韌性能力

本研究採用台灣鋼構造建築物鋼結構設計技術規範（內政部營建 署 2007）及美國 AISC (2005) 耐震設計規範來評估梁柱接頭之韌性 能力。相關規定分述如下：

國內規範規定，韌性抗彎構架之梁柱接頭所需之塑性轉角

θ _p

需 至少大於下列三者之ㄧ：

(1) 0.03 弧度。

(2) 非線性動力分析所得之最大塑性轉角加上 0.005 弧度。

(3)

θ p

=^1.1

(

R−^1.0

) θ E

。

其中 R 為結構系統韌性容量；

θ _E

為設計地震力 E 作用下之最 大層間變位角。

美國 AISC (2005) 耐震設計規範對韌性抗彎構架梁柱接頭之韌 性要求為：

(1) 測試試體需達 4%弧度之層間變位角。

(2) 柱面之試驗彎矩強度必須大於 80%之標稱彎矩強度。

本研究四組試體之總塑性轉角、層間變位角及梁腹板開孔所造成 之梁端轉角列於表 4.4 與 4.5。表中可以看到兩組未開孔試體之層間 變位角均滿足4%弧度之要求，顯見其試體韌性能力優良，惟 UN2 試 體之塑性轉角離0.03 弧度有些微差距；而兩組開孔試體 OP1 和 OP2 由於銲接品質不良，在往覆載重作用下層間變位角分別達 4%弧度和

3%弧度，其中試體 OP2 並無法滿足層間變位角 4%弧度之要求，有 鑑於此，分別各自繼續施以單向載重直至試驗設備之限制，兩組試體 均能達層間變位角 7%弧度而未破壞，而總塑性轉角更可高達-5.98%

和-5.83 弧度，顯見在銲接品質優良時，試體仍可發揮優良之韌性行 為。各試體之遲滯迴圈分別為圖 4.89 至圖 4.92，其中圖 4.89 和圖 4.90 (a) 至 (e) 分別代表試體之載重-位移圖（彎矩-層間變位角圖）、彎矩 -總塑性轉角圖、彎矩-接頭交會區轉角圖、彎矩-柱轉角圖及彎矩-梁 轉角圖；圖4.91 和圖 4.92 (a) 至 (h) 分別代表試體之載重-位移圖（彎 矩-層間變位角圖）、彎矩-總塑性轉角圖、彎矩-接頭交會區轉角圖、

彎矩-柱轉角圖、彎矩-梁腹板開孔區受剪力作用造成梁端轉角圖、彎 矩-梁腹板開孔區受撓曲作用造成梁端轉角圖、彎矩-梁腹板開孔區之 梁端總轉角圖及彎矩-梁扣除梁腹板開孔區之梁端總轉角圖。其中彎 矩之計算為油壓致動器之施力乘以油壓致動器中心線至柱中心線之 距離，並對應梁之標稱塑性彎矩予以正規化。層間變位角之計算為梁 端位移除以油壓致動器中心線至柱中心線之距離。總塑性轉角之計算 為將層間變位角扣減試體的彈性變位。以下將分述各試體之韌性行 為：

試體 UN1

試體 UN1 之遲滯迴圈如圖 4.89 所示。圖 4.89 (a) 顯示試體於層 間變位角1%弧度之前仍屬線彈性階段，載重-位移曲線斜率均未發生 改變，而在過了 1%弧度之後曲線斜率開始彎曲，表示試體開始有降 伏現象產生，進入非彈性階段，待進入 2%弧度，試體已有明顯塑性 行為；位移歷程行至 3%弧度時，雖於梁翼邊緣接柱面之全滲透銲道 產生初始裂縫，但強度並未衰減，並發展出約 1.3M 之強度，載重持

_p

續上升。圖 4.89 (b) 顯示試體之最大塑性轉角分別為+3.16%弧度及 -2.25%弧度。圖 4.89 (c) 及 (d) 顯示交會區剪力變形所引致的變位角 和柱變形所引致的變位角尚在彈性階段，並與圖4.89 (e) 比較可得知 試體之塑性變形全來自梁構件。

試體 UN2

試體 UN2 之遲滯迴圈如圖 4.90 所示。試體 UN2 之行為大致上 與試體 UN1 相同，圖 4.90 (a) 顯示試體於層間變位角 1%弧度之前 仍屬線彈性階段，而在過了 1%弧度之後進入非彈性階段、2%弧度進 入塑性階段；位移歷程行至 4%弧度時，梁翼邊緣接柱面之全滲透銲 道產生初始裂縫，但強度並未衰減，並發展出約 1.3M 之強度。圖

_p

4.90 (b) 顯示試體之最大塑性轉角分別為+2.45%弧度及-2.47%弧 度。圖 4.90 (c) 及 (d) 顯示交會區剪力變形所引致的變位角和柱變形 所引致的變位角尚在彈性階段，並與圖4.90 (e) 比較可得知試體之塑 性變形全來自梁構件。

試體 OP1

試體 OP1 之遲滯迴圈如圖 4.91 所示。圖 4.91 (a) 顯示試體於層 間變位角1%弧度之前仍屬線彈性階段，載重-位移曲線斜率均未發生 改變，而在過了 1%弧度之後曲線斜率開始彎曲，表示試體開始有降 伏現象產生，進入非彈性階段，待進入 2%弧度，試體已有明顯塑性 行為；位移歷程行至 3%弧度時，試體尚無局部挫屈現象產生，此時 發展出約 1.2M 之強度，載重持續上升；行程走至 4%弧度，梁腹

