試體製作

試驗試體之鋼管部份製作乃採兩片鋼板冷彎成 U 型，採全滲透銲接 對銲而成鋼管柱，並對應於梁翼為置上下處於鋼管柱上切兩對長槽形開 口，於工廠中將兩片鋼板穿過長槽孔並與鋼柱採全滲透銲接接合，上貫 穿翼板寬度與梁翼板寬度相同，而下貫穿翼板則較大，運送至工地後可 以以填角銲俯銲的方式接合貫穿式翼板與鋼梁翼板。此種作法之優點為 可改善施工性使其接頭之力量傳遞平順，亦可防止柱面連接梁翼板處受 拉作用下柱翼板產生平面外變形；又鋼梁翼板於地震力作用下塑鉸將產 生於貫穿翼板末端，能確保鋼梁發展其極限彎矩強度，並維持韌性，於 鋼柱欲與鋼梁接合處銲上剪力板；且於鋼管柱最底端往上起算 850 mm 處設置一直徑 116 mm（4 in）之灌漿孔，最後由鋼構廠製作組裝完成後 運至試驗場地進行鋼管柱之灌漿工作，於試體混凝土澆灌工作之灌置，

乃由混凝土壓送車將混凝土由柱底往上壓送，如照片 3.3 所示，此一灌 漿方式可以使混凝土可飽滿填充試體交會區避免於接頭區有空洞現象 產生。灌漿時以振動棒適當搗實混凝土，以避免鋼管柱試體內部出現骨 材分佈不均現象，爾後等試體強度達設計強度之三分之二，於試體實驗 場地國家地震工程研究中心進行試驗組裝，試體吊裝、油壓致動器與資 料收集器之操作皆由地震中心工作人員擔任。

CFT 梁柱接頭試驗是為瞭解交會區力量傳遞機制與其破壞模式，在

瞭解其力學行為特性前須先確定材料之真實強度，故須對試體所使用之 鋼材試片進行試片之抗拉試驗來得知，如表 3.3 所示。混凝土則由混凝 土圓柱抗壓試驗測量出實際強度，分別為 28 天及實驗當天，如表 3.4 所示。如表所示，本試驗試體之混凝土強度皆比設計強度大上很多。

3.4 試驗設置

於本節將介紹此試驗中所採用之試驗裝置可分為加載系統及量測 系統，加載系統包括了油壓致動器、油壓千斤頂等；量測系統包括了資 料擷取器等。

3.4.1 加載系統

本試驗試體乃取於一三層樓 CFT/BRB 構架在受地震力作用時，梁 與柱在跨距中心產生反曲點時之子結構。為模擬試體梁兩側之鉸點與柱 上下兩鉸點，將東西側之垂直油壓致動器以自由轉動之鉸支承模擬之，

遠離反力牆之垂直油壓致動器為東方，靠近反力牆者則為西方，柱下鉸 點以一側向支撐固定於 H 鋼梁試驗架上，使柱中心與試驗構架之中心重 合，柱上鉸點以一水平油壓致動器接一連接板將柱固定夾緊，由於此鉸 點為不可移動之點，故將油壓致動器之位移控制為零，使油壓致動器中 心線與柱中心線之交點為此模擬鉸點，結構本身所受之垂直載重則以柱 軸向荷載模擬之，但在考量若在柱軸向加載荷重且又要施以柱側位移之 試驗裝置在實驗構架設計困難度較高，因此將施載之柱位移改以相應梁 端位移來取代。於四組邊柱子結構只採用東側垂直油壓致動器模擬梁端 位移之施加，二組十字型內柱子結構採東西側垂直油壓致動器模擬梁端

位移之施加，試體安裝如圖 3.18 及圖 3. 19 所示。

試驗構架之設計上，柱承受之靜載重以一橫梁透過栓接方式，在南 北方向各以一根螺桿連接強力地板，由強力地板下兩油壓千斤頂施加預 拉力，用此來模擬試體所受之靜載重，所施加載重為南北向各 441.5 kN，

共為 883 kN 之軸力，約為 10%柱軸向容許強度（0.1 Pn）。梁端位移以 東西兩側梁端之垂直向制動器以相對方向施載，模擬層間柱位移量。

試驗場地之國家地震工程研究中心之實驗室，所使用之支承裝置包 括有一厚度 1.2 公尺之強力地板，12 公尺厚之反力牆，支承試體為一 BH400×400×25×36 組合梁與一 BH650×650×25×25 加勁鋼梁做螺栓接合 之構架，固定柱下鉸點為一個三角型組合梁與一 BH185×450×36×36 組 合梁螺栓接合之構架。為避免鋼梁產生側向扭轉挫屈，以一高 5 公尺為 H300×300×10×15 鋼梁組合之側向支撐構架固定於東西鋼梁，如圖 3.20 與 3.21 所示。

CFT 梁柱接頭實驗所採用之施力裝置，包括了三支油壓致動器與一 組油壓千斤頂，述說如下：

1. 柱端水平向油壓致動器：此油壓致動器在整個實驗並不參與施力 於試體上，其最大作用在於使試體柱頂保持固定不動，以模擬柱中點之 鉸點，以位移控制此模擬鉸點位移為零。在設置上是一端固定於反力牆 上，一端固定於柱頂，與柱試體連接一 BH310×450×36×36 組合梁以螺 栓接合固定如圖 3.20 所示。

