試體 4 試驗結果

3.6.1 試驗現象觀察

照片 3.39 為試體 4 試驗前之全景，在試驗進行的過程當中，當達到每 個新階段的位移角下之最大位移時都將實驗暫停以進行觀察與紀錄，主要 觀察重點為試體 4 在上下削切蓋板上加裝了防止其挫屈的 T 型裝置後，削 切蓋板是否會挫屈，以及削切蓋板端部的梁翼板是否降伏。有關試驗過程 中的現象描述如下：

(1) 層間側位移角θ =

±

^0.0025弧度(Pmax= 44 kN, Pmin=-48 kN)到θ =

±

^0.005

弧度(Pmax= 77 kN, Pmin=-92 kN)

試體保持彈性，柱、梁及削切蓋板無降伏現象發生。

(2) 層間側位移角

θ

=

±

0.0075弧度(Pmax= 87 kN, Pmin=-122 kN)

位移角

θ

= 0.0075弧度時，試體發出連續聲響，發現是連接削切蓋板與 梁翼板之螺栓滑動，此現象持續發生直到試驗結束，並造成試體在位 移角

θ

=

±

0.0075到

θ

=

±

0.02弧度間，彎矩抵抗力保持在 361 kN-m (=

0.65 Mnp)以內，此行為與試體 1 相似。

(3) 層間側位移角

θ

=

±

0.01弧度(Pmax= 107 kN, Pmin=-121 kN)

由於削切蓋板與梁翼板相接的螺栓滑動，在上側削切蓋板端部觀察到梁 翼板相對於削切蓋板位移 2 mm (如照片 3.40 所示)。試體彎矩抵抗力 因螺栓滑動，依舊保持定值沒有上升。

(4) 層間側位移角

θ

=

±

0.015弧度(Pmax= 94 kN, Pmin=-128 kN)

位移角

θ

= 0.015弧度時，削切蓋板與梁翼板接合的螺栓觀察到掉漆現象 (如照片 3.41 所示)，原因為螺栓滑動所造成。

(5) 層間側位移角θ =

±

^0.02弧度(P_max= 120 kN, Pmin=-177 kN)

反覆載重進行至位移角

θ =

^0.02弧度時，梁端位移增加造成連接削切蓋 板與梁翼板之螺栓頂住螺栓孔而不再滑動，故試體彎矩抵抗力增加，

其滑動量為 4 mm。裝設於梁柱交會區的位移計 L1 發生脫落，故在此 一階段最大位移時，將實驗暫停後，重新裝設此一位移計。

(6) 層間側位移角

θ

=

±

0.03弧度(Pmax= 190 kN, Pmin=-246 kN)

位移角

θ

= 0.03弧度時，上側削切蓋板在靠近端部的角落之塗漆因為鋼 板受拉降伏而開始剝落(照片 3.42)，同時上側削切蓋板端部之梁翼板 也觀察到降伏現象(照片 3.43)。鋼管混凝土柱上之剪力板下側端部也 有些許降伏發生(照片 3.44)。

(7) 層間側位移角θ =

±

^0.04弧度(Pmax= 246 kN, Pmin=-282 kN)

位移角

θ

= 0.04弧度時，鋼管混凝土柱上之剪力板上側端部降伏(照片 3.45)，梁翼板螺栓孔周圍也觀察到降伏現象(照片 3.46 所)。

(8) 層間側位移角θ =

±

^0.05弧度(P_max= 283 kN, Pmin=-307 kN)

位移角θ = ^0.05弧度時，連接梁下翼板、下側削切蓋板及 T 型裝置之螺 栓傾斜(照片 3.47)，顯示當 T 型裝置滑移時，因 T 形裝置的螺栓孔為 槽型孔，故此端直徑 16 mm 螺栓可以滑移，但螺栓的另一端則頂住梁 翼板上之螺栓孔，而無法滑移，造成螺栓變形，同樣的情形也發生在 上梁翼板、上側削切蓋板及 T 型裝置之螺栓。位移角θ =

−

^0.05弧度時，

下梁翼板發生降伏現象(照片 3.48)，位置為削切蓋板端部之梁翼板內 側。

(9) 層間側位移角

θ

=

±

0.06弧度(Pmax= 303 kN, Pmin=-279 kN)

