建築物矩形填充高強度混凝土箱型短柱
耐震性能驗證研究
ＰＧ１０４０５－０１５３ １０４３０１０７００００Ｇ００６７
建築物矩形填充高強度混凝土箱型短柱
耐震性能驗證研究
研究人員：陶其駿
內 政 部 建 築研 究 所 自行 研究 報 告
目次
目次
表次 ... III
圖次 ... V
照片次 ... VII
摘 要 ... IX
第一章 緒論 ... 1
第一節
研究緣起與背景 ... 1
第二節
文獻回顧 ... 4
第三節
研究方法 ... 12
第四節
研究目的 ... 13
第二章 試體計畫與試驗 ... 16
第一節
試體設計 ... 16
第二節
試體製作 ... 17
第三節
試驗裝置及加載程序 ... 19
第三章 試驗結果與討論 ... 41
第一節
試驗結果與觀察 ... 41
第二節
填充型箱型柱耐震性能討論... 47
第四章 結論與建議... 71
第一節
結論 ... 71
第二節
建議 ... 75
附錄一 鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說第 6.3 節條
文 ... 78
附錄四 期中審查會議審查意見與研究團隊回應 ... 95
附錄五 期末審查會議紀錄 ... 99
附錄六 期末審查簡報 ... 108
參考書目 ... 118
表次
表次
表 2. 1 實驗試體規劃 ... 20
表 2. 2 混凝土圓柱試體抗壓強度試驗表 ... 21
表 2. 3 鋼板拉力試驗表(厚度 22mm) ... 23
表 2. 4 鋼板拉力試驗表(厚度 14mm) ... 23
表 2. 5 圍束繫桿拉力試驗表 ... 23
表 3. 1 試體於極限載重、鋼板發生挫屈階段及熱影響區開
裂時機階段之對應軸向應變及載重 ... 50
表 3. 2 TR 系列圍束繫桿初始斷裂時機之對應軸向應變及
載重 ... 50
表 3. 3 本研究試體之應變對照表 ... 51
表 3. 4 填充一般混凝土強度箱型柱試驗結果 ... 52
表 3. 5 填充高強度混凝土箱型柱試驗結果 ... 53
圖次
圖次
圖 1.1 填充型鋼管混凝土柱 ... 14
圖 1.2 無縫鋼管 CFT ... 14
圖 1.3 填充混凝土箱型鋼柱 ... 14
圖 1.4 矩形 CFBC 圍束 ... 15
圖 1.5 方形 CFBC 圍束 ... 15
圖 2.1 試體斷面示意圖 ... 24
圖 2.2 試體全滲透銲細部示意圖... 24
圖 2.3 R1.35 試體之詳細尺寸 ... 25
圖 2.4 R1.5 試體之詳細尺寸 ... 26
圖 2.5 R2.0 試體之詳細尺寸 ... 27
圖 2.6 IR1.35 試體之詳細尺寸 ... 28
圖 2.7 IR1.5 試體之詳細尺寸 ... 29
圖 2.8 IR2.0 試體之詳細尺寸 ... 30
圖 2.9 TR1.5 試體之詳細尺寸 ... 31
圖 2.10 TR2.0 試體之詳細尺寸 ... 32
圖 2.11 短柱試體及試驗裝置示意圖 ... 33
圖 3. 1 試體 R 系列軸力與軸向應變圖 ... 62
圖 3. 2 試體 R 系列軸向(正規化)載重-應變曲線 ... 62
圖 3. 3 試體 R 系列軸力與軸向應變圖(放大前段) .. 63
圖 3. 4 試體 IR 系列軸力與軸向應變圖 ... 63
圖 3. 5 試體 IR 系列軸向(正規化)載重-應變曲線 ... 64
圖 3. 6 試體 IR 系列軸力與軸向應變圖(放大前段) . 64
圖 3. 7 試體 TR 系列軸力與軸向應變圖 ... 65
圖 3. 8 試體 TR 系列軸向(正規化)載重-應變曲線 .. 65
圖 3. 9 試體 TR 系列軸力與軸向應變圖(放大前段) 66
圖 3. 10 TR-R 系列試體比對圖 ... 66
圖 3. 11 TR-R 系列試體比對圖(正規化) ... 67
圖 3. 12 TR2.0-R2.0 試體比對圖(正規化)... 67
圖 3. 13 試體 R 系列軸力與軸向應變比對圖(與 102
年) ... 68
圖 3. 14 試體 R 系列軸力與軸向應變比對圖(正規化)68
圖 3. 15 試體 IR 系列軸力與軸向應變比對圖 (與 102
年) ... 69
圖 3. 16 試體 IR 系列軸力與軸向應變比對圖(正規化)
... 69
圖 3. 17 混凝土貢獻量係數 α 建議值 ... 70
圖 3. 18 混凝土材料強度與軸向強度比關係 ... 70
圖 4. 1 設置單排螺桿之填充型箱型柱 ... 73
照片次
照片次
照片 2. 1 鋼板工廠材料挑選 ... 34
照片 2. 2 鋼板工廠取樣 ... 34
照片 2. 3 箱型柱製作銲接 ... 35
照片 2. 4 銲道超音波檢驗 ... 35
照片 2. 5 試體照片-a ... 36
照片 2. 6 試體照片-b ... 36
照片 2. 7 IR 系列試體內側置入塑膠袋示意圖 ... 37
照片 2. 8 灌漿作業示意圖 ... 37
照片 2. 9 灌漿作業示意圖 ... 38
照片 2. 10 IR 系列試體灌漿預留空間示意圖 ... 38
照片 2. 11 混凝土評估試驗示意圖 ... 39
照片 2. 12 混凝土坍流度示意圖 ... 39
照片 2. 13 混凝土留下漏斗時間 ... 40
照片 2. 14 混凝土圓柱試體灌漿作業 ... 40
照片 3. 1 R1.35 最終破壞照片 ... 54
照片 3. 2 R1.5 最終破壞照片 ... 55
照片 3. 3 R2.0 最終破壞照片 ... 56
照片 3. 4 IR1.35 最終破壞照片 ... 57
照片 3. 5 IR1.5 最終破壞照片 ... 58
照片 3. 6 IR2.0 最終破壞照片 ... 59
照片 3. 7 TR1.5 最終破壞照片 ... 60
照片 3. 8 TR2.0 最終破壞照片 ... 61
摘要
摘 要
關鍵 詞 ： 填充 型 箱 型柱 、 高 強度 混 凝 土、 圍 束 繫桿
一 、研 究 緣 起
填充 型箱 型 柱 （ Concrete-Filled Box Column， 簡 稱
CFBC）係由 4 片 鋼板 銲 接組 合 而 成，此種 柱 構 件具 有 高
強 度 、 耐 震 韌 性 佳 、 側 向 勁 度 大 及 施 工 便 利 之 優 點 ， 目
前 廣 泛 應 用 於 國 內 中 、 高 層 建 築 結 構 系 統 之 使 用 。 由 於
在 地 震 力 作 用 下 ， 純 鋼 箱 型 柱 的 鋼 板 ， 柱 鋼 板 容 於 承 受
壓 力 狀 態 ， 容 易 發 生 局 部 挫 屈 ， 而 導 致 柱 構 件 韌 性 受 損
而 提 早 破 壞 ， 因 此 此 種 於 鋼 柱 內 填 充 混 凝 土 的 填 充 型 箱
型 柱 ， 其 內 部 的 混 凝 土 ， 可 提 供 箱 型 鋼 柱 面 板 額 外 的 側
向 支 撐 ， 而 柱 面 鋼 板 亦 可 提 供 內 部 混 凝 土 適 當 的 圍 束 ，
如 此 可 延 緩 柱 面 鋼 板 局 部 挫 屈 之 過 早 發 生 ， 並 提 升 填 充
型箱 型 柱 的耐 震 韌 性。
惟 依 據 「 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 （ SRC） 構 造 設 計 規 範 」
