第一章 緒論
第四節 研究方法與進度說明
本計畫研究方法，將透以下階段進行：（1）文獻蒐集與分析；（2）試 體設計與載重試驗；（3）試驗結果之分析與探討；（4）撰寫報告。
(1)文 獻 蒐 集 與 分 析
本研究範圍所定義之「中高樓」建築，初步規劃為樓高未滿50 公尺，樓 高7 樓以上，屋齡約 20 年甚至以上等條件之大樓，本研究將廣泛蒐集於 0206 美濃地震中此類受損建築之設計資料，以及與本研究相關國內外非韌性配筋 柱之文獻，瞭解各文獻的試體設計，及國內於中高樓建築低層柱之配筋設計 實務，俾作為本研究試體設計、試驗規劃、分析模型建置之參採。
(2) 試 體 設 計 與 載 重 試 驗
本研究將規劃與製作4 組（計 2 個系列）之方型 RC 柱試體，其中含非 韌性配筋柱試體3 組與韌性配筋柱試體（符合現行混凝土結構設計規範規定）
建築底層柱之設計現況，與實務施工經驗。
本研究預計進行鋼筋與混凝土材料之基本務理性質試驗。混凝土原柱試 體抗壓強度試驗部分，需記錄28 天龄期抗壓強度，以及各柱試體於實際試驗 當日之抗壓強度。鋼筋拉伸試驗部分，係要求各型號與各強度種類之鋼筋，
應為同一批號料源，所以各型號與強度種類鋼筋僅進行一次拉伸試驗。後續 RC 柱試體於高軸壓力與單曲率反覆載重試驗，用以驗證模擬既有中高樓 RC 建築底層非韌性配筋柱的耐震行為，並藉以觀察 RC 柱試體於高軸壓力與單 曲率反覆載重下，非韌性配筋與韌性配筋柱試體於受力行為的差異。
(3) 試 驗 結 果 之 分 析 與 探 討
藉由 RC 柱試體實驗驗證所得的量測數據，再透過此數據之分析作業，
可瞭解非韌性配筋柱試體在高軸壓力（預計為0.3、0.4 與 0.5 ）與單曲率反 覆載重試驗下，其耐震行為之差異，進而嘗試建立非韌性配筋柱構材在此載 重下之塑鉸性質。
(4) 撰 寫 報 告
本研究預計提出兩次報告，第一次為期中報告，目的在說明本研究於研 究過程之進度；第二次為期末報告，在以敘明本研究之研究成果。
第 五 節 研 究 目 的
（一）藉由國內典型非韌性配筋柱之試體實驗，以建立於高軸力作用下(中高 大樓建築底層)非韌性配筋 RC 柱之非線性撓曲鉸耐震行為。
（二）完成主要耐震能力詳細評估法於非韌性配筋 RC 柱非線性撓曲鉸設定 模型與實驗結果之差異分析，並研提RC 柱非線性鉸設定之修正建議。
第二章試體計畫與試驗
ND 系列柱試體斷面尺寸為 550x550 mm，如圖 2.1 所示，主要為橫向圍
閉合箍筋端部是否均為90 度彎鉤，以及箍筋間距（
s
）分別為180 mm 與 100 mm，進行加載試驗試體設計軸壓力均為 0.3Ag fc'，此兩個試體的斷面尺寸、長度，以及各種規格之鋼筋，各為同批次之材料，柱試體上部本身之混凝土，
亦均來自同一車次之預拌混凝土車，透過此兩種試體之比較，以瞭解在高設 計軸壓力（0.3Ag fc'）下，橫向配筋細節之不同，對非線性撓曲鉸耐震行為影 響之差異。
表 2.1 美濃地震中高樓建築物災損調查案例
表 2.2 本研究試體規劃所參採美濃地震震損建築之案例
表 2.3 試體設計參數與規劃
550x550 D25-SD420W 2.68 420 D13-SD280
0.45 280 180 90 0.3
ND40 0.45 280 180 90 0.4
ND50 0.45 280 180 90 0.5
D30 0.81 280 100 135 0.3
資料來源：本研究
圖 2.1 ND 系列試體斷面之示意圖
（資料來源：本研究）
圖 2.2 ND 系列試體之詳細尺寸
（資料來源：本研究）
圖 2.3 D 系列試體斷面之示意圖
（資料來源：本研究）
63 106 106
63
106 106 63
10610610663106
550
550
40
柱主筋：D25-SD420W
柱閉合箍筋：D13-SD280，135/135 繫筋 柱內繫筋：D13-SD280，90/135 繫筋 箍筋縱向間距S(韌性柱)：100 mm
閉合箍筋 內繫筋
柱主筋
圖 2.4 D 系列試體之詳細尺寸
Cyclic Lateral Force 106
D 預埋PVC管 D
Bottom plate 550 550 15 Rebar D25 SD420W Rebar D25
2000 5020-D13@100=1950 BB
A A
Section A-A Section A-A