位移角

θ

= 0.06弧度時，上下側削切蓋板端部之梁翼板降伏較之前顯著 (如照片 3.49 照片 3.50 所示)，位移角

θ = −

^0.06弧度時，連接上梁翼 板、上側削切蓋板及 T 型裝置之螺栓被剪斷而彈出試體(照片 3.51)，

下側削切蓋板端部之梁翼板內側之降伏較之前顯著(照片 3.52)。

(10) 層間側位移角θ =

±

^0.07弧度(Pmax= 276 kN)

因試體彎矩強度持續上升，故實驗繼續進行至位移角

θ =

^0.07弧度，照 片 3.53 為此一位移角之試驗全景。在此位移角下，連接下梁翼板、下 側削切蓋板及 T 型裝置之螺栓也被剪斷而彈出試體(照片 3.54)，由照 片中可觀察到梁翼板螺栓孔位與削切蓋板之螺栓孔位分離，此為造成 螺栓剪斷之原因。上側 T 型裝置在此時因螺栓剪斷而無法繼續發揮防 止削切蓋板挫屈之作用，上側削切蓋板在此時挫屈(照片 3.55)，挫屈 幅度為 5 mm，試體 4 之彎矩抵抗力因削切蓋板的挫屈而下降，其下降 比例為正方向上最大彎矩抵抗力的 9 %。故實驗在此位移角下停止油

壓致動器的控制，結束實驗。照片 3.56 為剪斷之螺栓與完好之螺栓的 比較。

3.6.2 整體反應

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梁端位移分量分別說明如下。

1、彎矩與梁端位移關係

如圖 3.62 所示，圖中在位移角θ = ^0.0075到θ = ^0.015弧度之間，曲線呈 現微小跳動為螺栓滑動所造成，此時的彎矩約為 362 kN-m (= 0.65 Mnp)，

經計算傳遞至削切蓋板的力量為 702 kN (一顆螺栓約承受 117 kN)，大於摩 阻型螺栓提供的強度(106 kN)，位移角

θ =

^0.0075弧度內，試體仍保持在彈 性範圍且螺栓還未滑動，將其遲滯迴圈做線性回歸可得試體 4 之彈性勁 度，其值為 48142 kN-m，為理論彈性勁度的 0.89 % (見表 3.1)，在位移角 超過

θ

= 0.02弧度後，螺栓的滑動受到螺栓孔的限制而不再滑動，此時力量 才開始往上增加，最大的彎矩強度出現在位移角

θ = −

^0.06弧度，其值為 867 kN-m (= 1.55 Mnp)，由圖中可看出試體 4 的層間位移角在0.07弧度因削切蓋 板非彈性挫屈而造成強度下降，各組試體之降伏彎矩 My,test、位移角

θ =

0.04

弧度時之彎矩強度 M0.04,test及最大彎矩強度 Mmax,test與梁標稱降伏強度 Mnp

之比值列於表 3.2。試體 4 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 4 與試體 1 在位移角

θ

= 0.05弧度前，各位移角下之彎矩強 度相近，兩者不同處在於位移角θ = ^0.06時，試體 1 削切蓋板挫屈而強度下 降，而試體 4 在 T 型加勁板的作用下，削切蓋板沒有挫屈，故強度依舊往 上升。

表 3.3 為各組試體實驗所得

M

_RFP、

M

_RFPF、

M

_RFPF

M

_np 及

M

_RFPF

M

_yf ，若 將表 3.3 與表 2.1 比較，由表中各數值的比較可以發現試體 1、試體 3 之 最大彎矩強度皆小於實際 Myf，約為實際 Myf的 0.97 倍，符合第 2.4.1 節 所述之試體設計要求；試體 2 之彎矩強度較試體 1 高，約為實際 Myf的 1.01 倍，顯示在削切蓋板上加置三角形加勁板能提昇試體彎矩強度約 4 %，而 試體 4 之彎矩強度約為實際 M_yf的 1.12 倍，原因為試體 4 在上下側削切蓋 板各加置一 T 型防挫屈加勁板，目的為利用此加勁板來防止削切蓋板挫 屈，並藉由 T 型加勁板與削切蓋板開設的長槽型螺栓孔，使得 T 型加勁板 與削切蓋板、梁翼板接合之直徑 16 mm 螺栓能夠滑動，以避免 T 型加勁板 參與削切蓋板的消能行為，但由試驗結果顯示，因在梁翼板上之螺栓孔並 沒有如同 T 型加勁板、削切蓋板一樣開設長槽孔，而限制住接合螺栓的滑 動，造成有一部份力量由 T 型加勁板傳遞，故試體 4 柱面彎矩強度較當初 設計值(0.83 Myf)大。若計算接合 T 型加勁板之螺栓受剪所造成的柱面彎矩 強度，其值約為 147 kN-m，將原本柱面彎矩強度扣除這部份彎矩強度，則 為實際削切蓋板所能發揮之柱面彎矩強度，經計算約為 0.93