第 六 章 對 填 充 型 箱 型 柱 的 設 計 規 定 ， 在 考 量 當 混 凝 土 強
度 提 高 時 ， 其 脆 性 現 象 將 更 為 明 顯 ， 同 時 目 前 國 內 外 的
相 關 研 究 仍 然 有 限 ， 因 此 規 範 規 定 填 充 型 鋼 管 混 凝 土 柱
採用 的 混 凝土 抗 壓 強度，不 得 大 於 560 kgf/cm
2(8,000 psi)，
否 則 應 以 公 認 合 理 之 試 驗 ， 證 明 其 可 行 性 與 可 靠 度 。 但
是 ， 隨 著 國 內 對 製 作 高 強 度 混 凝 土 技 術 之 精 進 ， 及 業 界
迫切 提 出 協助 驗 證 高強 度（ 700
）混 凝土 應 用 實
務 之 需 求 ， 以 避 免 所 使 用 混 凝 土 材 料 ， 因 為 陷 入 建 築 技
術 規 則 或 技 術 規 範 適 用 困 難 之 窘 境 ， 而 必 須 透 過 程 序 繁
瑣 「 建 築 新 技 術 、 新 工 法 、 新 設 備 及 新 材 料 認 可 」 的 機
制。 因此， 本 研 究透 過 使 用高 強 度（ 700
）混 凝
土 填 充 型 箱 型 柱 的 耐 震 行 為 驗 證 研 究 ， 以 檢 視 現 行 相 關
規範 規 定 之合 理 性 ，及 驗 證 使用 限 制 之可 行 性 。
二 、研 究 方 法 及過 程
本研 究共 完 成 3 個（R、IR 及 TR）系列 合 計 8 組 大
尺 寸 填 充 高 強 度 混 凝 土 矩 形 箱 型 短 柱 試 體 之 試 驗 ， 鋼 板
為 SN490B（ 標 稱強 度 3.3
） ， 混凝 土抗 壓 強 度為
700 kgf/cm
2（ 10,000 psi） ， 箱 型 柱 斷 面 長 寬 比 (H/B)為
1.34、1.5 與 2.0 等 3 種 ， 長 邊(H)固 定為 590 mm， 短 邊
則規 劃 不 同的 寬 度 尺寸 (包 括 440、400、300 mm 等 3 種)。
針對 於 國 內 SRC 構造 或 鋼 結構 設 計 規範 中，於受 壓 強 度
計算 公 式 的合 理 性， 採用 高 強 度（ 700
）混 凝 土
對矩 形 箱 型柱 斷 面 長寬 比 (H/B)之 使 用限 制，以 及 設 置圍
束 繫 桿 對 提 升 箱 型 柱 耐 震 性 能 之 有 效 性 等 ， 透 過 理 論 分
析 及 結 構 試 驗 等 方 法 ， 進 行 填 充 型 箱 型 柱 的 耐 震 性 能 試
驗。
三 、重 要 發 現
依據 本研 究 實 驗結 果，獲 得相 關 重要 發 現 說明 如 下 ：
(一 )當 填 充 高 強 度 （ 700
） 混 凝 土 箱 型 柱 的 斷
面長 寬 比 愈大，因 混凝 土 開 裂造 成 強 度下 降 的 幅度 ，
有愈 大 之 趨勢 ， 但 不甚 明 顯 。
(二 )當 填 充 型 箱 型 柱 使 用 大 於 規 範 規 定 之 高 強 度 混 凝
土 （ 700
） 時 ， 實 驗 結 果 顯 示 對 填 充 型 箱
型柱 受 壓 強度 之 規 定計 算 公 式，可 能 出現 高 估 試體
強度 的 情 形，而 本 研究 建 議 混凝 土 強 度的 修 正 公式 ，
摘要
可合 理 計 算填 充 型 箱型 柱 的 受壓 強 度 。
(三)當填 充 型 箱型 鋼 柱 使用 高 強 度（ 700
）混 凝
土時，柱 斷面 的 長 寬比 愈 小，受 壓 軸 向韌 性 有 愈佳
之趨 勢。實驗 結 果 顯示 填 充 型箱 型 柱 斷面 之 長 寬比 ，
建議 不 宜 高 於 1.4，若 超 過 此限 制 時 ，可 於 柱 兩端
塑性 鉸 區，額 外 配 置圍 束 繫 桿，以 提 升填 充 箱 型柱
的耐 震 韌 性。
(四)當填 充 箱 型柱 塑 性 鉸區 配 置 圍束 繫桿 時，可有 效 提
升 填 充 高 強 度 混 凝 土 （ 700
） 箱 型 柱 的 軸
向耐 震 延 展性，並 建議 圍 束 繫桿 的 設 計橫 向 間 距應
小於 最 小 柱寬（ B），縱 向 間距 應 小 於平 均 柱 寬度
的 1/3， 可 符合 相 關規 範 規 定的 耐 震 需求 。
四 、主 要 建 議 事項
立 即 可 行 建 議 － 本 研 究 建 議 填 充 型 箱 型 柱 受 壓 強 度 計 算
修正 公 式 ，可 提 供 修訂 規 範 規定 參 採 。
主辦 機 關 ：內 政 部 營建 署 、 中華 民 國 鋼結 構 協 會
協辦 機 關 ：內 政 部 建築 研 究 所
本研 究 重 要發 現，當 填 充 型箱 型 柱 使 用大 於 規 範規
定之 高 強 度混 凝 土（ 700
）時，現 行「SRC 構 造
設計 規 範 」或「 鋼 構造 建 築 物鋼 結 構 設計 技 術 規範 」中 ，
對填 充 型 箱型 柱 受 壓強 度 計 算之 規 定 公式，會有 過 高 估
計 箱 型 柱 實 際 受 壓 強 度 的 情 形 ， 可 能 有 不 安 全 的 疑 慮 ，
而 本 研 究 建 議 混 凝 土 強 度 修 正 係 數
(α)及 填 充 型 箱 型 柱
受壓 強 度 計算 之 修 正公 式，可 立 即 提 供相 關 構 造設 計 規
範修 訂 之 參採 。
立 即 可 行 建 議 － 本 研 究 建 議 於 柱 斷 面 尺 寸 之 設 計 規 定 ，
應 增 列 限 制 填 充 型 箱 型 柱 斷 面 之 長 寬 比 ，
不宜 高 於 1.4。
主辦 機 關 ：內 政 部 營建 署 、 中華 民 國 鋼結 構 協 會
協辦 機 關 ：內 政 部 建築 研 究 所
對使 用 高 強度 混 凝 土（ 700
）填 充型 箱型 柱
斷 面 之 長 寬 比 ， 應 限 制 不 宜 高 於 1.4。 當 柱 斷 面 之 長 寬
比超 過 1.4 時 ， 將可 能 導 致箱 型 柱 撓 曲韌 性 受 損， 本 研
究建 議 可 於填 充 型 箱型 的 塑 性鉸 區，配置 適 當 的圍 束 繫
桿，可 以 有效 提 升填 充 箱 型柱 的 耐 震 韌性，此 建議 可 立
即提 供 相 關構 造 設 計規 範，於 增 訂 填 充型 箱 型 柱斷 面 尺
寸限 制 之 參採 。
立 即 可 行 建 議 － 建 議 辦 理 「 提 升 填 充 型 箱 型 鋼 柱 耐 震 性
能創 新 技 術研 討 會 」
主辦 機 關 ：內 政 部 建築 研 究 所
協辦 機 關：建築 師 公 會、結 構 工 程技 師公 會、土 木技 師
公會 、 台 灣建 築 中 心
有關 填 充 型箱 型 柱 耐震 性 能 實驗 驗 證 之研 究，本 所
併同 究 併 同其 他 研 究， 已 累 積近 35 組以 上 箱 型柱 試 體
實驗之 研 究成 果，建 議 可 儘速 辦 理 相 關研 討 或 推廣 活 動 ，
以廣 納 業 界對 相 關 規範 修 正 草案 之 意 見，並 將本 所 研 發
的創 新 結 構技 術 ， 提供 業 界 使用 。
立 即 可 行 建 議 － 建 議 賡 續 辦 理 「 在 高 軸 力 下 使 用 高 強 度
混 凝 土 填 充 型 箱 型 柱 耐 震 性 能 驗 證 研 究 」
主辦 機 關 ：內 政 部 建築 研 究 所
協辦 機 關 ：各 國 立 大學 土 木 或營 建 工 程研 究 所
摘要
建議 未 來 可再 進 一 步透 過 理 論分 析 與 實驗 驗 證，探