_p

板開孔角隅處有一微量面外變形產生，載重開始趨於平緩，並於第二 個迴圈時，於上翼板與柱面連接之全滲透銲道產生一突然性撕裂，因

此載重迅速下降，因此改以單向加載繼續試驗；進入 5%弧度負方向 時，於開孔末端角隅近上翼板側產生明顯之面外挫屈，而近下翼板處 角隅則產生一微小裂縫，因此載重開始衰減，下降後之強度約為 0.9M ，仍可達 80%標稱彎矩強度之要求；試驗來到 6%弧度負方向

_p

時，開孔對角線方向之角隅均發生嚴重之面外挫屈，而近下翼板處角 隅之裂縫則持續延伸，載重持續衰減來到 0.86M ；最後走至 7%弧

_p

度負方向，彎矩強度降至 0.8M 左右，由以上可知在銲接品質良好

_p

的情況下，試體不但可滿足 4%弧度層間變位角之規定，更可發展出 大於 M 之彎矩強度，且於強度衰減後仍可發展出 0.8

_p

M 以上之

_p

彎矩強度，顯見其韌性行為良好。圖4.91 (b) 顯示試體之最大塑性轉 角分別為+2.51%弧度及-5.98%弧度；圖 4.91 (c) 及 (d) 顯示交會區剪 力變形所引致的變位角和柱變形所引致的變位角尚在彈性階段；圖 4.91 (e) 顯示試體於梁腹板開孔受剪力作用下所提供之梁端轉角分別 為+0.78%弧度及-2.02%弧度；圖 4.91 (f) 顯示試體於梁腹板開孔受撓 曲作用下所提供之梁端轉角分別為+1.47%弧度及-1.29%弧度；圖 4.91 (g) 顯示試體於梁腹板開孔所提供之梁端總轉角分別為+2.25%弧度 及-3.31%弧度；圖 4.91 (h) 顯示試體梁扣除梁腹板開孔所提供之梁端 總轉角分別為+1.52%弧度及-3.56%弧度。以上與圖 4.91 (c) 及 (d) 比 較可得知試體之塑性變形全來自梁構件，而雖然試體於 4%弧度層間 變位角破壞，僅發展出+2.51%弧度之總塑性轉角，但單向加載時則可 發展出-5.98%弧度之總塑性轉角，遠遠大於所規定之 3%弧度總塑性 轉角，顯見梁腹板開孔仍可使試體發揮良好韌性。

試體 OP2

試體 OP2 之遲滯迴圈如圖 4.92 所示。圖 4.92 (a) 顯示試體於層

間變位角1%弧度之前仍屬線彈性階段，載重-位移曲線斜率均未發生 改變，而在過了 1%弧度之後曲線斜率開始彎曲，表示試體開始有降 伏現象產生，進入非彈性階段，待進入 2%弧度，試體已有明顯塑性 行為；位移歷程行至 3%弧度第一個迴圈正方向，於梁上翼板全滲透 銲道產生一微小裂縫，此時試體尚無局部挫屈現象產生，因此載重持 續上升，發展出約 1.06M 之強度，當行程來到第二個迴圈正方向

_p

時，梁上翼板全滲透銲道之裂縫沿著梁翼 45 度開槽方向裂開，導致 載重迅速下降，有鑒於破壞情形為銲接品質不良所致，因此繼續往負 方向施加單向載重直至試驗設備限制；行程走至 4%弧度負方向時，

開孔區段已產生些微剪力變形，載重開始趨於平緩，僅發展出 1.07M

_p

之彎矩強度；進入 5%弧度負方向時，開孔末段近上翼板側之角隅產 生一微量面外變形，因此載重開始呈現下降之趨勢，下降後之強度約 為 1.04M ；試驗來到 6%弧度負方向時，開孔末端近上翼板側角隅

_p

產生明顯之面外挫屈，載重持續衰減來到1.0M 左右；最後走至 7%

_p

弧度負方向，開孔對角線方向之角隅皆發生明顯面外挫屈，而開孔區 段也已形成明顯之剪力變形，彎矩強度降至0.95M 左右，由以上可

_p

知在銲接品質良好的情況下，試體不但可滿足 4%弧度層間變位角之 規定，在試體未發生局部挫屈時更可發展出大於 M 之彎矩強度，

_p

而於挫屈後之強度衰減仍可發展出 0.8M 以上之彎矩強度，顯見其

_p

韌性行為良好。圖4.92 (b) 顯示試體之最大塑性轉角分別為+1.68%弧 度及-5.83%弧度；圖 4.92 (c) 及 (d) 顯示交會區剪力變形所引致的變 位角和柱變形所引致的變位角尚在彈性階段；圖4.92 (e) 顯示試體於 梁腹板開孔受剪力作用下所提供之梁端轉角分別為+0.43%弧度及 -1.88%弧度；圖 4.92 (f) 顯示試體於梁腹板開孔受撓曲作用下所提供 之梁端轉角分別為+1.21%弧度及-3.24%弧度；圖 4.92 (g) 顯示試體於

梁腹板開孔所提供之梁端總轉角分別為+1.64%弧度及-5.12%弧度；圖

在文檔中 實尺寸鋼結構梁柱彎矩接頭試驗與分析 (頁 78-83)