Longitudinal rebar welded with plate Steel plate (550 550 15)
550
Hole diameter = 250 mm
mm)
175500175
175 500 1000 500 175
50
第 二 節 試 體 製 作
本研究試體製作，計分為底座定平與試體放樣、基座施工、應變計黏貼 與試體上部柱身製作，各項製作程序詳述如下：
壹、底座定平與試體放樣
依據採購須知補充說明圖說所需之鋼筋種類與尺寸，由鋼筋加工廠直接 加工後，送抵本所材料實驗中心大型力學實驗室南側施工現場，如圖 2.5 所 示。進行施工區之清理與整地，並確認試體之設置位置，以6 分夾板與角木 組立底座並定出水平，進行每座柱試體製作位置之放樣，訂出底座8 處直徑 為70 mm 材質為 PVC 預留管的位置，如圖 2.6 所示。
圖 2.5 自加工廠完成加工送抵工作區之鋼筋
圖 2.6 底座定平與試體放樣
（資料來源：本研究）
貳、基座施作
由於本研究試體之基座，係採直立方式施工，因此須先完成基座鋼筋籠 之製作，再將主筋綁紮於下基座鋼筋籠，此時必須特別注意控制縱向鋼筋安 置的垂直度，須利用水平尺進行檢核，基座鋼筋籠完成組立之後，於基座灌 漿前須預埋直徑為700 mm，中心間距為 500 mm 的 PVC 管，此 PVC 管為試 體於後續安裝階段貫穿螺桿之用，基座側邊模板完成組立後，需再確認與固 定PVC 管的設置位置，確認完成後澆置混凝土。
叁、應變計黏貼
為瞭解柱試體於加載過程之鋼筋應力之變化，係規劃於試體塑性轉角發 生區，於縱向與橫向鋼筋黏貼應變計，完成應變計黏貼之情形，如圖2.15 所 示。並於黏貼完成之應變計，塗抹防水覆膜膠，最後再以電器膠帶纏繞保護，
並要特別注意防止應變計發生非預期之拉扯損毀。
另為降低試體於加載過程而造成對應變計之影響，所有應變計之訊號線
長為 3 m。而在應變計收線時應注意導線須沿著縱向鋼筋內緣或緊靠箍筋下 緣走線，防止混凝土澆置或震動搗實之動作，致拉扯而使應變計損毀。為避 免應變計於灌漿或養護時水分進入成束訊號線之集線區，所有外露於柱試體 外部之訊號線，均利用塑膠袋包覆保護，應變計訊號線束之出線情形，如圖 2.23 所示。
肆、試體上部柱身製作
下基座拆模後即可進行上部柱身之製作，此時需注意黏貼有應變計的箍 筋，必須放置於所規劃之量測位置，上部柱身鋼筋完成綁紮後，組立上部柱 身之模板，並於確認模板與訊號線束穩固後，澆置混凝土。
圖 2.7 底座鋼筋籠之組立
（資料來源：本研究）
圖 2.8 上部柱主筋之定位
（資料來源：本研究）
圖 2.9 底座預留 PVC 管之擺設與封口
（資料來源：本研究）
圖 2.11 底座預留 PVC 管之定位
（資料來源：本研究）
圖 2.12 底座混凝土澆置
（資料來源：本研究）
圖 2.13 試體吊耳於底座之設置
（資料來源：本研究）
圖 2.15 應變計之黏貼與固定
（資料來源：本研究）
圖 2.16 上部柱身鋼筋之組立
（資料來源：本研究）
圖 2.17 上部柱身模板完成組立
（資料來源：本研究）
圖 2.19 混凝土澆置坍度試驗
（資料來源：本研究）
圖 2.20 混凝土圓柱試體製作
（資料來源：本研究）
圖 2.21 柱頂無收縮水泥之澆置
（資料來源：本研究）
圖 2.23 應變計訊號線束之收線
（資料來源：本研究）
圖 2.24 試體製作完成與養護情形現況
（資料來源：本研究）
第 三 節 試 驗 裝 置 與 測 計 安 排
試體上方設有厚度為15 mm之鋼製頂板，頂板預留直徑為250 mm之圓 孔，以利試體由上而下灌漿之用，鋼製頂板保留至實驗前再蓋回，並於混凝 土澆置面與頂板下緣間，以無收縮水泥填滿其空間，讓致動器施加軸壓力 時，將應力平均分佈於柱試體之頂端，避免應力集中傳遞而造成非預期之破 壞。本研究RC柱試體均採單軸應變計，用以記錄柱試體下部塑性鉸區內部 縱向鋼筋、外箍筋與內繫筋等處之軸向應變，所有柱試體內部均設置8組應 變計，詳如圖2.25所示；外掛位移計則量測試體的位移量；試驗裝置有大型 試驗構架、600 噸與200 噸油壓致動器，進行撓曲試驗，探討非韌性配筋柱 與韌性配筋柱之撓曲行為，詳如圖2.26所示。撓曲試驗中所採用的側向位移 歷時圖，如圖2.27所示。本研究之試驗流程為首先針對柱試體施加軸力(試 驗過程中軸力維持不變)，再以位移控制模式(Displacement Control Mode)進 行側向位移歷時，其中側向位移速率為1 mm/sec。