討在 高 軸 力等 條 件，不 利 於柱 塑 性 鉸 區發 展 耐 震韌 性 情
況下，若 使用 高 強度 混 凝 土之 填 充 型 箱型 柱，其耐 震 性
能與 使 用 限制 ， 及 研提 具 體 可行 的 強 化 耐 震 韌 性 措 施 。
ABSTRACT
Key word: Concrete-Filled Rectangle Box Column, High-Strengt h Concrete, Confinement Tie Rod
1. Purpose
The concrete-filled box co lumn (CFBC) usually welded together by four steel plates that have many prop erty as high strength, great seismic toughness, high lateral stiffness and convenient construction as well as use to be apply on high -rise building. When under seismic force, the plate o f steel co lumn easily gets so me local buckling that cause column membe r early to damage. If the steel co lumn is filled with concrete, the concrete can provide lateral support, and the plate of steel co lumn can provide concrete confinement, delaying the occurrence of local buckling of the steel column, the column members to e nhance toughness.
According to "steel reinforced concrete (SRC) structure design specifications" Chapter VI of the filled box -column design provides that, in consideration o f when the concrete strength increased brittleness phenomenon will beco me more apparent, At the same time present the relevant researches are still limited, therefore specification of concrete compressive strength of concrete -filled steel tube column uses shall not exceed 560 kgf/cm2 (8,000 psi), Otherwise, it should reasonably recognized by experiments to prove its feasibilit y and reliabilit y. However, with domestic production o f sophisticated technology of high-strength concrete, and the industry needs an urgent request for assistance to verify the practical application of high-strength concrete (700 kgf/cm2) to prevent the high-strength concrete material applicable in building technical rules or specifications difficulty dilemma, instead, through a complicated mechanism of the program " Architectural new technology, new method, new equipment and new material approval
ABSTRACT
system ".
Therefore, this study verified through the use of seismic behavior of high strength (700 kgf/cm2) concrete-filled box column study to review the exist ing provisions of the relevant specificat ions rationalit y and feasibilit y of using restrictions verificat ion.
2.Method and Steps
In this study, a total of three series (respect ively, R, IR and TR specimens) making a total of 8 sets of large-size rectangular high strength concrete-filled box co lumn specimens had been completed, steel adopt SN490B (no minal strength 3.3tf/cm2), concrete compressive strength 700 kgf/cm2 (10,000 psi), box-column sect ion aspect ratio (H/B) for the three kinds 1.34,1.5 and 2.0, the long side (H) is fixed at 590 mm, the short side is planning a different width dimensions (including three kinds o f 440,400,300 mm, etc.). SRC for domest ic construct ion or steel structure design specificat ion, at a reasonable calculation formula of co mpressive strength, high strength (700 kgf/cm2) using a rectangula r concrete box-column section aspect ratio (H/B) of the limits and set confinement Tied to enhance the effect iveness of seismic performance of the co lumn box, etc., through theoretical analysis and structural testing.
