試體製作

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，銲 接 時 採 用 E70XX 系列銲材施銲，

CO2 銲條規格為 AWS E71T-1C，上橫隔板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 2-4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 2-4裡的立面圖所示。灌漿時將 幫 浦 車 之 泵 送 管 插 入 箱 型 柱 內 穿 過 橫 隔 板 之 預 留 圓 孔 直 至 試 體 最 下 方，一 邊 泵 送 一 邊 緩 緩 抽 出 泵 送 管，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 9 mm 厚之 ASTM A572Gr.50 鋼材，平均實測降伏強度 分 別 為 4.156 tf/cm²， 平 均 實 測 極 限 強 度 分 別 為 5.21 tf/cm²。

箱 型 柱 內 填 充 之 混 凝 土 抗 壓 強 度 為 420 kg/cm²（6000 psi）等級 ， 製 作 之 圓 柱 試 體 採 用 保 鮮 膜 包 覆 全 身，以 符 合 實 際 情 況（ 箱 型 柱 內 混 凝 土 無 法 養 護 ），混 凝 土 材 料 試 驗 隨 試 驗 之 進 行 每 週 壓 3 個圓柱試體 求 取 平 均 抗 壓 強 度，由 於 變 化 不 大，取 全 部 平 均 抗 壓 強 度 得 抗 壓 強 度 520 kg/cm²。 另 外 ， 本 研 究 也 特 別 利 用 應 變 環 測 試 混 凝 土 圓 柱 試 體 ， 並 繪 製 混 凝 土 應 力-應變曲線如圖 3-1所示。

圍 束 繫 桿 使 用 直 徑 13、19 及 25 mm 之 ASTM A490 及 JIS SS400 鋼 材，實 測 降 伏 強 度 及 實 測 極 限 強 度 如 表 3-1所示，其中 f_y,0.002為 0.002

長 度，單 位 為 公 分，例 如 試 體 T48-40-H 西南角落（SW）之縱裂縫觀 察 為 S16，代表其南面縱裂縫長度為 16 公分；西南角落（SW）之橫 裂 縫 觀 察 為 S1W4，代表橫裂縫出現於南面及西面，橫裂縫長度為南 面 1 公分西面 4 公分。本節並依照各系列試體介紹試驗過程中試體之 變 化 情 形 。

一 、 R 系列

R48-40 試 體 在 加 軸 力 前 ， 試 體 即 有 局 部 出 現 空 心 ； 在 側 移 角 達 1.5%時，試體塑鉸區之南及北面接連出現局部挫屈，如圖 3-2所示，

同 時 ， 試 體 達 到 最 大 強 度 ； 在 側 移 角 達 5%時，試體受撓曲壓力側嚴 重 局 部 挫 屈 ， 柱 板 沿 著 銲 道 旁 邊 開 裂 ， 如 圖 3-3所示，開裂位置為圖 3-4中路徑(2)，強度已經下降低於最大強度之 85%，做完此迴圈即試 驗 停 止 。

R40-20 試 體 在 加 軸 力 前 ， 試 體 即 有 局 部 出 現 空 心 ； 在 側 移 角 達 0.75%時，試體南及北面開始出現降伏線，如圖 3-5所示；在側移角達

R40-40 試 體 在 加 軸 力 前 ， 試 體 即 有 局 部 出 現 空 心 ； 在 側 移 角 達 1.5%時，試體塑鉸區之南及北面接連出現局部挫屈，如圖 3-8所示，

同 時 ， 試 體 達 到 最 大 強 度 ； 在 側 移 角 達 3%時，試體受撓曲壓力側嚴 重 局 部 挫 屈 ， 柱 板 沿 著 銲 道 旁 邊 開 裂 ， 如 圖 3-9所示，開裂位置為圖 3-4中路徑(1)，強度下降低於最大強度之 85%，做完此迴圈即試驗停 止 。