2. 梁端垂直向油壓致動器：垂直向油壓致動器各設置於東西兩側，

東側遠離反力牆，西側靠近反力牆，各與試體東西延伸鋼梁以螺栓接 合。在整個實驗裡是模擬地震做用時之反覆載重，由電腦控制伺服器，

皆以位移控制，反覆施加相對位移載重於試體鋼梁上，作用力為相反方 向，此目的在於給予柱心一同向之兩倍大小之作用彎矩。

3. 柱軸向油壓千斤頂：施載方式是於柱頂加一南北向橫梁，透過橫 梁栓接大型螺桿，穿過強力地板，藉由強力地板下之油壓千斤頂對柱頂 施加反向拉力，用以模擬整結構系統所受之靜載重，在此次實驗中所施 加固定軸力為 883 kN。

本實驗所採用為動態油壓致動器，是由美國 MTS 公司製造，其正 負方向衝程皆為 1016 mm，最大施力為正方向 1472 kN 與負方向 981 kN，施力裝置之控制是由控制器 MTS458.20 控制，全經由電腦伺服器 準確控制位移或力量。本實驗三支試體皆以等位移率之位移 1.875 mm/sec 控制方式進行試驗。

3.4.2 量測系統

1. 資料擷取系統

此試驗中所有資料的傳遞皆由電腦與一 THS-1100 高速資料集錄盒 連接，每秒可收集 1000 組資料，搭配一可接組數據之高速 Switch Box SHW-50D 切換器來擷取各個量側系統所量測得到之資料，再經由電腦 之伺服器控制致動器與油壓千斤頂力量或位移，即可隨時觀察試體在每 個歷程時之變化。實驗中所控制資料擷取速率為 1 次/sec。

2. 載重與位移量測系統

此量測系統共分為量測載重、變形位移、角度，介紹如下。

(1) 荷重計：在此次實驗共使用了五個荷重計，三個裝置於致動器 活塞前端，用以量測梁端位移及柱端致動器所產生對應載重，二個裝置 於強力地板下之千斤頂前端，量測對柱頂所輸出之載重大小。

(2) 位移計：是用以量測位移，本實驗中共使用了三個 LVDT 位移 計來擷取致動器作用於梁端時之變位，進行位移之控制。在梁柱交會區 採用了兩個π gauge 來量測梁柱交會區受反覆載重下所產生之對角線 位移量，進而推算交會區之剪應變。

(3) 傾斜儀（Tiltmeter）：於梁柱交會區設置一垂直向與水平向，是 用以量測在反覆載重下交會區剪力變形與柱轉角。六組試體位移計與傾 斜儀之架設圖如圖 3.22、3.23、3.24 及 3.25 所示。

本實驗過程中為了可清楚辨識於每一層間變位試體受載重作用時 變形與破壞，於柱試體與鋼梁上塗佈掺用黃色色母之石膏水，均勻塗 抹，此作用在藉塗佈於鋼柱與鋼梁石灰掉落可清楚觀察鋼柱產生剪力變 形時所產生之 45 度石膏剝落紋路及鋼梁降伏與挫屈破壞之情形，可由 照片 3.4 所示。

3.5 試驗程序

於整個試體架設完畢及量測儀器架設穩當後，開始實驗前先於柱端 以油壓千斤頂施加共 883 kN 之力量，以模擬 RCS 構架柱所須承受之軸 力。此時試體因受軸力做用而發生軸向縮短，為消除由柱軸力使東西梁 端產生之頂壓力，故先以伺服器控制東西側致動器使之縮短，並設定此

處位移為零，及完成實驗前之準備工作。

實驗開始是以東側梁端位移來控制試驗之進行，以一固定位移率為 1.875 mm/sec 進行加載，按預計之位移歷程施載直至試體達破壞停止實 驗。本 CFT 接頭試驗之位移歷時為 FEMA 350（2000）所推薦並加修改，

於層間變位角為 0.25、0.375、0.5、1.0（即 30 mm 之梁端位移）作三次 循環，於層間變位角為 1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 % 弧度作二 次循環，如圖 3.26 所示。施力過程將位移歷時輸入位移控制程式，由電 腦控制，並於歷時 1.0 % 弧度層間變位角第一個循環位移正負方向最大 時使油壓致動器停留一次，進行試體行為觀察與拍照並記錄之，爾後在 歷時 3.0 % 弧度層間變位角第一個循環位移為零時使油壓致動器停留 一次，此時試體所受力量較小在進行試體行為觀察與拍照時較安全，繼 續下一循環施載，直至實驗完畢。

於實驗開始進行後，試驗過程中以表格、照片記錄試體試驗過程之 行為鋼梁石膏是否有剝落、斷裂挫屈等情形。若實驗中試體有發生斷裂 或荷載能力有明顯下降至最大荷載之 2/3 以上之情形時，決定是否繼續 進行實施或停止實驗。

本試驗觀察記錄方式乃以東側致動器之位移做一依據，致動器伸長 時為正，縮短時為負，以第一循環為例，致動器向上伸長 7.5 mm 時，

為＋7.5 mm，其餘以此類推。

第四章 實驗結果與討論

4.1 試體行為

試驗程序乃採位移歷時控制，試驗過程中油壓致動器行程達於預定 之層間變位角相對之梁端位移時，記錄試體受力情形與破壞行為，各試 體 1%弧度層間變位角乃對應 30 mm 梁端位移，以下敘述六組試體於試 驗過程中之與行為破壞情況。

4.4.1 試體 H4GT

試驗前之準備工作，如：試體上石膏漆、量測儀器架設及軸力施加 等皆完成後，試驗開始進行。試體 H4GT 於 0.25 %弧度至 1.0 %弧度層 間變位角之迴圈，梯形與矩形貫穿翼板端處之鋼梁翼板相繼開始有些許

試驗前之準備工作，如：試體上石膏漆、量測儀器架設及軸力施加 等皆完成後，試驗開始進行。試體 H4GT 於 0.25 %弧度至 1.0 %弧度層 間變位角之迴圈，梯形與矩形貫穿翼板端處之鋼梁翼板相繼開始有些許