第四章 試驗結果與討論
4.3 SRC 柱內 「鋼骨翼板寬度」 對圍束箍筋需求量之影響
本研究為了探討 SRC 柱內「鋼骨翼板寬度」之變化對 SRC 柱圍束箍筋需求 量之影響，乃定義各 SRC 柱試體所能承載之最大載重與此時對應之位移分別為 Pu與 ∆Pu，由於各試體之 Pu及∆Pu值略有差異，因此為了比較各試體之韌性，分 別將各試體之軸力－位移曲線圖作正規化(Normalization)處理，以得到各試 體之正規化軸力－位移曲線圖(P/Pu－∆/∆Pu圖)，如圖 4.4 所示。此外，比較 SRC 短柱試體相對之正規化軸力－位移曲線，如圖 4.5 與圖 4.6 所示。另一方面，
並分別計算各試體P/Pu－∆/∆Pu圖之曲線從原點至位移達2∆Pu時，其曲線底下所涵 蓋的面積，即為經過正規化之後的應變能，以用來比較各試體韌性之差異，本研 究各試體之正規化應變能計算結果如表 4.1 所示。
本節首先以配置相同箍筋量之試體，比較鋼骨翼板寬度的變化對 SRC 柱核 心混凝土圍束效果之差異。再者，以不同鋼骨翼板寬度，且配置不同箍筋量之試 體韌性的比較，探討對於鋼骨翼板愈寬的 SRC 柱試體，在適當的減少其柱中之
圍束箍筋用量後，試體是否仍能發揮良好的韌性。
4.3.1 試體韌性之比較：
不同鋼骨翼板寬度，但配置相同箍筋量之試體
(a) 當 SRC 柱內包覆 H 型鋼骨時：
圖4.7 為不同鋼骨翼板寬度但配置相同箍筋間距的 SRC 短柱試體之「正規 化應變能」大小之比較圖，圖中縱坐標為依據表 4.1 所求得之試體「正規化應 變能」之值。如果試體的正規化應變能愈大，顯示此試體消能的能力愈好，
亦 即 韌 性 愈 佳 。 由 圖 4.7(a) 及 4.7(b) 可 知 ， 對 於 分 別 依 ACI-318 規 範 與 AISC-Seismic Provisions 配置箍筋之 H 型鋼骨試體，雖然 H0、H6 及 H12 三組試 體之鋼骨比與箍筋間距皆相同，但試體之韌性有隨著翼板寬度的加寬而增加之趨 勢，其中以鋼骨翼板寬度最寬之試體H12(翼寬為 120mm)其韌性表現最佳，試體 H6(翼寬為 60mm)次之，試體 H0(翼寬為零)最差。
(b) 當 SRC 柱內包覆十字型鋼骨時：
從圖4.7(c)及 4.7(d)可以發現到，對於分別依 ACI-318 規範與 AISC-Seismic Provisions 配置箍筋之十字型鋼骨試體，雖然 C0、C4 及 B12 三組試體之鋼骨比 與箍筋間距皆相同，但試體B12(翼寬為 120mm)其韌性表現優於試體 C4(翼寬為 40mm)，而沒有翼板之試體 C0(翼寬為零) 其韌性表現最差。此外，由圖 4.1(12) 與圖 4.1(15)之試體軸力－位移曲線圖可以觀察到，試體 C0-AISC-S17 在過其 極限載重後，其強度有一較明顯的下降段；反之，翼板較寬的試體C4-AISC- S17 則沒有這種情形發生。
4.3.2 試體韌性之比較：
不同鋼骨翼板寬度，且配置不同箍筋量之試體 (a) 當 SRC 柱內包覆 H 型鋼骨時：
圖4.8 為不同鋼骨翼板寬度且配置不同箍筋間距的 SRC 短柱試體之韌性比