二 、 T 系列

T48-40-H 試體在加軸力前，試體即有局部出現空心；在側移角達 2%時，試體塑鉸區之南及北面接連出現降伏線及局部挫屈，如圖 3-10 所 示；在 側 移 角 達 3%時，試體達到最大強度；在側移角達 5%時，試 體 受 撓 曲 壓 力 側 嚴 重 局 部 挫 屈 ， 柱 板 沿 著 銲 道 旁 邊 開 裂 ， 如 圖 3-11 所 示 ， 開 裂 位 置 為 圖 3-4中路徑(1)；在側移角達 6%時，強度下降低 於 最 大 強 度 之 85%，做完此迴圈即試驗停止。

T48-40-M 試 體 在 加 軸 力 前 ， 試 體 即 有 局 部 出 現 空 心 ； 在 側 移 角 達 1%時，試體東面之柱中間先出現局部挫屈，如圖 3-12所示，但是 是 在 柱 中 間 而 非 塑 鉸 區；在 側 移 角 達 1.5%時，試體塑鉸區之東面先出 現 局 部 挫 屈；在 側 移 角 達 3%時，試體達到最大強度；在側移角達 6%

第 一 迴 圈 時，試 體 北 面 柱 板 因 受 撓 曲 壓 應 力 嚴 重 局 部 挫 屈 而 沿 著 兩 側 銲 道 旁 邊 縱 向 開 裂 ， 如 圖 3-13(a)所示，開裂位置為圖 3-4中路徑(2)，

且 南 面 承 受 撓 曲 拉 應 力 導 致 兩 側 銲 道 旁 邊 於 局 部 挫 屈 處 拉 裂，出 現 橫 向 及 縱 向 裂 縫，但 縱 向 裂 縫 開 裂 不 大，如 圖 3-13(b)所示，開裂位置為 圖 3-4中路徑(1)，強度已經下降低於最大強度之 85%，做完此迴圈即 試 驗 停 止 。

T48-40-L 試體在加軸力前，試體即有局部出現空心；在側移角達 1.5%時，試體北面開始出現降伏線，如圖 3-14所示，同時，試體塑鉸 區 之 南 面 出 現 局 部 挫 屈 ， 如 圖 3-15所示；在側移角達 4%時，試體達

3%時，試體達到最大強度；在側移角達 6%第一迴圈時，試體南面柱 板 因 受 撓 曲 壓 應 力 嚴 重 局 部 挫 屈 而 沿 著 兩 側 銲 道 旁 邊 縱 向 開 裂，如圖 3-19所示，開裂 位 置 為 圖 3-4中 路 徑(1)；在側 移 角 達 6%第 一 迴 圈 時 ， 強 度 已 經 下 降 低 於 最 大 強 度 之 85%，做完此迴圈即試驗停止。

T40-40-M 試 體 在 加 軸 力 前 ， 試 體 即 有 局 部 出 現 空 心 ； 在 側 移 角 達 1.5%時，試體 塑 鉸區 之 南 面 出 現 局 部 挫 屈，如圖 3-20所示；同 時，

試 體 達 到 最 大 強 度 ； 在 側 移 角 達 5%第一迴圈時，試體受撓曲壓應力 側 於 局 部 挫 屈 處 壓 裂 產 生 縱 向 裂 縫 ， 如 圖 3-21所 示 ， 開 裂 位 置 為 圖 3-4中路徑(1)；同時，強度已經下降低於最大強度之 85%，做完此迴 圈 即 試 驗 停 止 。

T40-40-L 試體在加軸力前，試體即有局部出現空心；在側移角達 0.75%時，試體塑鉸區之北面出現局部挫屈，如圖 3-22所示；在側移 角 達 2%時，試體達到最大強度；在側移角達 4%第一迴圈時，受撓曲 壓 應 力 側（ 北 面 ）最 下 方 螺 桿 斷 掉，如 圖 3-23所示，接著換南面柱板 受 撓 曲 壓 應 力 時 則 因 嚴 重 局 部 挫 屈 而 於 西 南 角 落 沿 著 銲 道 旁 邊 及 柱