3. Main Finding
According to this research experimental result to show that, sum up several important discoveries and do the fo llowing explanat ion.
(1) When the cross-sect ion of high-strength concrete-filled (700 kgf/cm2) box co lumn aspect ratio greater, because strength concrete cracking caused the decrease, there is the greater of the trend, but not significant.
(2) When filled box column is greater than the specification of the use of high-strength concrete (700 kgf/cm2), the experimental result s show that the calculation of the provisions filled b ox column
compression strength of the equation, may have overestimated the strength o f specimens, and this study proposes to amend the formula of concrete strength, co mpressive strength can be reasonably calculated column filled box.
(3) When CFBC filled with high-strength concrete (700 kgf/cm2), the aspect ratio of the column cross-sect ion is smaller, there are more good toughness axial co mpression of the trend. The proposal base on experimental results show that the aspect rat io of filled box column section should not be higher than 1.4, if this limit is exceeded, it should configure additional confinement Tied in the ends of the plastic hinge regions in column, to enhance filling o f box co lumn seismic toughness.
(4) When filled box column plast ic hinge zone configuration confinement tied, can effectively enhance the axial seismic ductilit y of filling high-strength concrete (700 kgf/cm2), and suggestedd that the design of confinement Tied o f the lateral spacing should be less than the minimum column width (B), the longitudinal spacing should be less than 1/3 of the average width of the column, it can meet requirement of the relevant specification.
4. Major suggest ion
Short term suggestion—This study proposes to amend the
formula-filled box column compression strength calculat ion of, can provide revised specification of the Senate adopted.
Major Office： Construction and Planning Agency Ministry of the Interior or Taiwan Institute of Steel Construction Associate Office ： Architecture and Building Research Institute
Ministry of Interior
In this study, key findings, when CFBC using high-strength concrete (700 kgf/cm2) which is greater than the specification, the current "SRC structure design specifications" or "steel structure
ABSTRACT
building steel structure design specifications" in the filling bo x column t ype specified formula to calculate the compressive strength, there will be an overestimat ion co mpressive strength of the actual situation, there may be doubts unsafe, but this study suggests concrete strength coefficient (α) and modified formula to calculate the compressive strength, which is available immediately relevant structural design specifications revision of reference adopted.
Short term suggestion—The study recommends the design
requirements of the co lumn section size, should be added to limit the aspect rat io of the CFBC, not higher than 1.4.
Major Office： Construction and Planning Agency Ministry of the Interior and Taiwan Inst itute of Steel Construction Associate Office ： Architecture and Building Research Institute
Ministry of Interior