圖 2.26 軸力構架試驗裝置示意圖
（資料來源：本研究）
圖 2.27 試驗側向加載之位移歷時
（資料來源：本研究）
第三章 試驗結果與討論
(Displacement Control Mode)加載之位移歷時，其中側向加載位移空至之速率 為1 mm/sec。3.1.1 試體 ND30
表 3.1 鋼筋拉伸試驗結果彙整(單位：MPa)
表 3.2 試體基礎 28 天齡期之圓柱試體抗壓強度
表 3.4 各混凝土圓柱試體抗壓強度
表 3.5 各柱試體試驗結果之強度與韌性變化
圖 3.1 混凝土圓柱試體抗壓強度試驗結果
（資料來源：本研究）
(a) θ=0.25% (b) θ=0.5%
(c) θ=0.75% (d) θ=1.0%
(e) θ=1.25% (f) θ=1.5%
圖 3.2 ND30 試體西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片
(g) θ=1.75% (h) θ=2.0%
(i) θ=2.5% (j) θ=3.0%
(k) θ=3.5%
圖 3.2 ND30 試體西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片(續)
(a) θ=0.25% (b) θ=0.5%
(c) θ=0.75% (d) θ=1.0%
(e) θ=1.25% (f) θ=1.5%
圖 3.2 ND30 試體東與南 2 側於各位移比逐步破壞情形照片
(g) θ=1.75% (h) θ=2.0%
(i) θ=2.5% (j) θ=3.0%
(k) θ=3.5%
圖 3.2 ND30 試體東與南 2 側於各位移比逐步破壞情形照片(續)
圖 3.3 ND30 試體遲滯迴圈反應圖
圖 3.4 試體 ND30 遲滯迴圈強度包絡線圖
(a) 保護層嚴重剝落
(b)外圍閉合箍筋與內繫筋端部 90 度彎鉤發生脫開
3.1.2 試體 ND40
(a) θ=0.25% (b) θ=0.5%
(c) θ=0.75% (d) θ=1.0%
(e) θ=1.25% (f) θ=1.5%
圖 3.6 試體 ND40 西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片
(g) θ=1.75% (h) θ=2.0%
(i) θ=2.5% (j) θ=3.0%
圖 3.6 試體 ND40 西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片(續)
(a) θ=0.25% (b) θ=0.5%
(c) θ=0.75% (d) θ=1.0%
(e) θ=1.25% (f) θ=1.5%
(g) θ=1.75% (h) θ=2.0%
(i) θ=2.5% (j) θ=3.0%
圖 3.7 試體 ND40 南與東 2 側於各位移比逐步破壞情形照片(續)
圖 3.8 試體 ND40 遲滯迴圈反應圖
(a) 保護層嚴重剝落
(b)外圍閉合箍筋與內繫筋端部 90 度彎鉤發生脫開 圖 3.10 試體 ND40 於試驗結束之破壞情形
3.1.3 試體 ND50
試體ND50 與試體 ND30 均全相同。但是，試體 ND50 規劃加載之軸壓 力為0.5Ag fc'，經計算本試體軸向強度之50%，即實際加載軸壓力為 4270 kN。
在位移比達0.25 %時，試體 ND50 表面混凝土未發現裂縫產生。在位移 比為0.5 %時，在柱試體東與西兩側，出現 2 條水平裂縫。在位移比為 0.75 % 時，在柱試體東與西兩側，開始出現接近45 度的斜向裂縫，試體底部南與北 兩側，水平撓曲裂縫逐漸增加。在位移比為1.75 %時，在柱試體東與西兩側 的斜向裂縫與水平裂縫，以及試體底部南與北兩側的水平裂縫，其開裂情形
在位移比達0.25 %時，試體 ND50 表面混凝土未發現裂縫產生。在位移 比為0.5 %時，在柱試體東與西兩側，出現 2 條水平裂縫。在位移比為 0.75 % 時，在柱試體東與西兩側，開始出現接近45 度的斜向裂縫，試體底部南與北 兩側，水平撓曲裂縫逐漸增加。在位移比為1.75 %時，在柱試體東與西兩側 的斜向裂縫與水平裂縫，以及試體底部南與北兩側的水平裂縫，其開裂情形