M

_yf。表 3.4 為各組試體之

M

_RFP除以力臂(

d

_b

+ t

_R)計算所得削切蓋板之最大承受力量

P

RFP，其中試體 4 為以扣掉 T 型加勁板的彎矩強度之

M

_RFP來計算。

2、轉角分量

試體 4 的整體轉角主要由梁、柱及梁柱交會區所貢獻，如第 2.6 節所 述，由位移計所量測的數據可分別計算出試體 4 的各梁端位移分量

δ

_be、

δ

_c、

δ

pz及

δ

_bp，圖 3.63 為試體 4 柱轉角

θ

_c與彎矩之關係圖，圖 3.64 為試體 4 梁 柱交會區剪力變形

γ

與彎矩之關係圖，曲線跳動的原因為螺栓滑動所致，

柱最大轉角約為0.005弧度，與試體 1 之柱最大轉角接近，而梁柱交會區最

大剪力變形約為0.001弧度(排除跳動的點)，明顯小於試體 1 梁柱交會區之 最大轉角，原因可能為試體 4 之削切蓋板與柱採 T 型裝置接合有關。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(圖 3.5)，分析各 轉角分量所佔的比例，正方向之梁端位移分量分析如圖 3.6 所示，圖中第 四組為試體 4 之結果，由圖可知，梁與梁柱交會區所提供的位移分量很小，

梁端大部份的變形由梁因削切蓋板塑性變形所致之梁端位移分量所貢獻。

3.6.3 局部反應

1、鋼梁翼板應變

圖 3.65 為設置在梁上翼板應變計(圖 2.19)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

= 0.04弧度時因受壓而達鋼材之降伏應變(如 圖 3.66(a)所示)，而削切蓋板內之梁翼板軸向應變則非常小，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，其最大應變發 生在位移角θ = ^0.04弧度，其值略小於降伏應變(如圖 3.66(b)所示)。

圖 3.67 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 3.67(a)為削切蓋板端部之梁翼板應變比較，而圖 3.67(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，

負方向上在位移角超過

θ =

^0.02弧度後估計值明顯比實驗值大，而削切蓋板 內部之應變計量測之應變值與估計值接近。

4、鋼梁腹板剪應變

圖 3.68 為梁腹板應變計之剪應變與彎矩關係圖。削切蓋板端部的梁腹

板中央之剪應變略小於上下兩側之剪應變，且受拉側之剪應變大於受壓側 (如圖 3.69 所示)。位於削切蓋板內之梁腹板剪應變在側位移角

θ = ±

^0.04弧 度前，其分佈為中央略小於兩側之剪應變值，且受壓側大於受拉側(如圖 3.70 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 3.71 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，圖中顯示蓋板內部梁腹板之剪力

V

_in小於其他兩 者，在超過位移角θ = ^0.03弧度後，

V

_in明顯較小，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。

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 3.72 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 得之剪力為梁柱交會區之鋼管上所傳遞的剪力

V

_tube，而整個梁柱交會區的剪 力

V

_pz可由第 3.3.3 節所述計算，則梁柱交會區混凝土所承受的剪力

V

_con可由 梁柱交會區剪力

V

_pz減掉鋼管上之剪力

V

_tube計算出來，圖 3.25 為每一各位移 角下梁柱交會區剪力分佈情形，圖 3.26 中每一個側位移角第三排為試體 3 其梁柱交會區鋼管與混凝土所佔的剪力比例。由圖可知，一開始梁柱交會 區的剪力由鋼管與混凝土平均承受，但當側位移角增大至

±

0.01弧度後，

60~70 %的剪力則由鋼管承受，而鋼管則始終在彈性範圍沒有降伏。

梁柱交會區混凝土上的剪應變可由混凝土承受之剪力

V

_con除以混凝土

梁柱交會區混凝土上的剪應變可由混凝土承受之剪力

V

_con除以混凝土

在文檔中 削切蓋板鋼骨梁柱接頭之耐震行為研究 (頁 72-80)