第二章 文獻回顧
第二節 鋼筋混凝土柱
國內外對於輕質骨材混凝土構件的結構性能研究，迄今還大部分針對縮小 構件尺寸的實驗分析[20-22, 25, 26]，在鋼筋輕質混凝土柱方面的結構行為研究更不 多見，特別是實尺寸柱的撓曲和剪力性能資料。在鋼筋混凝土柱的承載行為方 面，過去對常重混凝土柱已有較為完整的研究[27, 37]，重要的成果如下：
Park, R 等[27]推導出方形斷面之圍束混凝土應力－應變預測式，其分析模 式考慮箍筋量及箍筋降伏強度之影響，當圍束箍筋體積比及降伏強度增加時，
能得到更好之圍束效應，使得最大應力點提高。
Sheikh, S. A.等[28]探討箍筋排列方式對於主筋及核心混凝土之圍束所能提 供之有效圍束應力，乃根據前人及本身之實驗結果歸納求得方形斷面之圍束混 凝土之應力－應變曲線。
Mander, J. B.等[29]推導出矩形及圓形柱中圍束混凝土之應力－應變曲線，
利用 45°傾斜角破壞型式求得矩形及圓形斷面核心有效圍束面積，並考量矩形 斷面x 向與 y 向尺寸不同之狀況，提出圓形斷面與矩形斷面之有效圍束係數。
Cusson, D 等[31]研究受圍束高強度混凝土之應力－應變模式，將斷面形式 因子及箍筋有效應力一併考慮。
Razvi, S. R.等[32]匯集多位學者對於柱受同心及偏心載重作用下行為之實 驗資料，推導一系列混凝土受鋼筋圍束效應下之應力－應變模式，其理論根據
乃沿用1992 年 Saatcioglu 及 Razvi[30]提出之箍筋有效應力觀念。
Bing, L.等[33]對高強度混凝土進行研究，研究分為二部分，第一部分以實 驗為主；第二部分為理論分析。由前一部分實驗所得之資料與前人發表之相關 數據，提出一受圍束混凝土之應力－應變模式。結果發現：1.受圍束混凝土之 混凝土強度提高，對於軸向應變並無幫助。2.使用普通強度箍筋發現，箍筋於 載重－應變圖上最高點時或稍後，即達降伏，此現象與混凝土強度無關。3.一 般強度箍筋間距不超過4db時，韌性行為可得一滿意結果；而箍筋間距6db時，
則可產生一合理之韌性行為。4.高強度混凝土之圍束鋼筋比降至 1 %時，其行 為與無圍束混凝土試體類似，因此對於高強度混凝土之最小圍束鋼筋比必須加 以限制，以保證韌性行為。
曾志漢[34]研究高工作度混凝土柱於同心軸力下之行為。研究結果如下：1.
普通混凝土及高工作度混凝土之實驗載重值 (PTest) 與 ACI 標稱軸向強度 (Pn) 的比值 (PTest /Pn) 都相當接近。2.柱具有相同之
ρ
sfyh而有不同之箍筋強度及箍 筋間距時，可得相同之圍束效應。3.相同條件下，高工作度混凝土柱之構件延 展性指數μ△大於普通混凝土之μ△值。Luciano Galano 等引用[35]韌性比的觀念探討高強度混凝土 (HSC) 細長柱 與普通強度自充填混凝土 (SCC) 細長柱受偏心載重之行為。其韌性比之計算 方式如圖2-16所示，以OCD 面積除以 OAB 面積之比值定義為韌性比 (μ)。
其中，D0.75 之取得係利用最大載重前之四分之三最大載重值 (0.75Fmax) 與 O 點 (原點) 之連線繪製而得，D 點則取 D0.75的三倍。結果顯示，普通強度之SCC 細長柱比HSC 細長柱具有較佳高的韌性比，即普通強度之 SCC 細長柱比 HSC 細長柱來的軟。
Saatcioglu, M.等[36]提出一新的圍束混凝土應力－應變關係式，可用以預測 由高強度箍筋圍束之高強度混凝土之行為。該關係式利用200 支圓柱及方柱之 柱靜態實驗，及 50 支圓柱及方柱之柱動態實驗加以驗證後，得到很好之預測 結果。
劉至軒[37]試驗探討自充填混凝土及普通混凝土柱在無偏心下之構件行
為，獲得下列結果：1.目前 ACI-318 所使用之極限軸向強度計算式可適用於其 研究中之自充填混凝土柱。2.相同條件下，自充填混凝土柱之構件延展性指數 μ△普遍較大，即其圍束效應較普通混凝土佳。3.相同
ρ
sfyh而不同箍筋強度、箍筋間距之柱試體，可具有相同之圍束效應。
Lin 等[38]比較自充填鋼筋輕質混凝土柱與鋼筋常重混凝土柱之軸壓行為，
發現鋼筋輕質混凝土柱韌性較鋼筋常重混凝土柱為弱，在相同箍筋比與降伏強 度乘積下，箍筋間距可藉由使用高拉力鋼筋而加大。
另一方面，有關於鋼筋混凝土柱的尺寸效應，文獻上並不多見；Brocca 及 Bozant 二人[39]曾以有限元素分析及縮小尺寸之柱構件進行偏心荷載分析及試 驗。研究結果證實，柱構件的破壞行為不能單從強度準則來解釋，而須考慮結 構應變能的釋放及近似於拉力破壞的尺寸效應。對於鋼筋輕質混凝土柱的尺寸 效應相關研究，目前則付之闕如。
從相關的研究成果已初步認知，輕質骨材混凝土構件的結構反應模式與常 重混凝土柱相似；而在本研究第一年度的研究成果[40]也已發現，輕質骨材混凝 土梁構件的確存在有尺寸效應，其延展性明顯隨著試體尺寸增大而減小，而且 輕質骨材混凝土梁構件的尺寸效應比之常重混凝土梁者更為明顯。因此，有關 於輕質骨材混凝土柱構件的尺寸效應實有進一步探討的必要。
表 2-1 輕質骨材之種類與基本物理性質
表 2-3 輕質骨材混凝土抗壓強度與彈性模數之關係
彈性模數 (GPa)輕質骨材混凝土 常重混凝土 抗壓強度
(MPa) 單位重 1400 kg/m
3 單位重 1900 kg/m
3 單位重 2300 kg/m
3
30 11 19 28
40 12 21 31
50 13 23 34
60 14 25 36
(資料來源：文獻[1, 2])
圖 2-1 以水庫淤泥燒製之輕質骨材
(資料來源：文獻[2])圖 2-2 輕質骨材點壓強度與顆粒粒徑之關係
(資料來源：文獻[2])圖 2-3 骨材界面過渡區組構
(a) SEM 觀察之 CH 晶體 (b) 過渡區與水泥漿體示意圖
(資料來源：文獻[22])
圖 2-4 界面過渡區之水化產物分佈
(資料來源：文獻[22])圖 2-5 輕質骨材混凝土 (L41-28 之界面過渡區 SEM) (倍率 2,500)
(資料來源：文獻[22])圖 2-6 輕質骨材混凝土 (N41-28 之界面過渡區 SEM) (倍率 2,500)
(資料來源：文獻[22])圖 2-7 L41-28 混凝土之界面過渡區 SEM (倍率 10,000)
(資料來源：文獻[22])圖 2-8 N41-28 混凝土之界面過渡區 SEM (倍率 10,000)
(資料來源：文獻[22])10