第一章 緒論
第三節 研究方法
本 研 究案 研 究 方 法 包 括 ：(1) 文 獻之 收 集 與 整 理 ； (2)柱 試 體 之 撓 曲 行為 實 驗；(3) 鋼 板 及混 凝 土 基 本 材 料 實 驗；(4) 規 範條 文 適 用 性 評 估； (5) 報 告 之 撰 寫 。 流 程 如 圖 1-9 所 示 ，本 研 究 預 定 之 進 度 表 如表 1-1 所 示 。 採 用 的 研究 方 法 及 進 度 說 明 敘述 如 後 。
一 、 文 獻 之 收 集 與 整 理
收 集、整 理 相關 文 獻，一 方 面 避 免 本 研 究 之 內 容與 現 有 成 果 重 複，另 一 方 面 所 收 集 之資 料 可 作 為 分 析 模 型建 立 及 規 範 檢 討 的 參考 或 補 充 資 料 。
二 、 柱 試 體 之 撓 曲 行 為 實 驗
由 於 柱桿 件 受 固 定 軸 力 及 變化 彎 矩 至 破 壞 階 段，牽 涉 到 材料 與 幾 何之 非 線 性 反 應，行 為 非 常複 雜，因 此 需 採用 結 構 實 驗 方 式
體 的 耐震 能 力。經 過 本 所第 2 次 研 究 業 務 協 調 會討 論 確 認，會 議 紀 錄 、簽 到 單 及 座 談 會 簡 報內 容 附 在 附 錄 一 。
三 、 試 驗 結 果 之 分 析 與 探 討
藉 由 試驗 結 果 之 分 析，探 討斷 面 長 寬 比 對 矩 形 填充 高 強 度 混 凝 土箱 型 鋼 柱 試 體 軸 力 行為 之 影 響 。
四 、 檢 討 現 行 規 範 限 制 C F B C 柱 混 凝 土 強 度 及 無 限 制 C F B C 柱 長 寬 比 之 合 理 性
目 前 國內 現 行 SRC 規 範 有建 議 混 凝 土 強 度 上 限，本 研 究 擬 藉 由 試驗 結 果 與 討 論，檢 討現 行 SRC 規 範 調 整 混凝 土 強 度 上 限 之 可 行 性。另 外，國 內 現行 SRC 規 範 尚 未 針對 CFBC 柱 斷 面 長 寬 比，做 任 何 限制，本 研 究擬 藉 由 試 驗 結 果 與 討論， 檢 討現 行 規 範 無限 制 CFBC 柱 長 寬 比之 合 理 性
五 、 報 告 之 撰 寫
本 研 究 包 含 兩 次 報 告 之 撰 寫，第 一次 為 期 中 報 告（ 期 中審 查 之 審查 意 見 回 應 表 將 附 在 附 錄 三 ）， 在 執 行 第 8 個 月時 說 明 本 案 之執 行 進 度 。 第 二 次 為期 末 報 告 ， 在 執 行第 11 個 月 時 完 成 本 案之 研 究 報 告 。
目 標 包括：（ 一 ）藉 由 不 同長 寬 比 之 矩 形 填 充 高強 度 混 凝 土 箱 型 鋼柱 柱 試 體撓 曲 行 為 試 驗，瞭 解 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝土 箱 型 鋼 柱 撓 曲 韌性 行 為 受長 寬 比 之 影 響；（ 二）藉 由 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 撓 曲行 為 試 驗，觀 察 矩 形填 充 高 強 度 混 凝 土 箱型 鋼 柱 撓 曲 破 壞 模 式；
（ 三 ）驗 證 長 寬 比 對 彎 矩 強 度 之 影 響，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 。
表 1-1 預 定 之 研 究 進 度
(a) 無 縫 鋼 管 CFT (b) 兩 個 槽 鋼 銲 接 而 成 之 CFT 圖 1-1 CFT
（ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013）
Concrete Steel box
Backing bar
b t
圖 1-2 填 充 型 箱 型 柱
（ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013）
圖 1-3 矩 形 CFBC 圍 束
（ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013）
圖 1-4 方 形 CFBC 圍 束
圖 1-7 填 充 型 箱 型 柱 軸 力 與塑 性 轉 角 之 關 係 圖
（ 資 料 來 源 ： 陶 其 駿 及 蔡 煒 銘 ， 2010， 陳 正 誠 及 黃 國 倫 ， 2011）
27.2 30.7 0
1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60
P/Pa0 (%) θp (% rad)
