第四章 實驗結果與討論
4.4 試體各變形分量
依據前面章節所述變形分離方法，梁柱子結構在反覆載重作用下所 引致試體產生之梁端總變形，利用架設於試體交會區之變形量測儀器之 量測結果將梁端總變位分離出三種變位，分別為鋼梁本身變形所引致之 梁端變位、交會區剪力變形所引致之梁端變位及柱變形所引致梁端變 位，分離所得之結果如圖 4.4 至圖 4.9 所示。以下就各試體分離後之三 種變形各描述之。
(一) 梁柱交會區變形分量
圖 4.10 為各試體彎矩與梁柱交會區變形轉角之關係圖。由圖 4.10 內梁柱二組試體之柱面彎矩與交會區旋轉角之關係圖所示，此二組交會 區已有些微進入非線性狀態，但參與變形消能之量不高，由照片 4.30 及照片 4.31 所示，試體 H2GT 與試體 H3GT 於交會區混凝土產生較多 之剪力裂縫，基於上述所言，由鋼梁與交會區共同消能之趨勢較不明 顯。由圖 4.10 顯示出四組外部接頭試體之交會區皆於線性狀態，而交會 區參與試體之變形轉角極少，試體 H4GL 與試體 H4BT 更呈現為一直 線，且由照片 4.32、照片 4.33 所示，試體 H4BT 與試體 H4GT 於試驗後 交會區切除鋼皮後可見交會區混凝土並無破壞可佐證交會區處於線性 狀態下。試體 H2GT 與試體 H3GT 之交會區已些許進入非線性狀態。
(二) 梁變形分量
圖 4.11 與圖 4.12 為各試體梁端載重與梁變形轉角之關係圖。由圖 所示，當梁端變為達 5%弧度層間變位角時，試體 H4BT 達最大梁端載 重，爾後鋼梁發生局部挫屈造成試體荷載能力衰減，約衰減 45%之載 重，而三組貫穿翼板試體於層間變位角達 6%弧度時達最大梁端載重，
於鋼梁上產生局部挫屈導致試體強度之衰減，而衰減速率緩慢，於試驗 結束試體整體強度略衰減 20%之強度。並由圖可知，試體之大部分變形 皆由鋼梁所提供，圖 4.13 為試體層間變位角於各變形之分量，由圖可知 試體變位角大部份由鋼梁所提供，柱與交會區所提供之梁端轉角皆極為 微小。
(三) 柱變形分量
圖 4.14 為各試體彎矩與柱變形轉角之關係圖，其轉角為柱所引致梁 端之轉角。由遲滯迴圈圖可知，除試體 H4GT 與試體 H4FT 其柱變形較 大些，有極些微進入非線性狀態，其餘四組試體皆處於彈性狀態下。四 組試體之柱所分擔之梁端轉角與交會區所提供之梁端轉角皆差不多，皆 符合「強柱弱梁」之設計準則。
4.5 試體整體強度包絡線
圖 4.15 至 4.18 所示為四組外梁柱子結構強度包絡線關係圖。並由 圖 4.19 可知，在梁端位移±120 mm 至±150 mm（及±4% 至±5% 層間變 位角）時達最大梁端荷載，其中三組貫穿翼板試體最大梁端荷載幾乎一 樣，顯示出於鋼管與貫穿翼板採填角銲接合與全滲透銲接接合之試體於 強度無明顯差異，得知鋼管與貫穿翼板之接合採填角銲接亦合適，但無 法明顯得知有無橫向銲道接合的試體之間於強度上差異，三組貫穿翼板
補強之試體於整體強度衰減亦較平緩。試體 H4BT 之最大梁端荷載較三
其中 M∆ 為鋼梁之梁端最大彎矩值，t 為梁翼板厚度。經由結點彎f
推論出一理論曲線，如圖 4.34 所示。
本文所提出之極限剪力強度V ，即式（2.58）u ，其值表示如下：
由彎矩-曲率關係曲線求取於軸力作用之柱彎矩容量M ，而鋼梁之pc
cn sn
n V V
V = + （4.12）
3
yt v sn
A F
V = （4.13）
j c
cn . f A
V = 71 ′ （4.14）
其中A 為鋼管之剪面積，v F 為鋼管容許降伏強度(MPa)，yt f ′ 為混凝土之c 抗壓強度(MPa)，A 為接頭有效斷面積。 j
(三) 接頭細部設計
本試驗之接頭細部設計包括有：貫穿翼板與梁翼之填角銲道設計、
貫穿翼板與鋼管之全滲透銲道設計，以及剪力板與螺栓數量設計等，以 上之細部設計乃由柱面彎矩M 與梁剪力f V 計算得之。 b
第五章 結論與建議
5.1. 結論
本研究規劃四組高交會區剪力容量之外梁柱接頭試體，與兩組低交 會區剪力容量之內梁柱接頭試體，縱觀整個試驗結果、試體行為、破壞 模式及交會區剪力強度計算可歸納出以下幾點結論：
1. 三組採貫穿翼板補強之外梁柱接頭試體，其補強翼板可有效將力量 傳遞進接頭區，將塑鉸移離柱面外，雖產生局部破壞，而試體整體 強度卻未因而嚴重衰減。採全梁貫入之外梁柱接頭試體其韌性消能 能力表現上較佳，可合宜應用於矩形鋼管混凝土柱之接頭上。
