第三章 試體實驗與結果分析
3.4 試體 2 試驗結果
3.4.1 試驗現象觀察
照片 3.14 為試驗前之全景，圖 3.28 為試體彎矩與梁端位移關係圖，
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，主要觀察重點在於試體之削切蓋板在加上三 角形加勁板(Ribs)後，對削切蓋板的行為有何影響，是否會延遲削切蓋板 挫屈的時機或增強試體的整體強度，同時觀察削切蓋板中央最窄處及鋼梁 是否有降伏發生。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=45 kN, Pmin=-42 kN)到θ =±
0.0075弧度(Pmax=125 kN, Pmax=-125 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
=±
0.01弧度(Pmax=158 kN, Pmin=-160 kN)位移角
θ
= 0.01弧度時，上側削切蓋板中央削切處受壓開始掉漆，顯示 此處發生降伏(照片 3.15)，而此時下側削切蓋板靠近柱面處與梁翼板 間出現 3 mm 的空隙。當油壓制動器向負方向推至位移角θ
=−
0.01弧度 時，下側的削切蓋板中央削切處也出現降伏掉漆的現象，上側削切蓋 板靠近柱面處與梁翼板間出現 2 mm 空隙。(3) 層間側位移角
θ
=±
0.015弧度(Pmax=195 kN, Pmin=-198 kN)位移角
θ
= 0.015弧度時，上側削切蓋板的降伏範圍由中央削切處延伸至 削切蓋板靠近三角形加勁板處，如照片 3.16 所示，顯示此處因為加勁 板的影響，使壓應力集中於此，且在削切蓋板接近柱面處有觀察到些 微降伏現象。在此一位移角下，也觀察到下側的削切蓋板靠近柱面處 與梁翼板間的空隙增至 4 mm，如照片 3.17 所示。位移角θ
=−
0.015弧度時，下側的削切蓋板降伏情形與上側之削切蓋板相同，降伏範圍都 在削切蓋板中央削切處與靠近加勁板處。
(4) 層間側位移角θ =
±
0.02弧度(Pmax=228 kN, Pmin=-227 kN)位移角
θ =
0.02弧度時，除了削切蓋板降伏愈趨顯著外，梁翼板於螺栓 周圍有些微降伏，此時下側削切蓋板靠近柱面處與梁翼板間空隙為 5 mm。位移角θ =−
0.02弧度時，上側削切蓋板靠近柱面處與梁翼板間空 隙為 4 mm。(5) 層間側位移角
θ
=±
0.03弧度(Pmax=265 kN, Pmin=-264 kN)反覆載重進行至位移角
θ
= 0.03弧度時，上側削切蓋板降伏範圍延伸至 整個削切範圍(照片 3.18)，由圖可看出削切蓋板上第一排螺栓孔周圍 發生降伏，照片 3.19 為在此位移角下，加勁板與上側削切蓋板連接 處亦發生降伏，同時上下側削切蓋板端部之梁翼板也發生局部降伏(照 片 3.20)。位移角θ = −
0.03弧度時，下側削切蓋板有些微的挫屈，挫 屈幅度為 3 mm (照片 3.21)，挫屈幅度隨著梁端位移的增加而持續增 大，此時梁柱交會區的鋼管部份也有些許掉漆降伏現象(照片 3.22)。(6) 層間側位移角θ =
±
0.04弧度(Pmax=266 kN, Pmin=-248 kN)位移角
θ =
0.04弧度時，上側削切蓋板挫屈幅度為 12 mm，而此時下側 削切蓋板靠近柱面處與梁翼板之孔隙達 7 mm，剪力板在此位移角時發 生降伏，降伏位置為剪力板於柱接之邊緣上端角落(照片 3.23)。位移 角θ = −
0.04弧度時，下側削切蓋板挫屈幅度達 19 mm，剪力板於柱接 之邊緣下端角落亦發生降伏，在此位移角的第二次遲滯迴圈時，有聲 響起，經判斷為剪力板之螺栓滑動所致。(7) 層間側位移角
θ
=±
0.05弧度(Pmax=211 kN, Pmin=-206 kN)位移角
θ
= 0.05弧度時，上側削切蓋板挫屈幅度達 34 mm(照片 3.24)，由照片可看出下側削切蓋板因挫屈殘留變形為 12 mm，在此位移角 下，剪力板的降伏較之前顯著。位移角
θ
=−
0.05弧度時，下側削切蓋 板挫屈幅度達 39 mm，其上側削切蓋板挫屈殘留變形為 19 mm，在位 移角θ
=−
0.05弧度的第二次遲滯迴圈時，上側削切蓋板發生斷裂(照片 3.25)，裂縫的寬度為 11 mm，同時也觀察到上側削切蓋板之加勁板焊 道有些微的裂縫產生(照片 3.26)。因為削切蓋板斷裂，故在此時停止 油壓制動器的控制並停止實驗，實驗後將試體卸下構架台並解體，發 現鋼梁除了螺栓孔周圍及削切蓋板端部之梁翼板些許降伏外，並無任 何其他位置降伏或破壞產生。3.4.2 整體反應
試體 2 在削切蓋板上設置三角形加勁板，目的為縮短削切蓋板的無支 撐長度，以增強試體的彎矩強度及遲滯消能的能力，茲針對試體彎矩與梁 端位移關係及試體梁端分量說明如下。
1、彎矩與梁端位移關係
在反覆載重試驗過程中，試體 2 的彎矩與梁端位移關係如圖 3.28 所 示，在位移角
θ = ±
0.01弧度前，試體仍保持彈性，彈性勁度為 48,499 kN-m，為理論彈性勁度的 90 % (見表 3.1)，其後上下側削切蓋板開始達到降伏，
相對應的梁端彎矩為 446 kN-m (= 0.8 Mnp)，造成試體勁度開始遞減，當試 體反覆載重進行至位移角
θ
=±
0.05弧度第二迴圈時，上側削切蓋板發生斷 裂破壞，可以在彎矩與梁端位移關係圖發現試體強度突然降低。最大的彎 矩抵抗力出現在位移角θ
= 0.04弧度，其值為 771 kN-m (= 1.38 Mnp)，略大於試體 1 的最大彎矩抵抗力，在位移角
θ
= 0.05弧度時，彎矩抵抗力掉至 582 kN-m，為最大彎矩強度的 75 %，試體 2 的彎矩與梁端位移之包絡線關係如 圖 3.2 所示。2、轉角分量