較圖，圖中縱坐標為依據表 4.1 所求得之試體正規化應變能之值。由圖 4.8(a) 可以發現試體 H12-(ACI)M-S9(翼寬 120mm，箍筋間距 90mm)之韌性略優於試體 H6-(ACI)M-S7( 翼 寬 60mm ， 箍 筋 間 距 70mm) 。 此 一 現 象 顯 示 ， 即 使 試 體 H12-(ACI)M-S9 之箍筋間距大於試體 H6-(ACI)M-S7，但是由於其鋼骨翼板寬度較 寬，因此鋼骨翼板對核心混凝土有較大的圍束區域，使得試體H12-(ACI)M-S9 之 韌性依然較試體H6-(ACI)M-S7 為好。
再者，由圖4.8(b)發現，試體 H12-(AISC)M-S22(翼寬 120mm，箍筋間距 220mm) 在考量鋼骨翼板寬度對混凝土的圍束貢獻後，採用較大之箍筋間距，其韌性依然 較試體H6-(AISC)M-S19(翼寬 60mm，箍筋間距 190mm)好，顯示依(AISC)M法之 配筋方式大致能反映鋼骨翼板寬度對柱核心混凝土之圍束效果。此外，由圖4.1(6) 與圖4.1(10)之試體軸力－位移曲線圖可以發現，依(AISC)M法配置箍筋量之試 體，在試體達到其極限強度後，強度均有一段快速下降的情形，且以翼板寬度較 窄之試體H6-(AISC)M-S19 其強度遞減趨勢更為明顯。
從圖 4.8(c)可以發現，試體 H12-(ACI)M-S9(翼寬 120mm，箍筋間距 90mm) 韌性最佳，H6-(ACI)M-S7(翼寬 60mm，箍筋間距 70mm)次之，H0-ACI-S6(翼寬 為零，箍筋間距 60mm)則較差。此一現象顯示，依(ACI)M法設計箍筋量之試體 (H6、H12)，在考量鋼骨翼板對混凝土之圍束貢獻後，雖然放寬箍筋間距，試體 仍可發揮良好之韌性，可見鋼骨翼板愈寬確實能對核心混凝土提供愈好的圍束效 果。
(b) 當 SRC 柱內包覆十字型鋼骨時：
由圖 4.8(d)及 4.8(e)之試體韌性比較結果顯示，唯試體 B12-(AISC)M-S32 因 為其箍筋間距(箍筋間距 320mm)放寬過大，使得此一支試體韌性表現較不理想之 外。在考量鋼骨翼板較寬之試體 B12(翼寬 120mm) 及試體 C4(翼寬 40mm)的情 況下，由於鋼骨翼板可以對混凝土提供部分的圍束效果，相對於沒有鋼骨翼板存 在之試體 C0(翼寬為零)的情況下，試驗結果顯示可以合理的放寬試體之箍筋間
距，亦能夠發展出良好的韌性。
值得注意的是，由圖4.1(17)至圖 4.1(20)試體 B12 系列之軸力－位移曲線圖 及試驗過程中的觀察可以發現，試體B12 系列在過其極限載重後，隨著鋼骨翼 板外圍之混凝土剝落，試體仍能保有一定的強度，甚至有強度提升的情形，造成 此一情形發生的原因在於，在軸向載重的作用下，鋼管內部之混凝土產生側向壓 力作用在鋼骨翼板上，使得鋼骨翼板亦產生環向拉力，而因為混凝土受到鋼骨翼 板良好的圍束，故試體可以一直加載至環向拉力夠大而使鋼骨翼板拉裂而破壞。
此一現象亦顯示，一個經過適當設計之包覆填充型鋼管 SRC 柱(即鋼骨斷面 肢材寬厚比或鋼骨混凝土保護層厚度等符合我國SRC 規範之相關規定)，因為鋼 管內部之混凝土已由鋼骨翼板提供良好的圍束，故鋼管內部之混凝土不需要靠箍 筋圍束之，於是 SRC 柱中箍筋所需圍束之混凝土區域即相對的變小，柱中之圍 束箍筋需求量亦將可以減少。
綜合以上之試驗觀察結果可以發現，當固定 SRC 柱之鋼骨比與鋼骨斷面深 度時，「翼板寬度愈寬」的試體，在載重到達極限抗壓強度後，其「強度衰減較 慢」；且隨著鋼骨「翼板寬度愈寬」，試體之「韌性愈佳」，顯示鋼骨翼板寬度愈 寬確實能提供柱核心混凝土較好的圍束效果。另一方面，試驗結果亦顯示，當 SRC 柱中之鋼骨翼板寬度愈寬時， SRC 柱中所需之圍束箍筋用量將可酌予減少。