度，以 板 挫 屈 的 觀 點 來 看，這 會 提 高 板 的 挫 屈 強 度。原 本 未 使 用 繫 桿 的 填 充 型 箱 型 柱，其 破 壞 模 式 係 在 局 部 挫 屈 範 圍 內 的 角 落，沿 著 銲 道 旁 邊 開 裂 ， 開 裂 位 置 大 部 分 為 圖 3-4中路徑(1)，由於挫屈範圍被限制

住 ，T 系列的開裂範圍也因此被限制住，故破壞模式與未使用繫桿的

有 所 不 同 。

D25 SS400 19 25 4.24 4.90 D19 SS400 16 19 3.09 4.12 D13 SS400 13 13 3.65 4.83

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

表 3-2 試體裂縫位置及裂縫長度列表

NE (unit: cm) NW (unit: cm) SE (unit: cm) SW (unit: cm) Specimen 縱 裂¹ 橫 裂 ²縱 裂 ¹ 橫 裂 ² 縱 裂 ¹橫 裂 ² 縱 裂 ¹ 橫 裂 ²

R48-40 W9

R40-20 N10 N10 S12 E2 S17W2

R40-40 N15 N14 S16 S16

T48-40-H N16 N1E4 N17 N1W3 S14 S16 S1W4 T48-40-M E1 W12 N2W3 S8 S1E3 S14 S3W4

T48-40-L N8 N4E7 W1 S8 S1E3 W10S5 W2

T40-40-H N6 S13 S14 W2

T40-40-M N20 N1E2 N20 W1N1 S13 S20

T40-40-L N10E7 N20 E6 S16

註 ： 1 挫 屈 後 受 壓 側 沿 銲 道 開 裂 2 受 拉 力 側 柱 板 受 拉 開 裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 Strain

Stress (tf/cm2 )

圖 3-1 混凝土應力-應變曲線圖

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-2 R48-40 試體在側移角 1.5%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-3 R48-40 試體在側移角 5%時受壓柱板沿縱向開裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-4 試體受壓柱板沿縱向開裂斷面示意圖

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-5 R40-20 試體在側移角 0.75%時出現降伏線

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-6 R40-20 試體在側移角 3%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-7 R40-20 試體在側移角 6%時受壓柱板沿縱向開裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-9 R40-40 試體在側移角 3%時受壓柱板沿縱向開裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

(a) 降伏線

(b) 局部挫屈

圖 3-10 T48-40-H 試體在側移角 2%時出現降伏線及局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-12 T48-40-M 試體在側移角 1%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

(a) 撓曲壓應力側縱向開裂 (b) 撓 曲 拉 應 力 側 橫 、 縱 向 開 裂 圖 3-13 T48-40-M 試體在側移角 6%時受壓縱裂、受拉橫裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-14 T48-40-L 試體在側移角 1.5%時出現降伏線

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-16 T48-40-L 試體在側移角 6%時受拉橫裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-17 T40-40-H 試體在側移角 0.5%時出現降伏線

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-18 T40-40-H 試體在側移角 2%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-20 T40-40-M 試體在側移角 1.5%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-21 T40-40-M 試體在側移角 5%時受壓柱板沿縱向開裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-22 T40-40-L 試體在側移角 0.75%時局部挫屈

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 3-24 T40-40-L 試體在側移角 4%時局部挫屈處開裂

（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

極 限 側 移 角 θu、塑 性 轉 角 θp及 韌 性 μ 詳列於表 4-1（包括致動器施加 拉 力 、 推 力 時 之 結 果 以 及 平 均 值 ， 例 如 Mexp+為 致 動 器 施 加 推 力 時 之 試 驗 彎 矩 強 度 ，Mexp-為 致 動 器 施 加 拉 力 時 之 試 驗 彎 矩 強 度 ， 而 Mexp