2. 整體行為表現上，全梁貫入試體 H4BT 較其他三組試體為佳，原因 乃於全梁貫入比翼板貫穿兩者與交會區混凝土有較佳複合效應，而 三組貫穿翼板之外梁柱試體於與鋼管接合處因貫穿翼板與鋼管銲接 之破壞導致滑動之現象，因而整體行為較試體 H4BT 為差，其遲滯 迴圈有束縮之現象。
3. 由四組外梁柱接頭試體之遲滯迴圈關係圖可知大部分之結構變形乃 集中於鋼梁，交會區剪力所引致之轉角有進入極微非線性之狀態，
柱則保持在彈性範圍內；消能機制主要由鋼梁非線性行為所提供。
4. 二組低交會區剪力容量之試體，亦因產生相同之破壞情況而無法有 效地經梁柱交會區產生大量剪力變形以消能，整體行為較無法顯現 出其優良性。
5. 本研究所設定之三種設計參數，最重要為交會區剪力強度之計算方 式，於試驗結果中明顯顯示已達設計目的，另外二設計參數皆可達 到對試體強度與韌性之功效，但於試體行為與整體強度之並無顯著 差異。
6. 由強度包絡線關係圖可知有無採橫向銲道試體於整體強度表現上皆 優良性，並無明顯差異，三組採翼板貫穿外梁柱接頭試體之整體強 度皆大於全梁貫入式接頭試體。
7. 本文中所規劃兩種不同型式破壞機制之試體，一為高交會區剪力強 度與低交會區剪力強度，於試驗後顯示皆可達設計目的，試驗結果 顯示剪力強度之計算應可行。本研究所提出之翼板貫穿式接頭設計 流程可預測梁柱接頭之破壞模式。
5.2. 建議
本試驗所設計兩種不型式消能機制之試體，一為由梁產生塑性變形 消能，於試驗中皆發現採貫穿翼板補強之試體，貫穿翼板與 CFT 鋼管柱 之接合處銲道因其破壞乃是銲道開裂後產生相對滑動所造成之局部破 壞，雖以鋼梁為消能構件之機制亦有顯現出來，但於試驗記錄中梁端荷 載-位移之遲滯迴圈中產生束縮現象，導致試體整體消能性略可，並未像 採全梁貫入接頭之消能性來的優良。
另一為由梁柱交會區產生大量剪力變形以消散能量，試驗之二組試 體，亦因上述之局部破壞於試驗後發現梁柱交會區未產生較大之剪力變 形行為，並未能有效顯現出交會區消能機制之優良行為。故推測其可能
原因在於鋼管之厚度略小（9 mm）所導致，若採鋼管厚度略大些，應可 避免此一局部破壞產生。唯文中所提之交會區理論模型，可估算交會區 之剪力強度。
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表 3.1 六組試體規劃與試體編號
Specimen
Column Tube A572 Gr.50
Total Length of Flange Plate
(mm)
H4GL 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4GT 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4FT 350x350x9 H450x200x9x14 200 240 770 H4BT 350x350x9 H450x200x9x14 --- --- --- H2GT 350x350x9 BH280x180x8x18 180 200 1150 H3GT 350x350x9 BH300x200x9x20 200 240 1150
*T-Flange Plate 為梯形貫穿翼板，B-Flange Plate 為矩形貫穿翼板。
表 3.2 六組試體設計參數規劃 H4GT H450x200x9x14 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 1.77 2.06 H4FT H450x200x9x14 34.46 Fillet Yes 4-F10t M24 1.77 2.06 H4BT H450x200x9x14 34.46 N/A N/A N/A 1.77 2.06 H2GT BH280x180x8x28 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 0.93 1.79 H3GT BH300x200x9x20 34.46 Groove Yes 4-F10t M24 0.78 1.36
＊Tube D/t ＝39
表 3.3 鋼管、鋼梁及貫穿翼板之材料試驗結果
Item Steel Grade
Yield Strength (MPa)
Ultimate Strength (MPa)
Flange Plate
A36 267 404
表 4.1 各試體之破壞模式
Specimen Failure Mode
H4GT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；
H4GT 上下貫穿翼板與 CFT 柱之接合銲道開裂之局部破壞；