 700 59 40 1.5 1.4 2133 - 3 R2.0 3.3 700 59 30 2.0 1.4 1706 - 4 IR1.35 3.3 700 59 44 1.34 1.4 926 - 5 IR1.5 3.3 700 59 40 1.5 1.4 889 - 6 IR2.0 3.3 700 59 30 2.0 1.4 796 -
7 TR1.5 3.3 700 59 40 1.5 1.4 2133 16 A490 8 TR2.0 3.3 700 59 30 2.0 1.4 1706 16 A325
第二章 試體計畫與試驗 表 2. 2 混凝土 圓柱試 體抗 壓強度 試驗 表（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
齡期 最大強 度
抗 壓強
度 抗壓強 度 直徑 高寬比 修正係 數 破壞 抗 壓 強
度 平均抗 壓強度 平均抗 壓強度 天 kgf kgf/mm2 psi cm 形態 kgf/cm2 psi kgf/cm2 2015/10/6 28 83586 7.39 10511.237 12.00 2 - A 739
10734.073 754.67 2015/10/6 28 88737 7.82 11122.851 12.02 2 - B 782
2015/10/6 28 84202 7.40 10525.460 12.04 2 - A 740 2015/10/6 28 133833 7.53 10710.367 15.04 2 - B 753 2015/10/6 28 136557 7.72 10980.615 15.01 2 - C 772 2015/10/6 28 135356 7.64 10553.908 15.02 2 - A 742 2015/10/8 30 83416 7.41 10866.827 11.97 2 - A 764
10772.003 757.333 2015/10/8 30 86756 7.66 10895.274 12.01 2 - A 766
2015/10/8 30 83757 7.42 10553.908 11.99 2 - A 742
(A) (B) (C) (D) (E) (F)
第三章 試驗結果與討論
圖 2.1 試 體斷面 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 2013 陶 其 駿 研 究 製 作 [15]）
35°
6~10
14
25
圖 2.2 試 體全滲 透銲 細部 示意 圖 (單 位： mm)
（ 資 料 來 源 ： 2013 陶 其 駿 研 究 製 作 [15]）
H=59cm tb=th=t(厚 度 相 同 )
bh
bb B
第三章 試驗結果與討論
圖 2.3 R1.35 試體之 詳細 尺寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 2.4 R1.5 試體 之詳 細尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 2.5 R2.0 試體 之詳 細尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 2.6 IR1.35 試體 之詳 細尺寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 2.7 IR1.5 試體 之詳 細尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 2.8 IR2.0 試體 之詳 細尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 2.9 TR1.5 試體 之詳 細尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 2.10 TR2.0 試體 之詳細 尺寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 2.11 短柱 試體 及試 驗裝置 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： [14]）
3H
照片 2. 1 鋼板 工廠 材料 挑選
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 2 鋼板 工廠 取樣
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
照 片 2. 3 箱型 柱製 作銲 接
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 4 銲道 超音 波檢 驗
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 5 試體 照片 -a
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 6 試體 照片 -b
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
照片 2. 7 IR 系 列試體 內側 置入 塑膠 袋示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 8 灌漿 作業 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照片 2. 9 灌漿 作業 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 10 IR 系列 試體 灌漿 預留空 間示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
照 片 2. 11 混凝 土評估 試驗 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照片 2. 12 混凝 土坍流 度示 意圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照片 2. 13 混凝土 留下 漏斗時 間
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 14 混凝土 圓柱 試體灌 漿作 業