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 2 的各梁 端位移分量
δ
be、δ
c、δ
pz及δ
bp，圖 3.29 為試體 2 之柱轉角θ
c與彎矩之關係 圖，圖 3.30 為試體 2 梁柱交會區剪力變形γ
與彎矩之關係圖，柱最大轉角 約為0.0025弧度，而梁柱交會區最大剪力變形約為0.0025弧度。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，正分向上之梁端位移分量分析如圖 3.6 所示，第 二組為試體 2 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 變形所致之梁端位移分量所造成，柱、梁柱交會區所提供的位移分量都很 小。3.4.3 局部反應
1、削切蓋板橫向應變
圖 3.31、圖 3.32 各為上下側削切蓋板應變計(圖 2.17)與彎矩關係 圖，當油壓制動器向正方向推時，上側削切蓋板受壓且鋼管混凝土及加勁 板提供較大的受壓勁度，使得上側削切蓋板頂部中央的壓應變較兩側大(如 圖 3.33(a)所示)，但其值小於試體 1 在此處的壓應變，原因為有部份力量 由加勁板傳入柱內所造成；而在上側削切蓋板底部在位移角
θ
=±
0.03弧度 前，其值都為壓應變，但在超過此一位移角後，因削切蓋板撓曲變形造成 量測的應變為拉應變(如圖 3.33(b)所示)。當油壓制動器向負方向推時，上側削切蓋板受拉，故上側削切蓋板頂部及底部量測的應變全為拉應變，且 兩側的應變比中央應變大，代表當削切蓋板受拉時，力量主要由兩側蓋板 及加勁板傳入柱內(如圖 3.34 所示)，同樣的情形也在下側削切蓋板發生，
如圖 3.35、圖 3.36 所示。圖中顯示上下削切蓋板的應變在位移角
θ = ±
0.05弧度內都保持在彈性範圍，而未超過鋼材的降伏強度，顯示設置加勁板能 有效地降低削切蓋板靠近柱面處的應變，而使部份力量由加勁板吸收。
2、削切蓋板縱向應變
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 =
0.03弧 度內，受壓的削切蓋板壓應變非常平均，靠近加勁板處之應變計 S8 所量測 的應變較大，而沿縱向變化不大，但在位移角θ =
0.04弧度時，中央最窄處 的應變突然由負轉正，兩旁的壓應變也突然變大(如圖 3.37(a)所示)，顯示 削切蓋板在此一位移角發生挫屈，此一現象也可在圖 3.38(a)觀察到，圖中 標記處為上下削切蓋板挫屈的時機，至位移角θ
= 0.05弧度時，因上側削切 蓋板挫屈變形量太大，造成最窄處應變計 S9 所量測的應變超過其量測範 圍，故圖 3.37 沒有繪出θ
= 0.05弧度之曲線，應變計 S9 最後的應變讀數約 為 17 %；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 = −
0.01弧度前，削切蓋板其拉應變非常平均，沿縱向變化不大，而當 超過此位移角時，其中央最窄處的拉應變變大並超過鋼材的降伏強度，如 圖 3.37(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 3.39 為設置在梁上翼板應變計(圖 2.17)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 3.40(a)所示)，而削切蓋板內梁翼板之軸向應變則非常小，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，其最大應變約 為降伏應變之一半(圖 3.40 (b))。圖 3.41 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 上在位移角
θ
= 0.01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 3.42 為試體 2 位於削切蓋板內部之梁腹板剪應變沿梁高度變化圖，
在位移角θ =
±
0.01弧度內，中央之剪應變與上下兩側之剪應變值相差不 大，但超過此一位移角後，上下兩側之剪應變明顯大於中央處，且受拉側 的剪應變略大於受壓側之剪應變(如圖 3.42 所示)。若將每個位移角下削切 蓋板內部梁腹板剪應變沿梁深積分，可得到各位移角下蓋板內之梁腹板剪 力V
in，其結果與油壓致動器力量V
act之比較如圖 3.43 所示，圖中之V
act,abaqus、abaqus
V
in, 為有線元素分析所得的梁端力量及削切蓋板內部之梁腹板剪力，圖 中顯示無論是實驗或有線元素分析，削切蓋板內部之剪力明顯小於油壓致 動器力量，顯示有部份剪力由削切蓋板傳遞，而圖 3.44 為實驗跟有限元素 分析中削切蓋板內部之梁腹板剪力與油壓致動器的比值在各位移角下之變 化，發現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 3.45 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，將剪應變沿寬度積分乘上剪力模數，再乘上鋼管面積，所得 的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 3.45 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，將剪應變沿寬度積分乘上剪力模數，再乘上鋼管面積，所得 的剪力為梁柱交會區之鋼管上所傳遞的剪力