第一次試驗現象觀察

試體IFS3 第一次試驗前全景如照片 3.85所示，圖 3.1(d)為試體彎矩與 端位移關係圖，當達到實驗載重歷時(圖 2.5)中每個新階段的最大位移

，觀察重點在於梁上下翼板及腹板之降 柱交會區疊合板及橫隔板的降伏情形，有關試驗

(1)

梁

時，將實驗暫停以進行觀察與紀錄 伏挫屈情形、加勁板、梁

過程中試體的行為描述如下:

層間側位移角θ =±0.375%弧度:

位移角θ =0.375%弧度結束時，梁上翼板於加勁板範圍內出現輕微的 降伏(照片 3.86)，梁下翼板於加勁板範圍內亦出現輕微的降伏(照片 3.87)，且梁下翼板內側於距柱面 80 mm處出現輕微降伏(照片 3.88)。

(2)

層間側位移角θ =±0.5%弧度至θ =±0.75%弧度:

位移角θ =0.5%弧度結束時，梁上翼板降伏情形維持不變，且梁上翼 板內側於距柱面40 mm處出現輕微降伏，梁下翼板內側之降伏現象延 伸至距柱面140 mm處(照片 3.89)，梁下翼板的降伏範圍則延伸至距 柱面 700 mm處(照片 3.90)，並且加勁板開始出現輕微降伏(照片 3.91)。

(3)

層間側位移角θ =±1%弧度至θ =±2%弧度:

位移角θ =1%弧度結束時，梁上下翼板各部位降伏情形相同。位移角

−

θ = 1.5%弧度時，梁下翼板內側之降伏現象由距柱面 140 mm處延伸 至距柱面1100 mm處(照片 3.92) 。θ =−2%弧度時，梁上下翼板之降 伏範圍則延伸至距柱面1200 mm處( 3.93及照片 3.94)，梁腹板之

照片 3.95)。

照片

降伏範圍則延伸至距柱面500 mm之塑鉸處( θ =+2%弧度

(4)

層間

時，於交會區之背側柱翼板內側因撓曲而產生輕微降伏(照片 3.96)。

側位移角θ =±3%弧度:

位移角θ =−3%弧度時，照片 3.97為試體梁上翼板之降伏情形，梁腹 板之降伏情形則屬塑鉸處最為嚴重(照片 3.98)，照片 3.99為加勁板目 前的降伏情形。位移角θ =+3%弧度時，交會區之疊合板開始出現輕 微降伏(照片 3.100)，且梁下腹板受拉與剪力板出現 1 mm之相對位 移。

(5)

^{層間側位移角θ =±}4%弧度:

位移角θ =−4%弧度時，照片 3.101為梁上翼板之降伏情形，且梁腹板 出現幅度為2 mm的輕微挫屈(照片 3.102)，梁下翼板也出現幅度為 5

mm的輕微側向扭轉挫屈(照片 3.103)。位移角θ =+4%弧度時，梁上 翼板於加勁板端部出現幅度為2 mm的局部挫屈。位移角θ =4%弧度 結束時，交會區疊合板的降伏情形更為明顯( 3.105)， 3.106 試體已滿足AISC(2005)耐震設計規範所

3.6.1

板挫 於梁

最大位移時，將實驗暫停以進行觀察與紀錄，照片3.108為試體IFS3 第二 試驗前之全景。

照片 照片

則為加勁板的降伏情形，此時

規定的位移歷時至4%弧度層間側位移角下，梁柱焊道未發生破壞且 試體各部位皆未出現任何細微之裂痕，故將油壓制動器之力量歸零後 停止油壓制動器的控制並結束實驗，照片 3.107為試體第一次試驗結 束前最大位移角之全景。

.2 第二次試驗現象觀察

因試體IFS3 於第一次試驗結束後，由試驗觀察現象得知梁翼及梁腹 屈現象均不明顯，因此將試體IFS3 進行第二次試驗，本次觀察重點在 上下翼板及腹板之挫屈情形，當達到每個新階段的層間側位移角下之

次

(1)

層間側位移角θ =±0.375%弧度至θ =±0.75%弧度:

試體之降伏及挫屈情形與第一次試驗結束時相同。

(2)

層間側位移角θ =±1%弧度至θ =±2%弧度:

位移角θ =−1%弧度時，梁上翼板左側母材與梁柱焊道交界處出現細 微之裂痕(照片 3.109)，且於近梁柱焊道右側的位置發現梁翼和加勁 板接合之焊道出現裂痕(照片 3.110)。位移角θ =−1.5%弧度時，發現