b/t=32 b/t=40 b/t=48
資料蒐集及整理
試體之設計與製作 撓曲行為試驗
及
材料機械性質試驗
實驗數據之整理與分析
相關規範條文之檢討
報告撰寫
圖 1-9 研 究 流 程 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
第二章 試驗計畫
本 研 究著 眼 於 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱，在 低 軸 力 作 用下 不 同 斷 面 長 寬 比 之 撓 曲 行 為 試 驗 研 究 ， 故 本 章 將 扼 要 說 明 試 體 設 計 、 量 測 儀器 之 配 置 及 試 驗 相 關載 重 歷 程 。
第 一 節 試 體 設 計 及 試 驗 裝 置
本 案 共規 劃 9 個 梁 柱 試 體， 試 體設 計 列 表 如表 2-1 所示 ， 為避 免 因 材 料變 異 性 造 成 試 體 強 度太 高，且 有 利 於 與 去年 研 究 成 果 進 行 比 較 ， 箱 型 柱鋼 板 採 用 厚 14 mm、SN490B 鋼 材 (標 稱 降 伏強 度 為 3.3 tf/cm2)，
其 餘 鋼板 採 用 ASTM A572 Gr.50 鋼 材(標 稱 降 伏強 度 為 3.5 tf/cm2)，混 凝 土 標稱 抗 壓 強 度 部 分 ， 除其 中 1 支 試 體 為 280 kgf/cm2外 ， 其 餘試 體 均為 700 kgf/cm2。所 有 試體 柱 板 長 邊 寬 度 皆為 59 cm，長 邊 寬 厚 比
（bh t） 固 定 為 40， 其 中b 及h t分 別 為 長 邊 柱 寬 度 及 柱 板 厚 度 ， 如 圖 2-1 所 示 ， 所 有 柱 板 寬 厚 比 皆 符 合 規 範 規 定 ， 不 大 於 填 充 型 鋼 管 混凝 土 柱 耐震 設 計 鋼 骨 斷 面 肢 材寬 厚 比 之 上 限pd，pd計 算公 式 如 下 式 ：
3 s
pd
ys
E
F (1)
梁 柱 試體 共 9 支，試 體 設 計列 表 如表 2-1 所 示，除了 FL1.35X 試 體 外 ，其 餘 試 體 係 針 對 斷 面長 寬 比 為 1.2、1.5 及 2.0 的 矩 形 填 充 高強 度 混 凝土 箱 型 鋼 柱 撓 曲 行 為試 驗 試 體 （ 試 驗 裝 置如 圖 2-2 及 圖 2-3 所 示 ），在 固 定 軸 力 P 作 用 下進 行 撓 曲 反 覆 載 重 試驗，固 定 軸 力 P 依 照
土 斷 面 積 ， fc為 混 凝 土 抗 壓 強 度 。 軸 力 P與 軸 向 標 稱 強 度 P 之 比 例n0 如表 2-1 所示 ， 所 有 試 體 之 P Pn0 約為 20%。
架 設 試體 時 以 夾 具 及 螺 桿將 H 型 鋼 梁、底 板 及 強力 地 板 夾 緊，每 支 螺 桿施 加 60 噸 預 力 ， 接著 使 用 鋼 板 將 底 板 兩側 角 鋼 與 試 體 間 的縫 隙 塞 滿，再 以 螺 桿 將 試 體 上方 與 200 噸 油 壓 致 動器 連 接 鎖 緊 並 施 加預 力 每 支螺 桿 29 噸 預 力 ； 試驗 時 ， 先 以 上 方 的 600 噸 油 壓致 動 器 施 加 20%軸 向 強 度 之 固 定 軸 力 P， 再 以 水 平 的 200 噸 油 壓致 動 器 施 加 側 向 力 進 行反 覆 載 重 撓 曲 行 為 試驗 。
試 體 可分 成 FH、TH 及 FL 等 3 個 系 列 ， 皆 為 撓曲 行 為 試 驗 之 試 體，所 有 梁 柱 試 體名 稱 上 面的 數 字 代 表 斷 面 長 寬比 (例如 FH1.2X 試 體 之 長 寬比 為 1.2)，試 體 編 號尾 部 有 加 上「 X」或「 Y」，分 別 代 表繞 x 軸 (強 軸 )或繞 y 軸 (弱 軸 )， x 軸及 y 軸 示意 如圖 2-4 所示 。
FH 系 列 試 體 為 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 試 體 ， 斷 面 如 圖 2-4 所 示 ，試 體 下 方 有接 H 型 鋼 梁 及 橫 隔 板 ，與 實 際 情 形 較 相 近 ， FH 系 列 共 有 6 支 試 體，其 試 體 尺 寸 如 表 2-1 及 圖 2-5 至 圖 2-10 所 示 。 此 系 列試 體 可 探 討 固 定 軸 壓下，矩 形 CFBC 試 體之 撓 曲 強 度 及 撓 曲延 展 性 。