The aspect rat io o f CFBC using high-strength concrete (700 kgf/cm2) should be limited to not higher than 1.4. When the aspect ratio more than 1.4, it will likely cause damage to box co lumn flexural toughness, this study suggests that configure the appropriate confinement tie bars in plast ic hinge zone, can effect ively improve the seismic toughness of CFBC, this proposal can provide structural design specificat ions immediately, in updating filled box column section size limits mining parame ters.
Short term suggestion—Recommend apply " box filled enhance
seismic performance of steel column innovat ive technology seminar"
Major Office：Architecture and Building Research Inst itute Ministry of Interior.
Engineers
Experimental verificat ion of the performance of the study concrete-filled box column, have been accumulated over the past 35 group specimens and research results, it is recommended to handling the relevant seminars or promotional activit ies to solicit comments of the industry on the draft amendments to the relevant specificat ions, and this innovat ive construction techniques developed by ABRI, offers the industry's use.
Short term suggestion—Recommend apply "Using high-strength
concrete-filled box co lumn seismic
performance validation study at a high axial forces "
Major Office：Architecture and Building Research Inst itute Ministry of Interior.
Associate Office： Civil Engineering or Construction Engineering Institute national universities
Recommends that the future can be further through theoretica l analysis and experimental verificat ion, to explore with high axia l force and other condit ions, the case is not conducive to the development of seismic column plast ic hinge zone toughness, the use of box column filled high-strength concrete, its seismic performance and use restrict ions, as well as research to ment ion concrete and feasible measures to strengthen the seismic resilience.
第一章 緒論
第一章 緒論
第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
臺灣位 於環太 平洋 地震帶，近年 來國內 外 強烈地 震頻繁 發生，許 多橋梁 與建築 因此 而崩塌 損壞，其 中柱構 件的損 壞更可 能造 成整體 結 構的倒 塌。柱結構 的強 度與耐 震韌 性直接 影響結 構在地 震力 下之安 全 性，如 何提升 結構 之耐震 能力 為近 年來研 究之重 點。 國內在 高樓建 築結 構中由 於強 度需 求甚高，若採用 傳統 鋼筋 混凝 土 結 構 設 計 ， 斷 面 甚 大 成 本 亦 提 高 ， 故 國 內 多 採 用 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 （ Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC） 構造， 在設計 規範 中，依 柱 斷面形 式可分 為兩 種類型：(1)包覆型 SRC 柱與(2)填充型 SRC 柱。填 充 型 SRC 柱 主 要 分 為 填 充 混 凝 土 圓 柱 及 填 充 混 凝 土 箱 型 柱 （ Concrete-Filled Box Column， 簡稱 CFBC）兩種 ，如 圖 1.1 所示。填充混 凝土箱 型柱 是將混 凝土 直接 填充於 箱型鋼 柱之中，由 於不 需另外 架設模 板，故施 工性 與經濟 性均 佳，且未來 建築物於拆除階段， 混凝土 與鋼板 之回 收容易，並 可重 複使用，可以降低結 構、模板 等材 料的使 用量，且防 火性 能比純 箱型 柱佳，可以減 省防火 材料，符 合降 低經濟 發展對 環境 衝擊的 目標，是 適 合 在 國內研 發、推廣的構材型式， 現在已 有許多 建築 物是使 用 CFBC 建造而 成，且有 許多 使用 CFBC 的 建案正 在進行 中。 然而， 國內現 行 SRC 構 造設 計規範 與解 說，對 鋼管混 凝土 柱之 設 計 規 定 ， 主 要 是 參 考 美 、 日 等 國 有 關 鋼 管 混 凝 土 （ Concrete-Filled Tube，簡 稱 CFT）柱 之 試 驗 結 果，在 日 本 由 於 營 建 市 場 規 模 較 大，規
