第三章 試體實驗與結果分析
3.5 試體 3 試驗結果
3.5.1 試驗現象觀察
照片 3.27 為試驗前之全景，圖 3.46 為試體彎矩與梁端位移關係圖，
有關試驗過程中的現象描述如下：
(1) 梁端側位移角
θ
=±
0.0025弧度(Pmax=51 kN, Pmin=-49 kN)到θ
=±
0.005弧度(Pmax=98 kN, Pmax=-96 kN)
試體保持彈性，柱、梁及削切蓋板無降伏現象發生。
(2) 梁端側位移角
θ
=±
0.0075弧度(Pmax=139 kN, Pmin=-136 kN)位移角
θ
= 0.0075弧度時，下側削切蓋板中央削切處開始掉漆，顯示此 處發生降伏，而此時上側削切蓋板接近柱面也有些許降伏發生。(3) 梁端側位移角θ =
±
0.01弧度(Pmax=172 kN, Pmin=-162 kN)位移角θ = 0.01弧度時，上側削切蓋板中央削切處發生降伏，在位移角
θ = −
0.01弧度時，下側削切蓋板降伏更為明顯，如照片 3.28 所示。(4) 梁端側位移角θ =
±
0.015弧度(Pmax=201 kN, Pmin=-192 kN)位移角
θ =
0.015弧度時，除了削切蓋板降伏愈趨顯著外，梁下翼板於削 切蓋板端部有些微降伏，如照片 3.29 所示，此時剪力板與柱接之角落 也有降伏發生。位移角θ = −
0.015弧度時，試體發出連續聲響，經判斷 應為剪力板螺栓滑動所致。(5) 梁端側位移角
θ
=±
0.02弧度(Pmax=229 kN, Pmin=-219 kN)反覆載重進行至位移角
θ
= 0.02弧度時，聲響持續發生，上側削切蓋板 與梁翼板間出現 1 mm 的空隙，下側削切蓋板與梁翼板間有 2 mm 的空 隙。位移角θ
=−
0.02弧度時，下側削切蓋板些微挫屈，下側削切蓋板 與梁翼板間之空隙增加至 3 mm，此時上梁翼板於削切蓋板端部發生降 伏，如照片 3.30 所示。(6) 梁端側位移角
θ
=±
0.03弧度(Pmax=253 kN, Pmin=-209 kN)位移角
θ
= 0.03弧度時，上側削切蓋板挫屈，挫屈幅度為 5 mm(照片 3.31)，而此時下側削切蓋板與梁翼板之孔隙下降至 3 mm，剪力板未 塗漆部份裸露顯示梁轉動分離現象(照片 3.32)。位移角θ = −
0.03弧度 時，下側削切蓋板挫屈幅度達 21 mm，如照片 3.33 所示，因為挫屈幅度的增大，造成削切蓋板與梁翼板在板子間之焊接處也出現降伏(照片 3.34)，上側削切蓋板與梁翼板間空隙達 3 mm。
(7) 梁端側位移角θ =
±
0.04弧度(Pmax=258 kN, Pmin=-239 kN)位移角
θ =
0.04弧度時，上側削切蓋板挫屈幅度達 21 mm，下側削切蓋 板挫屈殘留變形為 7 mm。位移角θ
=−
0.04弧度時，下側削切蓋板挫屈 幅度達 42 mm，其上側削切蓋板挫屈殘留變形為 6 mm(照片 3.35)，下側削切蓋板挫屈致使連接削切蓋板與梁翼板間之焊道被拉裂，兩側 焊道被拉裂的長度各為 83 mm、43 mm，如照片 3.36 所示。
(8) 梁端側位移角
θ
=±
0.05弧度(Pmax=265 kN, Pmin=-222 kN)位移角
θ
= 0.05弧度時，上側削切蓋板挫屈幅度達 33 mm，因為削切蓋 板的挫屈幅度遽大，造成上側削切蓋板焊道也被拉裂，兩側拉裂長度 為 29 mm，而下側削切蓋板焊道拉裂長度持續擴大，各達 87 mm、70 mm，下側削切蓋板殘留挫屈幅度為 11 mm。位移角θ =−
0.05弧度時，下側削切蓋板挫屈幅度達 64 mm(照片 3.37)，由照片可看出下側削切 蓋板焊道拉裂非常嚴重，量測後其兩側拉裂長度各達 107 mm、114 mm，上側削切蓋板挫屈後的殘留變形為 10 mm，此時因為剪力板與梁 腹板間的轉動分離，造成下側梁翼板端部已頂到端板與削切蓋板間之 焊道。
(9) 梁端側位移位移角
θ
