第三章 試體試驗與結果分析
3.6 試體 4 實驗結果
試體 4 的梁柱交會區採用 6 mm 的鋼板包覆，削切鋼板的厚度為 8 mm 以焊接方式與包覆鋼板接合(照片 3.25)。在層間側位移角 θ = 0.005 弧度時，
受拉側的鋼筋混凝土柱面因受到撓曲作用，有細微的拉力裂縫於距梁上翼 板28 mm 處產生，寬度小於 0.1 mm。靠近柱面之梁端部翼板內側於層間側 位移角θ = 0.0075 弧度時產生些微降伏。在層間側位移角 θ = 0.01 弧度時，
混凝土柱因撓曲作用產生的拉力裂縫寬度為 0.2 mm，裂縫長度也明顯增 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，發現削切鋼板在受到拉力作用下，於柱面兩端產生 降伏，並可觀察到包覆梁柱交會區外的柱面鋼板與柱面分離約 4 mm。在層 間側位移角θ = 0.03 弧度時，包覆梁柱接合區外的柱面鋼板因削切鋼板承 受拉力而造成面外變形8 mm，且削切鋼板近柱面兩側的降伏區域也更加明 顯(照片 3.26)。當層間側移角達 0.04 弧度時，梁 2 接近柱面的削切鋼板端 部因受壓而產生挫屈，但在反向加載時挫屈的鋼板會因受拉而平直。在層 間側位移角達 0.04 弧度第二圈時，挫屈的幅度更加明顯(照片 3.27)。梁 2 之梁翼加勁板外之梁上翼板處亦發現降伏，而梁 1 下部削切鋼板則發現於 削切區域產生高模態挫屈(照片 3.28)，此時亦可發現蓋板產生些許彎曲變 形。在層間側位移轉角0.05 弧度時，梁 2 上部與梁 1 下部削切型鋼板因受 拉而斷裂，且受壓側之削切鋼板高模態挫屈形狀更顯著，蓋板產生明顯降 伏。梁2 腹板也因承受梁端彎矩與鋼腱預力的影響產生降伏(照片 3.29)，將 蓋板卸下可清楚觀察到削切鋼板於寬度最窄處斷裂(照片 3.30)，除此之外梁 及柱並無明顯的破壞。
3.6.2 整體反應
圖 3.43 為梁 1 與梁 2 的彎矩與梁端變形關係圖，由圖上可觀察到遲滯 消能行為飽滿，而且在載重回復後只留下些許殘餘變形。試體歷經每一階 段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 74,700 kN-m，在層間側位移角 0.04 弧度時試體發揮的彎矩為 644 kN-m( = 0.85
M
np)， 圖 3.44 顯示鋼腱力量與千斤頂力量之關係，圖中的轉折點可得知每 個歷時階段的分離彎矩(圖 3.4)，分離彎矩由起始的 230 kN-m 降至 0.04 弧 度下的186 kN-m，鋼腱的初始預力由 977 kN 下降至 871 kN 約 11%，圖 3.45 為在每個層間側位移角下的預力值，實驗所得的結果與前述兩種預測方法 均很接近。圖 3.46 為柱之變形轉角 θc與梁2 彎矩關係，由於柱上有因彎矩所造成 之撓曲裂縫，因此圖形有些許殘餘變形。柱、梁柱接頭區與梁所提供的梁 端側位移的貢獻量示於圖3.7(a)，發現梁柱分離造成剛體旋轉角引致的梁端 位移增量很顯著，各位移分量所佔之比例顯示於圖 3.7(b)，在 0.01 弧度層 間側位移角前，鋼梁的彈性彎曲曲率所造成之梁端側向位移所佔的比例最 大，之後即逐漸遞減，在層間側位移角0.04 弧度時梁以柱面為支點產生剛 體旋轉所造成的梁端側向位移量比例高達73%。
圖3.47 為試驗中由位移計所求得之中性軸位置與剛體旋轉角之關係，
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。依照(3.2)式計算分離轉角 θg與由位移計所 量測之位移量除位移計距離所得之剛體旋轉角做比較(圖 3.48)，比較後顯示 兩者的結果相當接近。
試體 4 的預力施加目標為 975 kN，試驗時鋼腱預力為 971 kN，經歷各 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，在 0.05 弧度層間側位移角完成後的預力因鋼梁翼板降伏而損失 10%。試體 4 在歷
經各階段層間側位移角歷時載重回到力量為零時的殘餘變位如圖 3.12 所 示，設計上試體4 的削切鋼板厚度為 8 mm，所提供的彎矩強度較試體 1 及 試體 3 小，且削切鋼板所能提供彎矩強度等於鋼腱預力所提供的彎矩強度 (圖 2.14)，螺栓也未有滑動現象，因此殘餘變位較前幾組試體小，但在鋼梁 產生降伏的情形下，造成鋼腱預力下降，因此在層間側位移達0.04 弧度後 會產生較大的殘餘變形。
圖 3.49 所示為削切鋼板的變形量與梁柱分離轉角的關係，受拉側在剛 體旋轉角達0.03 弧度時最大的位移量約為 15.6 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 = 29 mm，距受拉側 drt = 497 mm，利用(3.3)式計算消能裝置的伸長量與縮短量，分析所得之結果亦 顯示於圖中。3.6.3 局部反應
圖 3.50 為梁柱接合區內梁端彎矩與包覆鋼板上剪應變關係圖，不同位 置上的剪應變皆在彈性範圍內，其中由位移計L1 及 L2 計算的混凝土剪應 變可發現混凝土仍保持在彈性範圍，計算所得最大層間側位移角下的剪應 變沿鋼板分佈如圖 3.50(b)所示，發現包覆鋼板上剪應變的分佈在中央區域 較兩端為大。
梁 2 彎矩與梁翼板上應變計讀值的關係如圖 3.51 所示，在距柱面 1.5 倍梁深梁翼加勁板範圍內的應變計皆未達降伏，而在各階段之層間位移角 下應變沿梁身的分佈如圖 3.52 所示，由於在梁翼加勁板長度範圍 750 mm 內面積及慣性矩會增加，因此應變沿梁身的分佈在梁翼加勁板的範圍內有 效的降低，而削切鋼板的長度範圍 450 mm 內因彎矩分配使得彎矩效應下 降。
圖 3.53 為彎矩強度與需求沿梁的變化，可以觀察到梁翼加勁板外側之
梁翼板在剛體旋轉角達0.03 弧度時會達降伏，梁彎矩與梁翼加勁板外側之 梁翼板應變關係如圖3.54 所示，在層間側位移角達 0.04 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偏移。