TH 系 列 試 體 共 2 支 試 體，與 FH 系 列 試 體 相 似，但 其 在 梁 柱 接 頭 上 方 至 少 0.5 倍 平 均 柱 寬 範圍 內 ， 使 用 了 圍 束 繫桿 ， 斷 面 及 試 體 尺寸 如圖 2-11 至 圖 2-12 所 示 ，以 探 討 在 長 寬 比 為 2.0 時， 圍 束 繫 桿 對 提 升 矩 形斷 面 CFBC 撓 曲 強 度及 撓 曲 延 展 性 的 效 果。圍 束 繫 桿的 設 計 係 依 照 黃國 倫 2012 年 研 討 會論 文 所 建 議 的 設 計 方法 ， 並 依 照 黃 國 倫及 陶 其駿 2014 年 研 究 建 議 採用 平 俊 助 寬 度 來 進 行設 計 所 得 結 果 。
FL 系 列 試 體 與 FH 系 列 試 體 之 不 同，主 要 在 於 填 充 混 凝 土 標 稱 強
第 二 節 測 計 配 置 與 載 重 歷 程
1. 測 計 配 置
梁 柱 試體 量 測 儀 器 配 置 如 圖 2-14 所 示 ， 共 安 排三 個 角 度 計 及六 個 位 移計，其 中 一 個 角 度 計置 於 試 體 上 方 垂 直 致動 器 底 座 處 以 量 測試 體 上 端之 角 度，一 個 角 度 計置 於 致 動 器 上 面 以 量測 致 動 器 之 角 度，最 後 一 個角 度 計 置 於 鉸 接 頭 上；水 平 位 移 計 置 於 上橫 隔 板 高 程 處（ 致動 器 之 高程 ）及 鋼 梁 上 翼 板 處，如 此 可 以 量 得 柱 試體 之 變 形 曲 線，另外 並 架設 4 支 垂 直 位移 計 ， 以量 測 軸 向 變 形 並 可 換算 不 同 高 程 之 轉 角 ， 且 確 保不 會 變 形 過 大 造 成 危 險 。
2. 載 重 歷 程
梁 柱 試體 使 用 之 反 覆 載 重 位移 歷 時 係 採 用 AISC2010 之 規 範 所建 議 之 位移 歷 時，致 動 器 所 提供 之 側 向 位 移 由 層 間位 移 角 乘 以 試 體 鋼梁 上 緣 至致 動 器 中 心 線 之 高 度求 得 ， 如 圖 2-15 所 示 。
表 2-1 梁 柱 實 驗 試 體 規 劃
試 體 H B H/B P φ
tr σ
ct 螺 桿 M
cod e V 備 註
編 號 (cm) (cm) (tf) (mm)(kgf/cm2) 材 質 (tf-m) (tf) FH1.2X 59 49 1.20 503 - - - 294 148 FH1.2Y 59 49 1.20 503 - - - 254 128 FH1.5X 59 40 1.48 427 - - - 252 127 FH1.5Y 59 40 1.48 427 - - - 186 94 FH2.0X 59 30 1.97 341 - - - 206 104 FH2.0Y 59 30 1.97 341 - - - 122 61
TH2.0X 59 30 1.97 341 16 38 A490 206 104 標 準 孔 TH2.0Y 59 30 1.97 341 16 38 A490 122 61 標 準 孔 FL1.35X 59 44 1.34 350 - - - 245 124
fc=420 kgf/cm2
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
圖 2-1 試 體 斷 面 示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008）
H tb=th=t(厚 度 相 同 )
bh/t=40 bh
bb
B
圖 2-2 含 軸 力 之 撓 曲 行 為 試驗 裝 置 示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 及 黃 國 倫 ， 2011）
圖 2-3 含 軸 力 之 撓 曲 行 為 試驗 裝 置 照 片
圖 2-4 FH 系 列 及 FL 系 列 試 體 斷 面 示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2012）
圖 2-5 FH1.2X 試 體 設 計 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
前視透視圖 上視透視圖
右視透視圖
左視透視圖 3D透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
小心！勿做錯！
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
(如圖2-2)
H
tb=th=t(厚 度 相 同 )
bh/t=40 bh
bb
B
y
x