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
48mm 時 ， 西 南 側 和 東 南 側 角 落 熱 影 響 曲 開 裂 。 試 體 最 大 強 度 為
第三章 試驗結果與討論
TR2.0 試體
當加載 應變率 在第 一段時 ，軸 向位移 6.76mm 時 西側 均勻產 生水 平降伏 線， 7.93mm 時東 、西側 產生 斜向 降伏線 ；當加 載應 變率在 第 二段， 軸向位 移為 21mm 時西 側中 間出現 挫屈， 25mm 西側 第 6 根圍 束繫桿 斷裂，27mm 東 側中間 出現 挫屈，29mm 東 側第 8、9 根圍 束繫 桿斷裂 ；當加 載應 變率達 第三 段， 68mm 西北側 角落熱 影響 區產生 開 裂。試體最 大強 度 為 1962.06tf，最 大軸 向 位移達到 75.95mm，強度 下 降 50%以上，試驗 結束後 可觀 察到當 鋼板 產生嚴 重挫屈，使 圍束 繫桿 無法承 擔而受 彎剪 作用與 拉伸 作用 而斷裂，試驗結束 破壞最 終照 片如 照 片 3. 8 所示 。
第三章 試驗結果與討論
壓內部 之混凝 土使 強度逐 漸回 升。隨著 應 變持續 增加，鋼 板挫 屈越來 越明顯，試體之 強度 開始下 降，待 試體之 強度逐 漸 降至 試體 最大強 度 之 50%時，試 驗結束 。
TR 系 列
TR 系 列 之 試 體 應 變 -載 重 曲 線 如 圖 3. 7 所 示 ， 其 正 規 化 如 圖 3. 8 所示。此系 列之 試體斷 面尺 寸皆與 R 系列 試體相 同，惟其 於長向 開槽 形孔並 裝置圍 束繫 桿，以增 加長向 之圍 束 效果，其與 R 系列之 比較 將 於後續 作詳細 探討 。於 圖 3. 10 中亦可觀 察看到 試體之 最大 強度依 斷 面之長 寬比越 小而 強度越 大， TR 系列試 體 放大 前段之 應變 -載重 曲線 圖 如 圖 3. 9 所示，試 體 達 最大強 度所 對應 之 介 於 0.00378 至 0.00408 之 間 。 當 試 體 達 最 大 強 度 後 ， 其 強 度 雖 有 下 降 之 趨 勢 ， 但 由 於有圍 束繫桿 之圍 束效應，使其 比較於 R 系列之 強度下 降較 為緩慢 。 當應變 持續增 加後，可以觀 察到 鋼板明 顯 挫屈變 形，而位 於鋼 板嚴重 挫屈的 位置由 於其 側向變 形過 大，造成圍 束繫桿 受彎曲 剪力 及拉伸 作 用，使得圍束 繫桿 於後 期產生 斷裂 現象，在圍束 繫桿斷 裂後，即 可觀 察到試 體強度 逐漸 下降， TR 系列 之試 體 實驗亦 當試體 強度 達最大 強 度 之 50%時， 試驗結 束。
第三章 試驗結果與討論
使 用 3.3 ⁄ 級 鋼 柱 ， 填 充 700 ⁄ 級混凝土 ， 受壓強 度計
第三章 試驗結果與討論
土強度 超過 8000psi 之 值計 算公式 為：
(式 3.2)
⁄ (式 3.3) ⁄
試 體 編
第三章 試驗結果與討論 表 3. 3 本研究試 體之 應變對 照表（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
試 體 編 號 εbk εr εfr εrb ε0 .8 5 ε0 .8 ε0 .7 5 ε0 .7
R1.35 0.00630 0.010 0.04389 - 0.0045 0.0045 0.0048 0.0056 R1.5 0.00720 0.010 0.02067 - 0.0054 0.0055 0.0055 0.0061 R2.0 0.00394 0.010 0.03011 - 0.0040 0.0040 0.0040 0.0040 IR1.35 0.00370 0.010 0.03151 - 0.0130 0.0193 0.0248 0.0292 IR1.5 0.00408 0.010 0.03469 - 0.0179 0.0232 0.0276 0.0318 IR2.0 0.00429 0.006 0.04460 - 0.0395 0.0442 0.0456 0.0000 TR1.5 0.00560 0.010 0.02008 0.00872 0.0104 0.0156 0.0183 0.0197 TR2.0 0.00946 0.010 0.03635 0.01104 0.0060 0.0071 0.0117 0.0140
試體編 號 ⁄
⁄ (tf) (tf)
R1 3.81 318.4 269 2091 1592 1693 1.06 R2 3.81 318.4 255 1810 1463 1598 1.09 R3 3.81 318.4 241 1529 1333 1452 1.09 TR1 3.81 318.4 269 2091 1592 1734 1.09 TR2 3.81 318.4 255 1810 1463 1590 1.09 TR3 3.81 318.4 241 1529 1333 1463 1.10 AA24 3.65 428 252 1429 1440 1562 1.08 AA32 3.86 428 191 1490 1279 1300 1.02 AA40 3.86 428 234 2266 1728 1821 1.05 AA48a 3.976 428 196 2304 1618 1657 1.02 AA48b 3.976 428 196 2304 1618 1704 1.05
AA60a 4.272 470 87 1282 884 912 1.03
AA60b 4.272 470 87 1282 884 915 1.04
平 均 值 1.06 變異係 數 0.027
註 ： 深 色 欄 位 為 [13]
第三章 試驗結果與討論
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側 照 片 3. 1 R1.35 最終破 壞照片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側
照片 3. 2 R1.5 最終破 壞照 片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側 照片 3. 3 R2.0 最終破 壞照 片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側