格品尺 寸亦較 齊全，因此矩 形鋼 管斷面，多採無 縫鋼管 或由 兩組槽 鋼 對銲而 成（如 圖 1.2 所示）。 但是 在國內 則由於 市場規 模較 小 ，現 成 規格品 亦少，因 此為降 低營 建成本，並因應 建築設 計需求之斷面形狀， 而採由 四塊鋼 板組 合而成 之組 合箱 型柱之 斷面。 如 圖 1.3 所示， 甚少 使用無 縫鋼管，且 CFT 與 CFBC 因為 製程 不同，兩者 間之結 構行 為亦 應有 所差 異， 故 國內 應進 行 本土 性填 充混 凝土 箱型 鋼柱 之 實體 試驗 ， 藉以瞭 解其破 壞模 式之差 異性 ，其 驗證規 範所訂 耐震性 能 之 有 效 性 。 國內外 已進行 不少 有關填 充型 鋼管 混凝土 柱的研 究。近 年來 國內 部 分 有 呂東苗 、 蔡 克銓、 黃炯 憲等 人，國 外主要有 Sakino、Susantha 等人，也發 表了 不少期 刊論 文。這些 論文有 些是探 討梁柱桿件的行為， 有 些 則 專 注 於 短 柱 軸 向 行 為 的 研 究 。 目 前 所 收 集 到 的 論 文 中 ， 2008 年以前，有關方 形短 柱載重 實驗 的試 體尺 寸都不 大，柱寬 在 120～323 mm 之 間，而 柱 板 厚 度 在 2～ 9 mm 之 間，而 斷 面 型 式 大 部 分 使 用 無 縫 鋼管或 是由兩 個槽 鋼銲接 而成 之方 形斷面，這些實驗 試體的 尺寸 偏小 。 且對於 填充型 箱型 柱，有些 工程 師只認 定 混凝土 所提供 之勁 度，而忽 略混凝 土所提 供之 強度。 2012 年 陳 正 誠 等 人 進 行 CFBC 短 柱 軸 向 加 載 試 驗 之 有 限 元 素 分 析，發現 CFBC 內 部混凝 土圍 束機 制 的描 述及模 擬，無 法使用 Mander 等 RC 構件的 圍束 模型，由 分析結 果推 論，矩形 CFBC 的 圍束 效果 (如 圖 1.4)，可 能不如 方形 CFBC(如圖 1.5)。 經與業 界詢問 CFBC 的 使用率 日益 普及，矩形 CFBC 斷面長 度與 寬度的 比值 (簡稱 長寬比 )大 多小於 1.5，但 有時 基於 建築 用 途的 考量 ， 長寬 比會 大於 1.5，甚 至達到 3。由於 斷面的 長寬比 過大 ，將導 致 柱板無 法 提供 混凝 土足夠 的圍 束，因 此 CFBC 柱軸向 強度與 韌性 不如 預期，2013 年黃少 暉之碩 士論 文有測 試 CFBC 斷面長 寬比不 同的 試體 ，
第一章 緒論 其研究 成果發 現當 長寬比 越大，短柱試 體 的殘餘 強度越 低，此 現象將 影 響 CFBC 撓曲 行為 甚鉅。 本所 2013 年陶其駿 自行研 究「 矩形填 充 混凝土 箱型短 柱耐 震行為 之研 究」之研究 成果，已針對 長寬 比介於 1.5 至 2 的 CFBC 試體 進行 軸向加 載試 驗，其 研究發 現當 CFBC 斷面 長寬 比 小於 2.0 時 ，SRC 構 造 設 計 規 範 之設 計 公 式， 仍 可 有 效 估 計矩 形 CFBC 斷 面 的 軸 向 強 度，且 偏 保 守，但 是，在 長 寬 比 為 1.7 至 2.0 時 ， 當斷面 強 度 達 後，混凝 土強度 驟降 情形 非 常明顯，導 致矩形 CFBC 斷面之 軸向韌 性，無法 有效發 揮，仍有安 全之虞。整體 柱斷 面強 度急 遽下降 之原因，主要 為混凝 土強 度驟 降所 造成。2014 年黃 國倫 與陶其 駿自行 研究「矩 形填 充混凝 土箱 型鋼柱 耐 震能力 提升研 究」亦 針對長 寬 比 介於 1 至 2.5，鋼材標 稱降 伏強度 3.3 ⁄ 及混凝 土標稱 抗壓 強 度 420 ⁄ 的 CFBC 試體 進行軸 向加 載試驗 以 及低軸 力下撓 曲行 為試驗 ，研究 發現 長寬比 大於 1.4 的矩形 CFBC 塑性 轉角容 量明 顯低 於 規 範 要求 值 3 rad， 故 建 議 CFBC 長 寬 比 應 限 制 至 少 低 於 1.4；同 時 亦 已 確 認 適 當 設 計 圍 束 繫 桿 可 有 效 提 升 軸 向 韌 性 及 塑 性 轉 角 容 量 達到規 範要 求， 甚至 更好 ，縱 向間 距建 議 採平均 柱寬 度的 1/3，並 建 議長寬 比小於 2 之 CFBC， 只需單 排配 置 圍束繫 桿，長 寬比 不小於 2 之 CFBC， 應雙 排配置 圍束 繫桿。 現階段 國內 SRC 構造 設計規 範 (內政部 營 建署，2006)之規 定，混 凝土 抗壓 強度 上限為 560 ⁄ ，但由 於近 年來 國內 外朝 向高強 度混凝 土趨 勢發展，也有 能力量 產 高強度 混凝土，且由 國內業 界得知 許多 CFBC 結構 建築，已 大量 使用 高強度 混凝土，20 層以 下、 20 至 30 層及 30 層 以 上 之 常 用 混 凝 土 設 計 強 度 分 別 為 420 至 490、490 至 560 及 560 至 700 ⁄ 甚至更高，故 混凝 土 強度對 長寬比 限制 之 影響， 急需進 行試 驗研究 確認 之。
第 二 節
文 獻 回 顧
有關本 研究收 集之 相關文 獻資 料， 說明如 下： 1. 方 形 加 勁 鋼 管 混 凝 土 柱 受 軸 壓 行 為 之 探 討 (黃 炯 憲 等 ， 1999) 此研究 旨在探 討寬 厚比 70 以上之 薄鋼 管 填充混 凝土柱，使用 不 同 加 勁方 式 之 短 柱 行 為 ， 並 提出 八 角 形 箍 筋 的 加勁 方 式 。 此研 究之實 驗分二 次進 行，第 一次 實驗 為 18 支鋼管 混凝土 柱試 體， 2 支純混 凝土柱，探 討主要 參數 為：鋼 管寬 厚比（ 分別為 70、100、 150）、加 勁 方 式（ 分 別 為 縱 向 平 行 管 壁 加 勁 板，縱 向 垂 直 管 壁 加 勁板，八角形 箍筋 加勁）。第二 次實 驗為 9 支鋼管 混凝土 柱試 體， 特別針 對柱寬 厚比 為 70 且為八角 形加 勁 之方形 斷面進 行研 究，探 討參數 為：箍 筋間 距與箍 筋斷 面。 實驗結 果顯示：（ 1）利用 有效圍 束與 分區 圍束觀 念，可得 到 八角形 加勁強 度與 韌性之 指標 性參 數；（ 2）八角 形加 勁對韌 性與 極限強 度有良 好幫 助；（ 3）軸 向垂 直加勁 板對提 高鋼板 挫曲 強度 與勁 度 有相當 幫助 ；（ 4） 圓形斷 面行 為 較佳。 2. 加 勁 鋼 管 混 凝 土 柱 受 軸 壓 與 彎 矩 之 行 為 研 究 (孫維隆 ， 2000) 此研究 係以試 驗方 式，討 論加 勁與未 加勁 鋼管填 充混凝 土柱， 在 同 時 承受 軸 力 與 彎 矩 作 用 下 ，有 關 二 者 強 度 、 勁度 及 韌 性 之行 為 。 此 試 驗共 製 作 21 支試 體 ， 探 討 試 驗 參 數 為 加 勁箍 筋 間 距 ， 對 照 組 為未 加 勁 之 方 形 及 圓 形 斷面 。 試 驗 可 分 為 偏心 單 軸 加 力試 驗與固 定軸力 、四 點彎矩 試驗 。 試 驗 結 果 顯 示 ，在 軸 壓 強 度 方 面 ， 八 角 形 加 勁 方 式 ， 能 明 顯 提 升 方 形鋼 管 對 核 心 混 凝 土 的 圍束 作 用 ， 延 緩 鋼 板挫 屈 ， 對 極限 軸 壓 強 度及 韌 性 方 面 有 顯 著 的 提升 。 另 在 不 同 軸 力下 承 受 彎 矩方 面 ， 八 角形 加 勁 方 式 對 極 限 彎 矩強 度 及 韌 性 上 均 有良 好 幫 助 ，且第一章 緒論 效 果 隨 著加 勁 箍 筋 間 距 越 密 越 佳， 試 驗 結 果 與 各 規範 比 較 顯 示， 各規範 之極限 彎矩 強度值 均趨 於保 守。 3. 鋼 管 混 凝 土 構 材 研 究 之 回 顧 (黃 炯 憲 等 ， 1998) 研 究 所 蒐 集 之 論文 ， 大 多 出 自 英 文 期 刊 及 國 際 研 討 會 ， 依 論 文性質 大致分 幾類：（ 1）一 般性 論述；（ 2）構材 各種 試驗；（ 3） 構材行 為模型；（ 4）構 材設 計；（ 5）接 頭；（ 6）其 他。分 述如 次： （ 1） 一般 性 論述 ： 主要 是針 對 「鋼 骨 鋼 筋混 凝土 」 與「 鋼 管混 凝 土 柱 」 構件之 一般 行為做 論述 。 （ 2）構材 之各種 試驗：在此 研究中，共收 集 了 20 多篇以 構材試 驗 為主 之 論文 ， 由於 鋼 管混 凝土 主 要應 用 於 柱的 構 築， 故 大多 試驗 均 考慮 軸 力之 影 響， 且鋼 管 混凝 土 是 由鋼 管 及混 凝 土構 成， 試 驗主 要 之設 計 參數 主要 為 構材 斷 面 形狀 、 寬厚 比 、鋼 管及混 凝土強 度比 、加勁 與否 、混 凝土填 充高度 等等。 （ 3） 構材 之 行為 模 型： 與鋼 管 混凝 土 構 材行 為模 型 之相 關 研究 論 文 共計 13 篇，依 其模 擬方法 或對 象，可 概 略歸納 為：a.以 FEM 分析構 材之力 學特 性；b.探討構 材斷 面的 力學行 為；c.構材 中 混凝土 的特性 模擬；d.根據材料 力學 理論 分析構材力學特性； e.根 據 實 驗 數 據 迴 歸 構 材 的 特 性 曲 線 。 （ 4） 構材 之 設計 ： 收錄 有關 鋼 管混 凝 土 柱 構 件設 計 規範 之 相關 文 章大 略 可分 為 二類 ， 一類 為各 國 鋼管 混 凝 土柱 構 件設 計 規範 現況 之 介紹 ， 另一 類 則多 為研 究 者經 由 實 驗或 數 值分 析 之結 果，對 構件之 某些 行為的 設計 公式 ，提出 修正與 建議。 （ 5） 接頭 ： 在現 行 研究 中， 鋼 管混 凝 土 柱與 鋼梁 之 接合 方 式， 可 概分 成 兩大 類 ，一 為 外壁 接合 型 ，鋼 梁 直 接或 透 過橫 隔 板接 合在 鋼 管混 凝 土柱 之 外壁 。另 一 為穿 透 埋 入型 ， 鋼梁 之 接合 端銲 接 鋼筋 或 剪力 釘 ，並 使之 埋 入混 凝 土 中或 鋼 梁之 翼 板、
腹版或 整個斷 面， 穿透鋼 管混 凝土 。 （ 6）其他 ：收 錄有關 填充 混凝土 柱之 抗 火性能 研究， 及外包 FRP 加勁纖 維 複合 材料 之混凝 土柱 的力 學行為 。 4. 高 強 度 鋼 管 混 凝 土 柱 強 度 之 實 驗 探 討 (丁 英 哲 ， 2004) AISC-LRFD 3rd 規 範 針 對 鋼 管 混 凝 土 (CFT)柱 的 設 計 規 定，係 使 用 轉 換係 數 ， 將 混 凝 土 轉 換 成等 值 之 鋼 骨 ， 再 利用 一 般 鋼 柱的 挫屈強 度設計 公式，計算 鋼管混 凝土 柱之 設計挫 屈載重；惟 LRFD 規範規 定，常 重混凝 土之 抗壓強 度，必 須 介於 3 ksi (21 MPa) 至 8 ksi (55 MPa)之 間。但 隨 科 技 進 步，混 凝 土 抗 壓 強 度 已 有 顯 著 提 升 ， 此 研 究 利 用 純 軸 壓 試 驗 探 討 高 強 度 鋼 管 混 凝 土 柱 (8 fc12 ksi) 是否仍 然適用 於 LRFD 規範。此 試驗總 共 製作 22 支 CFT 試體， 其混凝 土強度 分別 為 fc= 4、 9、 10、 12 ksi。 試驗結 果顯示 ， LRFD 之 CFT 公式 不僅適 用於高 強度鋼 管混 凝土 柱 ( ksi)，且 LRFD 之 CFT 設計公 式，在估計 CFT 柱之軸 壓強度 是偏 向保守 的。
5. Behavior of Centrally Loaded Concrete-Filled Steel-Tube Short Columns(Sakino, K., et. al., 2004)
此 研 究 計 畫 主 要為 探 討 混 凝 土 填 充 鋼 管 柱 的 行 為 研 究 ， 釐 清 鋼管和 填充的 混凝 土兩者 之間 的諧 和與相 互作用，並 研討 CFT 柱 載重變 形關係 的方 法。總 共製 造與 測試 了 114 支試 體， 其中包 含 了 比 對 填充 型 鋼 管 混 凝 土 柱 的 空心 鋼 管 柱 。 主 要 的設 計 參 數 為： 鋼 管 斷 面形 狀 、 鋼 管 抗 拉 強 度 、鋼 管 斷 面 寬 厚 比 、及 混 凝 土 抗壓 強 度 。 在此 文 獻 中 ， 亦 有 根 據 試驗 結 果 ， 而 建 立 一套 可 以 評 估圓 形與 矩形 CFT 柱軸向 極限 抗壓承 載能 力的 設計公 式。
6. Cyclic Analysis and Capacit y Prediction of Concrete-Filled Steel Box Columns (Susantha, K. A. S., et. al., 2002)
第一章 緒論 近 年 來 ， 內 灌 混凝 土 之 填 充 型 箱 型 柱 ， 於 建 築 結 構 已 經 廣 為 使 用 。 此研 究 係 探 討 加 勁 的 厚 壁及 薄 壁 箱 型 鋼 管 混凝 土 柱 之 反覆 載 重 彈 塑性 分 析 及 容 量 預 測 ， 並提 供 以 纖 維 分 析 方法 ， 決 定 內填 充 混 凝 土鋼 柱 極 限 狀 態 之 解 析 流程 。 本 研 究 使 用 新的 破 壞 準 則， 來 決 定 強度 以 及 韌 性 之 預 測 ， 為使 用 於 有 加 勁 的 薄壁 及 厚 壁 柱， 研究修 正最近 發展 的圍束 混凝 土單 調應力 -應變關 係。為 使用反 覆 載 重 分 析， 此 研 究 使 用 一 個 簡 單的 反 覆 載 重 準 則 。鋼 的 材 料 非線 性係 使用 Nagoya 大 學發 展的修 正兩 面模 型來描 述。跟 既有 實驗結 果 比 較 ，發 現 這 些 預 測 結 果 令 人滿 意 。 此 研 究 提 供之 分 析 方 法， 可估計 二次彎 矩的 效應及 短期 與長 期的反 應。 7. 含 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 軸 向 受 力 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2008) 根據 國 內 SRC 構 造設 計規範 之規 定，當 混 凝土之 抗壓強 度大 於 560 kgf/cm2，須 依公 認合理 之試 驗證明 其可行 性及可 靠度 。此 研 究 係 以實 驗 方 式 ， 探 討 含 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱受 軸 向 受 力之 行 為 研 究 。 此 試驗 總 共 製 作 27 支 試 體 ， 其 中 18 支 柱 試 體 寬 度 500mm、 9 支 柱 試 體 寬 度 410 mm， 並 考 量 乾 縮 、 剪 力 釘 、 圍 束 繫 桿 ， 探 討參 數 為 混 凝 土 之 抗 壓 強度 、 寬 厚 比 ， 進 行填 充 混 凝 土箱 型鋼柱 之軸向 受力 行為研 究。 實驗 結 果顯示 ：（ 1） 對於 混凝土 強度 為 6000psi 之 CFBC 短 柱構件，規範強 度公 式 Pn0 AsFy0.85Acfc可合理估 計強 度 ； 對於 混凝土 強度 為 10000psi 之 CFBC 短 柱構件 ， 建議 計算強 度公 式改 採Pn0 AsFy 0.8Acfc，方能合 理預 估強度。（ 2）乾縮 確實 可 能會 降低 其 強度，但 強度 不一定 隨乾 縮量之 增 加而降 低，B t對 乾 縮的 忍受 程 度 ，有 明 顯 的影 響 ， B t愈小 ， 忍受 程 度愈 高 。 （ 3） 剪 力 釘確實 會稍微 提高 有乾 縮 CFBC 短 柱之強 度，但 對於韌 性則 不一 定有幫 助。（ 4） tB 為 48 之 情 況 下，混 凝 土 強 度 為 6000psi 之 CFBC 短柱構 件使用 圍束 繫桿，於 S B不大 於 0.4 時，可以有 效發展 出良