圖 2-6 FH1.2Y 試 體 設 計 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
前視透視圖 上視透視圖
右視透視圖
左視透視圖 3D透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
(如圖2-2)
上視透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
小心！勿做錯！
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
圖 2-8 FH1.5Y 試 體 設 計 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
前視透視圖 上視透視圖
右視透視圖
左視透視圖 3D透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
(如圖2-2)
上視透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
小心！勿做錯！
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
(如圖2-2)
圖 2-10 FH2.0Y 試 體 設 計 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
前視透視圖 上視透視圖
右視透視圖
左視透視圖 3D透視圖
E70 CO2 (Typ)
E70 (Typ)
E70 (Typ)
需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣
(如圖2-2)
上視透視圖
E70 (Typ)
E70 (Typ)
開孔細部圖A
需於交會區中心開孔 DIA 18
18
圖 2-12 TH2.0Y 試 體 設 計 圖
圖 2-14 量 測 儀 器 配 置 示 意 圖
第三章 柱撓曲行為試驗
待 試 驗 完 畢 後 ， 本 章 將 介 紹 試 體 之 製 作 以 及 試 驗 過 程 之 試 體 觀 察 。
第 一 節 試 體 製 作
梁 柱 試體 之 製 作 係 利 用 全 滲透 銲 將 四 片 鋼 板 組 合成 箱 型 柱，並以 全 滲 透銲 在 頂 部 及 底 部 銲 上 內 橫 隔 板，全滲透銲細部示意圖如 圖 3-1，
細 部 施作 照 片 如 圖 3-2 所示 ， 銲 接 時 採 用 E70XX 系 列銲 材 施 銲 ，上 橫 隔 板（ 有 些 試 體 沒 有 ）及鋼 梁 上 翼 板 處 之 橫 隔板 有 預 留 圓 孔 以 供試 體 灌 漿之 用 ， 如 圖 2-5 裡 的 上 視圖 所 示， 完 成 箱型 柱 製 作 之 後 ，再 銲 接 鋼 梁上 去，如圖 2-5 裡 的 3D 圖 所 示。超 音 波檢 驗 施 作 照 片 如圖 3-3 所 示。梁 柱 試 體 灌 漿 時，是利 用 試 體 下 方 壓 力 灌漿 入 料 閥 與 幫 浦 車之 泵 送 管連 接 (如圖 3-4 所 示 )， 將 混 凝 土 逆 打 進入 箱 型 柱 試 體 內 部 ，此 法 與 業界 常 用 方 法 一 致 ， 試 體 灌漿 施 作 照 片 如 圖 3-5 所 示 ；所 有 試 體 均 灌 漿直 至 填 滿 混 凝 土 至 柱 頂 部 上 緣 切 齊，待 試驗 前 時，再 用 高 強度 石 膏 填 滿 乾 縮 造 成 之 空 隙 並 將 軸 力 加 載 鋼 板 蓋 上 以 確 保 整 支 箱 型 柱 內 填 滿無 間 隙 。
柱 板 使 用 14 mm 厚 之 SN490B 鋼 材，材 料 試 驗 結 果如 表 3-1 所示 ， 平 均 實 測 降 伏 強 度 及 平 均 實 測 極 限 強 度 分 別 為 4.09 tf/cm2 及 5.47 tf/cm2。 其餘 使 用 22 mm 厚 之 A572 GR.50 鋼 材， 材 料 試 驗 結 果 如 表 3-2 所 示 。
全 身，以 符 合 箱 型 柱 內 混 凝土 無 法 養 護 之 實 際 情況，混 凝 土 材 料 試驗 隨 試 驗之 進 行 於 試 驗 前 及 試驗 後，各 壓 3 個 圓 柱試 體 求 取 平 均 抗 壓強 度，最後 再 視 結 果 判 斷 是 否 取 全 部 數 據 計 算 平 均抗 壓 強 度 或 是 由 線性 內 插 計算 各 試 體 抗 壓 強 度 。
圍 束 繫桿 使 用 不 同 直 徑 及 不同 材 質 鋼 材，材 料 試驗 實 測 降 伏 強度
圍 束 繫桿 使 用 不 同 直 徑 及 不同 材 質 鋼 材，材 料 試驗 實 測 降 伏 強度