第三章 試體試驗與結果分析
3.5 試體 3 實驗結果
試體 3 的梁柱交會區採 10 mm 鋼板包覆柱面，包覆鋼板內部混凝土則 無使用箍筋，削切鋼板的厚度為12 mm 與包覆鋼板在鋼購場內事先焊接組
合(照片 3.20)，並在梁腹板上下兩邊各加焊一片加勁板，以防止梁腹板於承 壓板內側提早降伏，照片3.21 為此試體實驗前之全景。在層間側位移角 θ = 0.005 弧度前，梁柱皆保持彈性，梁柱接合面亦無分離情形發生。受拉側的 鋼筋混凝土柱面於層間側位移角θ = 0.0075 弧度，因受到撓曲作用有細微 的拉力裂縫於距梁上翼板21 cm 處產生，寬度小於 0.1 mm。在層間側位移 角θ = 0.01 弧度時，靠近柱面之梁翼板內側產生降伏，但是並不明顯，而 混凝土柱上因撓曲作用產生的拉力裂縫更加明顯，寬度約0.1 mm，開裂的 範圍也明顯增加，且在此時可明確觀察到位於受拉側的梁承壓板與柱面分 離。在層間側位移角θ = 0.02 弧度時，發現梁 1 下翼板內側產生些許降伏，
但很不明顯，且削切鋼板在受到拉力作用下，於柱面兩端產生降伏。在層 間側位移角θ = 0.03 弧度時，東西側梁翼加勁板外之梁腹板與梁翼板內側 產生降伏(照片 3.22)。當層間側位移角達 0.04 弧度第二圈(照片 3.23)時，梁 2 下翼板螺栓產生滑動，此時梁翼加勁板外側之梁上下翼板內側降伏情形 更顯著。在結束層間側位角移達0.04 弧度後，試體除梁產生降伏外並無發 現其他破壞，因此重新再加載一次 AISC(2002)位移歷時，直到層間側位移 角達0.04 弧度時梁 2 上部削切型鋼板因受拉而產生斷裂(照片 3.24)。
3.5.2 整體反應
圖 3.32 為梁 1 與梁 2 的彎矩與梁端變形關係圖，圖形上跳動的部分為 削切鋼板與梁翼板栓接的螺栓滑動所造成的影響，兩次反覆載重試驗的彎 矩位移關係圖顯示，兩者的行為相差不多，在第二次0.04 弧度的層間側位 移角時因為削切鋼板斷裂造成彎矩下降。試體歷經每一次新的反覆載重歷 時之彎矩包絡線如圖3.2 所示，彈性勁度 KTE為87,807 kN-m，在層間側位 移角0.04 弧度時試體發揮的彎矩為 916 kN-m( = 1.2 Mnp)，兩次試驗鋼腱力 量與千斤頂力量關係如圖3.33 所示，可發現第二次試驗時之初始預力即為
第一次試驗時完成後之預力，試體3 由於施拉的鋼腱預力(1286 kN)與試體 1 相似，因此分離彎矩與試體 1 相差不大，在經過各階段的層間位移角後 分離彎矩仍只有小幅下降，但梁到0.03 弧度層間側位移角後因為降伏關係 造成鋼腱預力減小(圖 3.33)所示，從初始的鋼腱預力 1286 kN 下降至 1198 kN，圖 3.34 為在每個剛體旋轉角下的預力值，鋼腱力量的預測則根據 2.2 節中假設中性軸固定在梁翼板與腹板交接處，利用公式(2.10)求出鋼腱力量 (稱簡易分析)，另外可利用 2.2 節中所提出的迭代法求得中性軸位置再計算 出鋼腱力量(稱迭代分析)，可以觀察到兩個分析方法所得結果與實驗值接 近。
由變位分離計算所得之各位移分量表示於圖 3.7(a)，與試體 1 相同可以 看到柱、梁柱接頭區與梁彈性變形所提供的側位移在各階段的增加量隨著 彎矩增加而增加，但不顯著，只有梁柱分離的剛體旋轉角所造成的梁端位 移量增加明顯，各位移分量所佔之比例顯示於圖3.7(b)。
圖3.35 顯示二次試驗所得中性軸位置與剛體旋轉角關係，在梁柱分離 之剛體旋轉角達 0.015 弧度時，中性軸趨近於梁翼板與腹板接合處，與分 析所得之結果相符。由位移計L3、L4 計算所得的剛體旋轉角與(3.2)式計算 所得比較如圖3.36 所示，兩者的結果接近。
試體 3 的預力施加目標為 1300 kN，施加完預力後，由於錨碇損失，試 驗時鋼腱預力為1286 kN，歷經各階段的層間側位移角歷時後的預力與初始 預力之比值示於圖3.11，試體 3 在 θ = 0.03 弧度時梁產生降伏，造成鋼腱 預力慢慢的損失，試體 3 在做完各階段的載重歷時後除些許降伏外並無其 它破壞，鋼腱預力損失在 0.04 弧度層間側位移角下約 7%。試體 3 在歷經 各階段層間側位移角歷時回到力量為零時的殘餘變位如圖3.12 所示，雖然 削切鋼板所提供的彎矩大於鋼腱預力所提供的彎矩強度造成殘餘變形的產 生，但由圖3.32 可以發現削切鋼板斷裂後便不再有殘餘變形的產生。
圖 3.37 顯示受拉側在剛體旋轉角達 0.03 弧度時最大的伸長量約 15.3 mm，假設中性軸位於梁翼板與腹板交接處，則中性軸距受壓側消能裝置
d
rc = 31 mm，距受拉側 drt = 499 mm，利用(3.3)式計算削切鋼板的伸長量與 縮短量，分析所得之結果(簡易分析)如圖 3.37 所示，另外利用迭代法計算 所得削切鋼板的變形量也示於圖中，可以看到由於試驗過程中螺栓產生滑 動，因此實驗所量測之削切鋼板位移量較分析的低。3.5.3 局部反應
圖 3.38 為梁柱接頭區內梁端彎矩與包覆鋼板上應變計應變關係圖，全 部的剪應變皆在彈性範圍內，其中由位移計計算所得的混凝土剪應變[圖 3.38 (h)]雖產生些許雜訊但仍保持在彈性範圍，發現接頭區混凝土剪應變約 與包覆鋼板局部剪應變一致。
梁 2 彎矩與梁翼板上應變計讀值的關係如圖 3.39 至所示，在靠近柱面 2 倍梁深的加勁板範圍內的應變計皆在彈性範圍，在梁翼加勁板外側之應 變計S15 再 0.03 弧度層間側位移角達到降伏，而在各階段之層間位移角下 應變沿梁身的分佈如圖3.40 所示，發現在層間側位移角達 0.03 弧度時，梁 翼加勁板端部的梁翼板內側應變計降伏，與試驗時的觀察結果相符。
圖 3.41 為彎矩強度與需求沿梁的變化，顯示梁翼加勁板外側之梁翼板 在層間側位移角達0.03 弧度時之前會達降伏，梁彎矩與梁翼加勁板外側之 梁翼板應變關係如圖3.42 所示，在層間側位移角達 0.03 弧度時，應變計所 量到的讀數達到降伏應變，圖形也因降伏而產生較大偏移。