照片 3. 4 IR1.35 最終破 壞照 片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側 照 片 3. 5 IR1.5 最終破壞 照片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側
照 片 3. 6 IR2.0 最終破壞 照片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側 照 片 3. 7 TR1.5 最終 破壞照 片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
(a) 東側 (b) 西側 (c) 南側 (d) 北側
照 片 3. 8 TR2.0 最終 破壞照 片（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 1 試體 R 系列 軸力 與軸向 應變 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 2 試體 R 系列 軸向 (正規 化 )載重 -應變 曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 3. 3 試體 R 系列 軸力與 軸向 應變圖 (放 大前段 )
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 4 試體 IR 系列軸力 與軸 向應變 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 5 試體 IR 系列軸向(正 規化 )載重 -應 變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 6 試體 IR 系列軸力 與軸 向應變 圖 (放 大前段 )
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 3. 7 試體 TR 系列軸力 與軸向 應變 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 8 試體 TR 系列軸向(正規 化 )載重 -應 變曲線
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 9 試體 TR 系列軸力 與軸向 應變 圖 (放大前段)
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 10 TR-R 系列試體 比對圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 3. 11 TR-R 系列試體 比對圖 (正 規化 )
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 12 TR2.0-R2.0 試體比對 圖 (正規化 )
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 13 試體 R 系 列軸 力與軸 向應 變比 對 圖 (與 102 年)
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 14 試體 R 系 列軸 力與軸 向應 變比 對 圖 (正規化)
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第三章 試驗結果與討論
圖 3. 15 試體 IR 系列 軸力與 軸向 應變比 對 圖 (與 102 年)
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 16 試體 IR 系列 軸力與 軸向 應變比 對 圖 (正規化)
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 3. 17 混凝 土 強 度修正 係數 α 建 議值
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
保守
圖 3. 18 混凝 土材 料強度 與軸 向強度 比關 係
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第四章 結論與建議
至 700 kgf/cm2（ 10,000 psi）之間 時，可 採 用本研 究建議 混凝 土強 度修正 係數(α)之公式， 可合理 估算 填充 型 箱型柱 的受壓 強度 。
第四章 結論與建議
束繫桿 於柱塑 性鉸 區之設 置，可有效 提升 填充高 強度混 凝土（ 700 kgf/cm2） 箱 型 柱 的 軸 向 耐 震 延 展 性 ， 亦 適 用 於 先 前 研 究 [17]建 議 圍 束 繫 桿 之 設 計 公 式 ， 並 建 議 圍 束 繫 桿 之 橫 向 間 距 應 不 大 於 最 小 柱 寬（ B），縱 向間 距應 不大於 平均 柱寬 度的 1/3，柱塑 性鉸區 長 度 至少 為 1 倍的 平均柱 寬度 ，將 可確保 柱 構件之 強度及 韌性 ，符 合相關 構造設 計規 範之耐 震需 求。
第四章 結論與建議
立 即 可 行 建議 － 建 議 辦 理 「 提升 填 充 型 箱 型 鋼 柱耐 震 性 能 創 新 技術 研 討 會 」
主辦機 關： 內 政部 建 築研 究所
協 辦 機 關 ： 建 築 師 公 會 、 結 構 工 程 技 師 公 會 、 土 木 技 師 公 會 、 台灣建 築中心
有 關 填 充 型 箱 型 柱 耐 震 性 能 實 驗 驗 證 之 研 究 ， 本 所 併 同 究 併同其 他研究，已 累 積 近 35 組以上 填充 型 箱型柱 試體實 驗 之 研 究 成 果 ， 故 建 議 可 儘 速 辦 理 相 關 研 討 或 推 廣 活 動 ， 以 廣 納 業 界 對 本 研 究 建 議 相 關 規 範 修 正 草 案 之 意 見 ， 做 為 擬 訂 最 終 修 訂 規
有 關 填 充 型 箱 型 柱 耐 震 性 能 實 驗 驗 證 之 研 究 ， 本 所 併 同 究 併同其 他研究，已 累 積 近 35 組以上 填充 型 箱型柱 試體實 驗 之 研 究 成 果 ， 故 建 議 可 儘 速 辦 理 相 關 研 討 或 推 廣 活 動 ， 以 廣 納 業 界 對 本 研 究 建 議 相 關 規 範 修 正 草 案 之 意 見 ， 做 為 擬 訂 最 終 修 訂 規