加勁板端部與梁上翼板接合處出現開裂的情形(照片 3.111)。位移角 θ =2%弧度結束時，梁柱焊道與加勁板端部之裂縫情形維持不變。

(3)

層間側位移角θ =±3%弧度至θ =±4%弧度:

位移角θ =−3%弧度時，梁上翼板出現 3 mm的輕微側向扭轉挫屈，梁 下翼板則出現5 mm的輕微側向扭轉挫屈，梁腹板於塑鉸處出現幅度 3 mm的輕微挫屈(照片 3.112)，梁下翼板於加勁板端部接合處出現微 小裂痕(照片3.113、照片 3.114及照片 3.115)。位移角θ =−4%弧度時，

板於塑鉸處之挫屈幅度由3 mm增加為 8 mm(

梁腹 照片3.116)，而梁

下翼板出現幅度約10 mm的撓曲變形(照片 3.117)，且伴隨著幅度約 10 mm的側向扭轉挫屈(照片 3.118)。位移角θ =+4%弧度時，梁上翼 板於加勁板端部出現幅度約 3 mm的局部挫屈(照片 3.119)，照片 3.120則為梁柱交會區疊合板的降伏情形，而梁下翼板於下勁板端部 之裂痕長度約30 mm(照片 3.121)。

層間側位移角 =±

(4)

θ 5%弧度:

位移角θ =−5%弧度時，梁腹板於塑鉸處的挫屈幅度由 8 mm增加為 15 mm(照片 3.122)，梁下翼板於塑鉸處出現約 10 mm的挫屈行為(照 片3.123)，且梁下翼板的側向扭轉挫屈幅度由 10 mm增加為 15 mm(

照片 3.124)。位移角θ =+5%弧度時，梁上翼板於加勁板端部之挫屈 幅度由3 mm增加為 8 mm(照片 3.125)，而梁下翼板母材與梁柱焊道 交界處則出現微小裂痕(照片 3.126)。

(5)

^{層間側位移角θ =±6%弧度:}

位移角θ =−6%弧度第一圈時，照片 3.127為加勁板的降伏情形，梁上 翼板左右兩側的裂痕情形有明顯變大的趨勢(

內凹約 50 mm幅度的局 照片 3.128及 照片 3.129)，且梁下翼板母材於加勁板端部因翼板局部挫屈而出現明顯開 裂(照片 3.130)，梁腹板於塑鉸處的挫屈幅度則由 15 mm增加為 30 mm(照片 3.131)，梁下翼板於塑鉸處則出現

部挫屈(照片3.132)。位移角θ =+6%弧度第一圈時，梁上翼板於塑鉸 處則出現外凸約49 mm幅度的局部挫屈，並發現交會區柱翼板內側於 加勁板後方因撓曲出現降伏(照片 3.134)，上橫隔板上方之柱翼板內 側亦出現降伏(照片 3.135)，照片 3.133為梁上翼板最終的側向扭轉挫 屈情形，當試體進行至位移角θ =+6%弧度第二圈時，梁下翼板焊道 與 柱 翼 板 交 界 處 發 生 斷 裂 情 形 (照 片 3.136、 照片 3.137及 照片 3.138)，此時將油壓制動器之力量歸零後停止油壓制動器的控制並結 束實驗，而照片3.139為梁柱交會區最終之降伏情形，照片 3.140為試 體第二次試驗結束前最大位移角之全景。

3.6.2 整體反應

彎矩與梁端位移關係

試 體IFS3 其 彎 矩 與 梁 端 位 移 關 係 如 圖 3.1(d) 所 示 ， 位 移 角

±

θ = 0.375%弧度時，梁翼板已產生輕微降伏現象，故無法確切得到試體 之最大彈性彎矩，但仍將實驗於位移角θ =−0.2%弧度範圍內之遲滯迴圈 線性迴歸，可得此試體彈性撓曲勁度之接近值為190592 kN-m。當位移 作

角超過θ =±0.375%弧度時，由於鋼梁未發生明顯挫屈，所以彎矩隨著實

驗載重歷時的改變而不斷增加，行進至位移角θ =−4%弧度第一圈時，達 到第一次試驗結束前之最大負彎矩為 3414 kN-m，接著至位移角θ =+4%

第一圈時，達到第一次試驗結束前之最大正彎矩為3559 kN-m。第二 次試驗行進至位移角 =

弧度

θ 3%弧度時，鋼梁開始產生面外位移且梁腹板及加 勁板端部均出現挫屈情形，位移角θ =4%弧度結束時，挫屈幅度逐漸加 大，故彎矩增加幅度趨於平緩，行進至位移角θ =−5%弧度第一圈時，達 到第二次試驗結束前之最大負彎矩為 3475 kN-m，接著至位移角θ =+5%