為 平 均 試 驗 彎 矩 強 度 ） ； 其 中 混 凝 土 材 料 試 驗 強 度 f'ca 係 由 混 凝 土 圓 柱 試 體 壓 力 試 驗 的 結 果 取 平 均 求 得 ； 降 伏 側 移 角 θyn 之 定 義 為 由 原 點 及 第 一 迴 圈 包 絡 線 上 昇 段 75%理論彎矩強度（0.75Mn）交 點 連 線 上 理 論 彎 矩 強 度 Mn所 對 應 之 側 移 角 ， 如 圖 4-1所示；極限側移角 θu之 定 義 為 第 一 迴 圈 包 絡 線 下 降 段 對 應 於 85%試驗彎矩強度（0.85Mexp） 之 側 移 角 ， 如 圖 4-1第四象限所示之 θu， 若 第 一 迴 圈 包 絡 線 下 降 段 並 未 低 於 0.85Mexp， 則 取 為 最 後 之 側 移 角 ， 如 圖 4-1所示第一象限所示之 θu；塑 性 轉 角 θp之 定 義 為 極 限 側 移 角 θu減 去 降 伏 側 移 角 θyn所 剩 餘 之 側 移 角 ； 韌 性 μ 之定義為極限側移角 θu除 以 降 伏 側 移 角 θyn之 比 值 。 本 章 各 節 係 介 紹 各 試 驗 參 數 之 試 體 行 為 比 較 與 討 論 。

第 一 節

R48-40 試體為柱板寬厚比 48，承受約 39%標稱軸向強度之軸力 583tf，彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖如圖 4-2所示。R40-20 試體 為 柱 板 寬 厚 比 40，承受約 18.5%標稱軸向強度之軸力 210tf，彎矩-側 移 角 遲 滯 迴 圈 及 包 絡 線 圖 如 圖 4-3所 示 。 R40-40 試 體 為 柱 板 寬 厚 比 40，承受約 40%標稱軸向強度之軸力 455tf，彎矩-側移角遲滯迴圈及 包 絡 線 圖 如 圖 4-4所示。由表 4-1可看出試體 R48-40、R40-20 及 R40-40 之M_exp M_n 分 別 為 1.03、1.08 及 1.09，所有試體之理論彎矩強度尚屬 保 守，而 平 均 塑 性 轉 角θ 分別為 2.92、3.73 及 1.31%rad，由試體 R40-20_p 及 R40-40 可看出軸力比由約 18%增加至 40%，會使θ 驟降，此與 2010_p 年 陶 其 駿 及 蔡 煒 銘 之 研 究 報 告 結 果 相 符 合；而 值 得 注 意 的 是，軸 力 比 約 40%時試體 R48-40 的θ 反而比試體 R40-40 增加不少。將 R 系列的_p 結 果 併 同 2009 年陳正誠等人及 2010 年陶其駿及蔡煒銘之研究結果繪 成 塑 性 轉 角-軸力比分佈圖，如圖 4-5所示，寬厚比 32、40 及 48 的數 據 點 分 別 以「◆」、「▲」及「■」標 示 ，可 看 出 軸 力 比 增 加 確 實 會 降 低 塑 性 轉 角 容 量 ； 由 寬 厚 比 32 的數據點線性回歸，可得到軸力比

P0

P 不 大 於 35%時，塑性轉角容量可達 3% rad 以上；由寬厚比 40 的 數 據 點 線 性 回 歸，可 得 到 軸 力 比P P₀不 大 於 27%時，塑性轉角容量可 達 3% rad 以上；這也代表寬厚比 40 的試體在軸力比 P P₀大 於 27%時，

塑 性 轉 角 容 量 無 法 達 到 3% rad，寬厚比 32 的試體在軸力比 P P₀大 於 35%時，塑性轉角容量無法達到 3% rad，但是從國內 SRC 規範對填充 型 箱 型 柱 柱 板 寬 厚 比 的 規 定 無 法 合 理 預 測 此 結 果 。

塑 性 轉 角 容 量 無 法 達 到 3% rad，寬厚比 32 的試體在軸力比 P P₀大 於 35%時，塑性轉角容量無法達到 3% rad，但是從國內 SRC 規範對填充 型 箱 型 柱 柱 板 寬 厚 比 的 規 定 無 法 合 理 預 測 此 結 果 。