= 0.06弧度(Pmax=225 kN)試體的上下側削切蓋板雖然挫屈幅度隨著梁端位移的增加而持續增 大，但油壓制動器所讀取的力量值卻沒有顯著地下降，故實驗持續進 行至位移角
θ
= 0.06弧度。在此一位移角，上側削切蓋板焊道拉裂持續 擴大至 37 mm，最後下側削切蓋板焊道完全拉裂(照片 3.38)，因此停 止油壓制動器的控制並結束實驗。3.5.2 整體反應
試體 3 與試體 1 及 2 的主要差別在於採用鋼材 A36 的削切蓋板，目的 為比較不同鋼材對削切蓋板的行為有何影響，削切蓋板與鋼管混凝土柱採 用螺栓接合，此節主要是藉由分析試驗數據以了解削切式蓋板梁柱接頭的 行為，茲針對試體彎矩與 梁端位移關係及試體梁端位移分量分別說明如 下。
1、彎矩與梁端位移關係
試體 3 的彎矩與梁端位移關係如圖 3.46 所示，在位移角
θ = ±
0.0075弧 度前，試體仍保持彈性，經計算其彈性勁度為 55079 kN-m，為理論彈性勁 度的 102 % (表 3.1)，當位移角θ =±
0.0075弧度後，上下側削切蓋板開始 達到降伏，此時相對應的彎矩為 446 kN-m(= 0.8 Mnp)，造成試體勁度開始 遞減，反覆載重進行至位移角θ =±
0.03弧度時，上下側削切蓋板挫屈，但 試體強度在位移角θ
=±
0.04弧度時並沒有下降，而是先經歷一段平台後再 往上升，最大的試體彎矩強度在位移角θ
= 0.05弧度時發生，其值 749 kN-m(= 1.34 Mnp)，在反覆載重往位移角θ =
0.06弧度時，削切蓋板與梁翼 板接合之焊道拉裂，而造成強度驟減，試體 3 在正方向上的彎矩與梁端位 移之包絡線關係如圖 3.2 所示，由圖可看出試體 3 與試體 2 在位移角θ = 0.04 弧度內，各位移角下之彎矩強度相近，而在位移角θ
= 0.05弧度時，試體 2 因上側削切蓋板挫屈且中央削切處應變已達 17 %的關係，故彎矩強度下 降，而試體 3 雖然上側削切蓋板也已挫屈，但中央削切處應變明顯小於試 體 2，其值約為 5 %，故試體 3 之彎矩強度在此時還能往上升。若探討應變 差異的原因，判斷可能為材質或削切形狀的不同所造成。2、梁端位移分量
如第 2.6 節所述，由位移計所量測之數據可分別計算出試體 3 的各梁 端位移分量
δ
be、δ
c、δ
pz及δ
bp，圖 3.47 為試體 3 柱轉角θ
c與彎矩關係圖，圖 3.48 為試體 3 梁柱交會區剪力變形
γ
與彎矩關係圖，柱最大轉角約為004 .
0 弧度，而梁柱交會區最大剪力變形約為0.0005弧度，明顯小於試體 2 梁柱交會區之剪力變形，探討其原因，可能為試體 3 削切蓋板與柱採 T 型 裝置接合，能降低梁柱交會區的剪力變形。若將每一個正位移角下各梁端 位移分量變化情形繪製成圖表，可得圖 3.5，分析各梁端位移分量所佔的 比例，正方向之梁端位移分量分析如圖 3.6 所示，第三組為試體 3 之結果，
由圖可知試體梁端的主要變形由梁因削切蓋板塑性變形所致之梁端變形分 量所造成，柱、梁柱交會區所提供的位移分量都很小。
3.5.3 局部反應
1、削切蓋板橫向應變
圖 3.49 為削切蓋板上應變計與彎矩關係圖，削切蓋板靠近底板之應變 計所量測的應變沿橫向之變化如圖 3.50 所示，由圖中可知，當油壓制動器 往正方向推時，上側削切蓋板受壓，此處的壓應變在位移角
θ =
0.03弧度 前，應變沿橫向分佈約略相等，但在位移角θ
= 0.03弧度後，中間之壓應變 大於兩側(如圖 3.50(a)所示)；而當油壓制動器往負方向推時，削切蓋板受 拉，其應變分佈如圖 3.50(b)所示，與受壓情形相同，在位移角θ
= 0.03弧 度後，中間之壓應變大於兩側，試體三削切蓋板上靠近底板之應變都較試 體 1 與試體 2 大，原因為試體 3 此處的板寬較小所致。上下側削切蓋板靠 近焊接處之應變沿寬度方向變化情形如圖 3.51、圖 3.52 所示，以上側削 切蓋板為例，當削切蓋板受壓時，此處的壓應變在位移角θ
= 0.03弧度前非常平均，中央與兩側之值相差不大且都在彈性範圍內，但位移角超過
θ
=03 .
