3.3 具梯形接合板之斜撐構材參數研究
3.3.1 參數 β j 之影響
圖 3.12 為模型TGP1、模型TGP2 與模型TGP3 之梯形接合板Mises等值 應力分佈，模型之鋼材降伏強度為 350 MPa，故Mises等值應力為 350 MPa。分析結果顯示，模型TGP1 於 1% 弧度層間變位前已有接合板局 部降伏產生 (<350 MPa之橘色區域) ，隨
β
j增加，局部降伏情況亦減 少。故於β
j提昇下，梯形接合板可承受之容量增大，模型TGP3 因軸向 拉力強度大於斜撐構材 1.2 倍，等值應力值於接合板上分佈程度較模型 TGP1 同於 1% 弧度層間變位時較小，受力情況較均勻分佈，參數β
j對 接合板之強度影響大。圖 3.13 為模型TGP1、模型TGP2 與模型TGP3 梯形接合板之PEEQ分佈 圖，由圖顯示，模型TGP1 於 0.50% 弧度層間位移角時，梯形接合板與 柱翼銲道之PEEQ超出學者Yoo等人提出之門檻值 (PEEQ>0.065)，顯示 此處有銲道初始開裂之可能；模型TGP2 與模型TGP3 於此階段下，因梯 形接合板之
β
j >1.0下，與柱翼銲道之PEEQ尚未超出門檻值，但隨層間 變位增至0.75% 弧度時，與柱翼銲道之PEEQ已超過門檻值，顯示此處 之塑性變形需求越來越大，亦有銲道產生開裂之可能。圖 3.14 為模型 TGP1、模型TGP2 與模型TGP3 斜撐構材之PEEQ分佈圖，其顯示於最大 層間位移角4% 弧度 (Fell et al. 2009) 下，斜撐構材於受拉或受壓時其 PEEQ值皆未超出 2.83 (陳誠直等人 2009)，故應可判定斜撐構材於接合 板提供凹折，與其同時面外變形，分擔其塑性變形，使其於最大層間位 移角下可能尚未產生斷裂。現行耐震設計規範 (AISC 2005b) 於接合板設計之規定，為使接合 板不產生過早破壞或破裂而造成構架系統性能不佳 (Yoo et al. 2007)，故
度。本研究之模型TGP2 (
β
j =1.1) 與模型TGP3 (β
j =1.2) 其梯形接合 AISC-LRFD規範，接合板之挫屈強度計算則延用 2002 年AISC-LRFD規 範，其斜撐構材軸向強度計算表示式如公式(3.3)所示：提 供 面 外 變 形 ， 斜 撐 端 部 邊 界 條 件 近 似 鉸 接 ， 故 斜 撐 構 材 細 長 比
圖3.17 為模型TGP1、模型TGP2 與模型TGP3 之強度包絡線圖，可發現 3 組模型之包絡圖皆相似，模型TGP1、模型TGP2 與模型TGP3 之細長 比同為73，隨
β
j之增加，整體強度亦隨之增加。表3.2 為挫屈載重與挫 屈後載重之比較，由Lee與Bruneau (2005) 提出當H-型鋼之斜撐構材細 長比超過80 時後挫屈強度衰減甚為嚴重之結果，於本研究中亦發現於 3 組模型之挫屈後強度已下降至最大挫屈強度的 15.2%至 16.5%。由分析 之斜撐構材面外變形量與層間位移角 圖3.18，3 組模型之斜撐至 4% 弧 度層間位移角下皆有近 900 mm之面外變位，約佔斜撐構材長度之TGP1 之上接合板因產生挫屈而造成面外量衰減，其餘皆有 200 mm左右 之面外變形量，約佔3.2%的斜撐構材長度。
表3.1 斜撐構材與接合板之挫屈強度計算 Specimens
r
Specimens
ABAQUS
0.50% 0.75% 1.00%
30°
0.50% 0.75% 1.00%
30°
2t
2t
Model TGP2
Model TGP3 βj=1.2
βj=1.1 Model TGP1
0.50% 0.75% 1.00%
βj=1.0
MPa 30°
2t
圖3.12 模型 TGP1、模型 TGP2 與模型 TGP3 之等值應力分佈圖
0.25% 0.50%
0.25% 0.50%
PEEQ=
0.0023
PEEQ=
0.0708
PEEQ=
0.0011 PEEQ=
0.0388
0.25% 0.50%
PEEQ=
0.0008
PEEQ=
0.0323 TGP1
TGP2
TGP3
圖 3.13 模型 TGP1、模型 TGP2 與模型 TGP3 之接合板 PEEQ 分佈圖 (Compression)
TGP1
Compression
TGP2 TGP3
Tension
圖3.14 模型 TGP1、模型 TGP2 與模型 TGP3 之斜撐構材 PEEQ 分佈圖
Model TGP2 Model TGP3 Model TGP1
圖3.15 3 組模型之挫屈行為 (參數
β
j)-4 -2 0 2 4 Story Drift (% rad.)
-8000
Axial Force(kN)
TGP1
L/r=73, tg=26 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) -8000
Axial Force(kN)
TGP2
L/r=73, tg=28 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) -8000
Axial Force(kN)
TGP3
L/r=73, tg=31 mm W=1.0bE, LC=2tg
圖 3.16 3 組模型之軸向載重與層間位移角關係圖 (參數
β
j)-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.)
-8000
Axial Force (kN)
-0.5 0 0.5 1
AF/(Ag>Fy) TGP1
TGP2 TGP3
圖3.17 3 組模型之強度包絡線圖 (參數
β
j)-4 -2 0 2 4 Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm) TGP1
L/r=73, tg=26 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP2
L/r=73, tg=28 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP3
L/r=73, tg=31 mm W=1.0bE, LC=2tg
圖3.18 參數
β
j下3 組模型之斜撐構材面外變形量與層間位移角關係圖-4 -2 0 2 4 Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm) TGP1-Up Gusset L/r=73, tg=26 mm
Out-of Plane Displacement (mm) TGP1-Bot. Gusset L/r=73, tg=26 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP2-Up Gusset L/r=73, tg=28 mm
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP2-Bot. Gusset L/r=73, tg=28 mm W=1.0bE, LC=2tg
-4 -2 0 2 4
Story Drift (% rad.) 0
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP3-Up Gusset L/r=73, tg=31 mm
Out-of Plane Displacement (mm)
TGP3-Bot Gusset L/r=73, tg=31 mm W=1.0bE, LC=2tg
圖3.19 參數