弧度第一圈時，達到第二次試驗結束前之最大正彎矩為3663 kN-m 後 行進至位移角

，最

±

θ = 6%弧度第一圈時，由於梁翼板出現嚴重挫屈，故彎矩 明顯降低。

彎矩與梁端位移分量

試體IFS3 的整體轉角主要由梁 及梁柱交會區所貢獻，如 節各 位移計所量测的數據可分別計算出試體IFS3 各梁端位移分量

、柱 2.6

、

δ

_c、

δ

_be

δ

pz 、

δ

bp，圖3.2(d) IFS3 彎矩與柱轉角分量關係圖，柱所造成的最大轉角 約為 0.0032 rad 3.3(d)為試體IFS3 彎矩與交會區剪力變形關係圖，梁 0.005 rad，且由圖 3.4(d)可知，梁端大部分的 彈性變形及梁產生塑鉸之後分別引起的梁端位移 為試體

，圖

柱交會區最大剪力變形約為 位移主要是由梁本身的

δ

be和

δ

_bp所貢獻，柱及梁柱交會區所提供的位移分量

δ

_c及

δ

_pz則很小。

3.6.3 局部反應

為了解試體 IFS3 其梁翼板及加勁板應變於各層間位移角之變化，所

以本研究在梁上下翼板及加勁板配置許多應變計，目的在於了解進行加勁 板補強後之梁柱接頭，鋼梁材質由A573.Gr50 取代 A36 後，距柱面 6 cm 處之梁翼板縱向應變分佈及所能承受之最大應變為何，梁翼橫向應變之分 佈則是為了觀測塑鉸是否因補強後而遠離柱面，而加勁板應變計的配置主

是方便計算加勁板之降伏範圍及彎矩貢獻。

1. 鋼梁梁翼縱向應變分佈

試體IFS3 其彎矩與梁上下翼板於近柱面 6 cm處之縱向應變關係分別 如圖3.31及圖 3.32所示，由圖中可發現梁上下翼板的應變均超過鋼材降伏 應變，且由於梁端位移先往負層間側位移角移動，使得上翼板先受拉再受 壓，當試體進入非線性行為時，上翼板容易先發生拉降伏的情形，故造成 應變計S11~S13 其拉應變明顯大於壓應變，外側應變計S10 及S14 則由於 受到梁翼兩側加勁板的束制造成其拉應變因此較低，反之，由於下翼板先 受壓再受拉，當試體進入非線性行為時，下翼板容易先發生壓降伏的情 形，故造成下翼板應變計其壓應變明顯大於拉應變。當位移角為負方向時 (Negative Bending)，梁上下翼板縱向應變之分佈如圖 3.33(a)，而位移角 為正方向時(Positive Bending)，梁上下翼板縱向應變之分佈如圖 3.33(b)，

由圖 3.33可看出試體IFS2 其最大拉應變發生在位移角 要

−

θ = 4%弧度時(彎 矩約為-3414 kN-m)，梁上翼板應變計S11 所測得之 0.86%，約為 4.5 倍之 梁翼降伏應變。

2. 鋼梁梁翼橫向應變分佈

試體IFS3 其彎矩與梁上下翼板於梁橫向各位置之應變關係分別如圖

3.34及圖 3.35所示，圖 3.36則為梁上下翼板橫向應變分佈情形，經過加勁 板補強後的IFS3 試體，其塑鉸位置已遠離柱面並出現於距加勁板端部 170 mm處，也就是梁上翼板應變計S16 及梁下翼板應變計S7 所在之位置，其 分別所測得之最大拉應變為 1.78%及 1.57%，最大壓應變則分別為 1.01%

3. 加

及1.23%。

勁板應變分佈

試體IFS3 其彎矩與加勁板各位置之應變關係如圖 3.37及圖 3.38所 示，圖3.39則為加勁板沿梁深之應變分佈，由此圖可看出當位移角θ =−4%

弧度時，梁上翼加勁板應變計R8-1 已顯示降伏，且於位移角θ =+4%弧度 時梁下翼加勁板應變計R1-1 所測得之加勁板最大拉應變為 0.32%。圖 3.40 則為加勁板沿梁深之應力分佈，乃利用圖3.39加勁板應變分佈對應其材料

可看出加勁板受拉時之降伏範圍，當位移角

特性所求得，由此圖 θ =−4%

弧度時，梁上翼加勁板受拉時之最大降伏範圍由梁翼及加勁板接合處算起

弧度時，梁上翼加勁板受拉時之最大降伏範圍由梁翼及加勁板接合處算起

在文檔中 翼型鋼柱與鋼梁加勁式接頭耐震行為 (頁 57-64)