0 弧度後，焊道開始拉裂，造成此處的壓應變突增(如圖 3.51(a)所示)；
當削切蓋板受拉時，此處的應變在位移角
θ
= 0.03弧度前，為拉應變且中間 略大於兩側，位移角θ = 0.03弧度後，應變由正轉負(如圖 3.51(b)所示)，原因可能為拉應變未克服之前板受壓時所殘留的壓應變所造成。同樣的情 形也在下側削切蓋板焊接處發生，如圖 3.52 所示。
2、削切蓋板縱向應變
如圖 3.53(a)所示，當油壓制動器向正方向推時，上側削切蓋板受壓，
在位移角
θ
= 0.0075弧度內，受壓的削切蓋板其壓應變非常平均，沿縱向變 化不大，且都保持在彈性範圍內，但在位移角θ = 0.01弧度時，削切蓋板上 之壓應變均超過降伏應變，反覆載重進行至位移角θ
= 0.03弧度時，中央最 窄處的壓應變突然變小，旁邊的壓應變則持續變大，顯示削切蓋板在此一 位移角發生挫屈，此一現象也可在圖 3.54(a)、(b)觀察到，圖中標記處為上 下削切蓋板挫屈的時機；反之，當油壓制動器向負方向推時，上側削切蓋 板受拉，在位移角θ =
0.005弧度內，削切蓋板中央最窄處之拉應變大於兩 側且削切蓋板保持在彈性範圍，在位移角θ
= 0.0075弧度時，中央最窄處的 拉應變超過鋼材的降伏強度，且其拉應變遠大於兩側，隨著位移角的增大，中間最窄處的拉應變愈驅增大，如圖 3.53(b)所示，顯示當削切蓋板受到 較大的拉力時，中央最窄處承受主要的變形。
3、鋼梁翼板應變
圖 3.55 為設置在梁上翼板應變計(圖 2.18)所量測到應變與彎矩歷 時，由圖可知，梁翼板最大的軸向應變發生在削切蓋板端部位置的梁翼板 附近，梁上翼板在側位移角
θ
= 0.02弧度時因受壓而達鋼材之降伏應變(如圖 3.56(a)所示)，而削切蓋板內之梁軸向應變則非常小，始終保持在彈性 範圍內；當油壓制動器往負方向推時，梁上翼板受拉，其最大應變出現在 位移角
θ
= 0.05弧度，其值約為降伏應變之 2 倍(如圖 3.56(b)所示)。圖 3.57 為梁上翼板應變計所量測之應變與估計應變值之比較，其中圖 (a)為削切蓋板端部之梁翼板應變比較，而圖(b)為位於削切蓋板內部之梁翼 板應變比較，估計應變值為根據第 2.3.4 節所述之(2.63)式計算而得，由圖 可知，削切端板之應變計量測之應變值在正方向上與估計值接近，負方向 在位移角超過θ = 0.01弧度後實驗值明顯比估計值大，而削切蓋板內部之應 變計量測之應變值在所有的位移角都與估計值接近。
4、鋼梁腹板剪應變
圖 3.58 為梁腹板應變計之剪應變與彎矩關係圖。在削切蓋板端部之梁 腹板中央之剪應變明顯小於上下兩側之剪應變值，其值都小於鋼板的降伏 剪應變(如圖 3.59(a)所示)。而在削切蓋板內部之梁腹板，其剪應變在正方 向上，中央都大於兩側(如圖 3.59(b)所示)。若將每個位移角下削切蓋板內 部及外部之梁腹板剪應變沿梁深積分，可得兩個剪力值
V
in、V
out，圖 3.60 為V
in、V
out與油壓制動器力量V
act在每個位移角下之比較，圖中顯示三個梁 剪力值在層間位移角θ
= 0.03弧度弧度內接近，圖 3.23 第三組為試體 3 蓋 板內部梁腹板剪力值除以油壓制動器力量之比較，由圖可知，梁在削切蓋 板內仍提供將近 80 %的剪力抵抗能力。5、梁柱交會區剪應變
梁柱交會區之應變計所量測的剪應變在不同側位移角達到時沿柱寬度 方向變化如圖 3.61 所示。由圖可知，梁柱交會區的剪應變非常平均且都在 彈性範圍內，若將剪應變沿寬度積分乘上剪力模數，再乘上鋼管面積，所