第三章 試驗計畫
第二節 輕質骨材混凝土樑之剪力試驗
再由圖 4-6 觀察得知，低混凝土抗壓強度（<40 MPa）時，常重混凝土 每單位混凝土抗壓強度能提供的標稱握裹強度比輕質骨材混凝土來得高，
然而混凝土抗壓強度中等以上（≧40 MPa）時，輕質骨材混凝土與常重混 凝土相近，甚至輕質骨材混凝土會比常重混凝土來得好。由破壞情況來看，
輕質骨材混凝土不論高低之混凝土抗壓強度，輕質骨材混凝土中的輕質骨 材皆有被剪壞之情形，可見輕質骨材提供的握裹支承力較差，所以輕質骨 材混凝土之握裹破壞因子主要控制於水泥砂漿母體。常重混凝土之握裹破 壞情形相較不同，在低混凝土抗壓強度時混凝土的破壞面骨材並未破壞，
其骨材相對輕質骨材能夠提供較高的支承力，因而提升了整體的握裹強 度，但在高混凝土抗壓強度時常重混凝土之破壞情況與輕質骨材混凝土頗 為相似，無論常重或輕質骨材皆被剪壞，骨材所能提供之支承力相對較小，
所以兩者的握裹破壞的主要控制因子同為水泥砂漿母體，而在相同的混凝 土抗壓強度下，輕質骨材混凝土所採用的水灰比較低，亦即代表其水泥漿 強度要比常重混凝土的水泥砂漿強度來的高，因此在高混凝土抗壓強度 時，輕質骨材混凝土之水泥砂漿能提供較高之支承力，致使輕質骨材混凝 土的握裹強度要優於常重混凝土，其結果可示意如圖 4-7。
第二節 輕質骨材混凝土樑之剪力試驗
本試驗共製作 48 根樑試體，輕質混凝土樑與常重混凝土樑各 24 根。
探討之變數包括骨材種類、混凝土抗壓強度及剪跨比(集中荷載到臨近支承 的距離 a 與樑截面有效深度 d 的比值)。混凝土的設計強度採用 20、40、60 MPa 三種，剪跨比分為 1.5、2.0、2.5 及 3.0 四種。各組試體剪力強度試驗 結果及 ACI code 理論值彙整於表 4-3。L20 試體極限剪力強度隨剪力比變化 之範圍介於 21.00~75.15 kN，L40 試體介於 30. 86~82.50 kN，L60 試體介於 40.20~90.00 kN；N20 試體介於 22.35~76.54 kN，N40 試體介於 28.91~82.78 kN，N60 試體介於 40.95~95.37 kN。由表中數據可大致觀察出，極限剪力
強度有隨剪跨比之降低、抗壓強度之增加而增加之趨勢。表中 ACI code 對
幾乎完全由混凝土承擔，於加載點至支承點區域，皆會產生剪力裂縫，於 較高之剪跨比時，才會於試體中央附近產生較大之撓曲裂縫(如照片 4-5 及 照片 4-6，a/d=1.5)，但整個樑試體之破壞模式仍以剪力破壞為主。此外，
由於輕質混凝土相較於常重混凝土具有較低之彈性模數，使輕質混凝土樑 試體之勁度較低，因而加載初期 P-△曲線線性階段之斜率略低於常重混凝 土樑，但並未明顯延緩極剪力限強度之位移值，可能與輕質混凝土本身之 破裂特性有關。
2、剪跨比對極限剪力強度之影響
剪跨比對樑試體極限剪力強度之影響，如圖 4-14(輕質混凝土樑)及圖 4-15 (常重混凝土樑)所示。圖中顯示，輕質混凝土樑與常重混凝土樑具有相 同之趨勢，樑試體剪力強度會隨剪跨比之降低而大幅增加，而對於不同強 度等級之樑試體，其剪力強度隨剪跨比降低而增加之幅度(圖中線性回歸曲 線之斜率)幾乎相同(斜率≅-33)，表示剪跨比對極限剪力強度之曲線斜率，
主要來自於樑本身之試體尺寸，而與混凝土之種類及強度等特性並無明顯 之關聯。
由於本試驗之樑試體均無配置剪力筋，故樑試體之剪力強度幾乎完全 由混凝土所提供(即 Vn=VC)，樑試體之破壞模式皆以剪力破壞為主，故一般 鋼筋混凝土樑試體皆會配置剪力筋以提高剪力強度，使樑試體之破壞模式 以撓曲破壞為主，避免產生無預警之剪力破壞模式。而對於配置剪力筋樑 試體之破壞模式，亦可由圖4-14 及圖 4-15 之曲線預估。圖中是以間距 10 cm 之#3 剪力筋(Vs=65.84 kN)為例，於虛線右側表示混凝土之剪力強度小於剪 力筋強度(VC< Vs)，即剪力筋可承擔樑試體大部分之剪力，因此樑試體之破 壞模式為撓曲破壞；而虛線左側表示混凝土之剪力強度高於剪力筋強度 (VC> Vs)，即剪力筋無法完全承擔樑試體所受之剪力，其餘剪力將由混凝土 所提供，而樑試體之破壞模式則會以剪力破壞為主。如圖 4-14 所示，輕質 混凝土樑之剪跨比臨界值，約介於 1.51~2.20。而如圖 4-15，常重混凝土樑 剪跨比臨界值，約介於 1.52~2.20，相較於輕質混凝土樑無明顯之差異。
3、混凝土抗壓強度對極限剪力強度之影響
如圖 4-16(輕質混凝土樑)及圖 4-17 (常重混凝土樑)所示，樑試體之極限 剪力強度會隨混凝土抗壓強度之增加而提升。由於剪力破壞之發生是樑試 體承受剪力時，斜拉應力所造成之斜裂縫，尤其對於無腹筋樑而言，剪力 強度之大小完全取決於混凝土本身抗拉強度之大小，一般混凝土之抗拉強 度與 fc'承正比例之關係，故混凝土之抗壓強度愈高，抗拉強度亦隨之增加。
從 4-1 公式可知，ACI code 對於一般混凝土樑試體剪力強度(VC) 之計 算與 fc'成正比，ACI code 亦建議可以用 fct/6.7 取代 fc'來計算剪力強度 (VC)。本研究即針對輕質骨材混凝土進行劈裂強度試驗，進而評估輕質骨材 混凝土以 fct/6.7 取代 fc'計算剪力強度(VC)之適用性。試驗結果如表 4-4 所 示，其結果顯示，對於相同強度等級之混凝土，輕質混凝土圓柱試體的 fct/6.7 與 fc'比值，高低強度混凝土均介於 0.75～0.77 之間，意味著採用劈裂強度 (fct)預估輕質混凝土之剪力強度是為保守可行。對應至剪力樑試驗之結果，
對於相同強度等級之混凝土，大部分輕質混凝土樑若採用fct/6.7 取代 fc'估 計所得之剪力強度值將更低於實際之試驗強度，與常重混凝土樑之剪力強 度計算公式所得比較，ACI 對輕質混凝土樑之剪力計算建議是保守可行的。