好之韌 性。（ 5）B 為 48 之 情 況 下 ， 混 凝 土 強 度 為 10000psi 之t CFBC 短 柱 構 件 使 用 圍 束 繫 桿，於 S B不大 於 0.2 時，亦可 有效發 展出良 好之韌 性 。 8. 混 凝 土 箱 型 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2009) 根據國 內 SRC 結構設 計規 範，使 用 3.5 tf/cm2等級 之鋼 材時 ， 柱板之 寬厚比（ b/t）不 得大 於 42；且工程師 基於強 柱弱梁 之考 量， 採用結 實斷面 寬厚 比限制 (b/t 為 61)，使得 箱型柱 板厚度 太薄，無 法 使 用 電熱 熔 渣 銲 銲 接 柱 內 橫 隔板 。 此 研 究 係 以 實驗 方 式 ， 探討 填 充 型 箱型 柱 之 軸 壓 及 撓 曲 行 為試 驗 ， 並 發 展 新 的柱 內 橫 隔 板銲 接細節。此 試驗總 共製作 20 支 試體，其 中 7 支含圍束 繫桿，內 橫 隔板銲 接方式 不同 之試體 有 3 支。 試驗主 要參數 有柱鋼 板寬 厚比 (32、40、48、60)、內 橫 隔 板 銲 接 方 式、剪 力 釘 及 圍 束 繫 桿 所 提 供 的圍束 力。 實驗結 果顯示：(1)新的箱型 柱內橫 隔板 銲 接細節 及製作 方式， 尚可符 合耐震 需求 。 (2)箱型柱 柱板 寬厚比 介於 40~60 間之試 體， 其 塑 性 層 間轉 角 ， 皆 能 符 合 規 範 3%之 規 定 。 (3)剪 力釘 可 以 增 加 彎矩強 度及 撓曲 韌性 容量 ，但 增量 有限 。 (4)圍束 繫桿 可以 提升混 凝土的 圍束效 果， 且對箱 型柱 柱板 抵抗局 部挫屈 有幫助 。 9. 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2010) 此研究 探討柱 板寬 厚比放 寬至 結實 斷面寬 厚比限 制（ 等於 61）， 對構件 撓曲韌 性之 影響， 規劃 10 支 試體 ，寬厚 比範圍 介於 32 至 60 之 間 的 填 充 混 凝 土 箱 型 柱 ， 進 行 撓 曲 行 為 試 驗 。 且 工 程 界 施 工 時 已 使 用於 填 充 箱 型 柱 的 防 爆 繫桿 ， 以 避 免 箱 型 柱因 灌 築 混 凝土 所 產 生 的側 壓 ， 而 造 成 柱 板 向 外變 形 ， 實 驗 結 果 顯示 經 由 適 當的 設計， 繫桿可 作為 結構之 用途 ，並 降低柱 板的厚 度需求 。 實驗結 果顯示：(1)寬厚 比為 60 之試體，於 實驗中 提早產 生局
第一章 緒論 部挫屈，導 致無法 發揮 預期 之理論 彎矩 強 度。(2)寬厚 比為 48 之試 體，若圍 束繫桿 所提 供的圍 束應 力達 66.2 kgf/cm2，且繫桿 之 間 寬 比為 0.33，則有 良好的 韌性 行為。(3)寬厚 比為 60 之試體，若使 用 單排圍 束繫桿 所提 供的圍 束應 力達 135 kgf/cm2以上，或 雙排 圍 束 繫桿所 提供的 圍束 應力 達 86 kgf/cm2以上，且繫桿 之 間寬 比為 0.33， 則有良 好的撓 曲韌 性容量 行為 。 10. 在 不 同 軸 力 下 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 行 為 研 究 (陶 其 駿、蔡 煒 銘 ， 2010) 該研究 共完 成 6 支 填充 型箱型 鋼柱 之反覆 載重撓 曲試驗 ，皆 承受 介於 0~50%軸向 標 稱強 度 之 軸力 。 鋼 材標 稱 降伏 強 度為 3.5 tf/cm2，混凝 土標稱 抗壓 強度為 280 kgf/cm2，皆符 合規範 建議。考 量到試 驗機容 量限 制，其中 1 支填 充型箱 型柱柱寬 38 cm，另外 5 支填充 型箱型 柱柱 寬為 31 cm，使其能 達到 預定的 軸力比（軸 力除 以軸向 標稱強 度） ，若要 求塑 性轉 角容量 至少 3% rad，可藉 著塑 性轉角 容量 -軸力 分佈圖 回歸 出所能 容許 的 軸力比 上限。根據試 驗 結果，得到 寬厚比 32 的 試體在 軸力 比大 於 31%時，塑性轉 角容 量 無法 達到 3% rad，但 是從 國內 SRC 規範對 填充型 箱型柱 柱板 寬厚 比的規 定無法 合理 預測此 結果 。 11. 含 繫 桿 填 充 型 箱 型 柱 高 軸 力 下 之 撓 曲 行 為 與 設 計 (陳 正 誠、黃 國 倫， 2011) 該研究 共完 成 9 支 填充 型箱型 鋼柱 之反覆 載重撓 曲試驗 ，其 中一支 承受 20%軸向 標稱強 度之 軸力， 其 餘皆承受 40%軸向標 稱 強度之 軸力。 鋼材 標稱降 伏強 度為 3.5tf/cm2， 混凝 土標稱 抗壓 強 度為 420kgf/cm2，皆 符合規 範建 議。其 中 3 支填充 型箱型 柱探 討 高軸力 下填充 型箱 型柱之 撓曲 韌性 行為表 現。另 外 6 支填充 型箱 型柱以 圍束繫 桿來 提升柱 板寬 厚比 為 48 及 40 之填充 型箱 型柱之
塑性轉 角容量 ，使 其能達 到至少 3%rad 的塑性轉 角容量 ，探 討在 高 軸 力 作用 下 圍 束 繫 桿 提 升 填 充型 箱 型 柱 韌 性 行 為之 效 果 。 根 據 試驗結 果，得到 結論敘 述如 後：（ 1）柱板 寬厚比為 48 及 40 之無 圍束繫 桿試體，其 彎矩強 度實 驗值除 以理 論值結 果分別 為 1.02 及 1.09， 塑 性 轉 角 容 量 分 別 為 2.92 及 1.31%rad， 反 而 寬 厚 比 為 48 者較佳 ；（ 2） 柱板寬 厚比 為 48 時 ，圍束 繫桿可 以將塑 性轉 角容 量由 2.92%rad 提升至 4.21-4.46%rad；（3）柱板 寬厚比 為 40 時， 圍束繫 桿可以 將塑 性轉角 容量 由 1.31%提 升至 2.11-3.91%rad。（4） 本文提 供一設 計圍 束繫桿 之簡 易方 法，可 供工程 實務使 用。 12. 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 受 軸 向 力 之 實 驗 研 究 (吳明昌 ， 2012) 進 行 本 土 性 填 充混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 實 體 試 驗 ， 瞭 解 填 充 混 凝 土箱型 鋼柱 軸 向受 力行為 、破 壞模 式；並 規劃 3 系列 不同尺 寸柱 試體軸 力載重 試驗 ，其中 柱 寬 750 mm 試 體為目 前世界 上最 大之 填 充 混 凝土 箱 型 鋼 柱 試 體 ， 探 討尺 寸 效 應 ， 驗 證 規範 所 訂 標 稱受 壓強度 之有效 性， 提供國 內工 程界 運用與 相關規 範修訂 之参 考。 實驗結 果顯示：(1) 柱寬 300 mm 試體 平均 強度比 為 111.2%， 柱寬 500 mm 試體 平均 強度 比為 103.7%，皆大於 100%，規範建 議 之標稱 強度計 算方 式合宜。柱 寬 750 mm 試 體平均 強度比為 90.5%， 規範使 用之 標 稱強 度計算 方式 偏不 保守。(2) 針對國 內特 殊性使 用， 由 四 片 鋼板 銲 接 組 合 而 成 之 填 充混 凝 土 箱 型 鋼 柱 ，此 研 究 進 行本 土 性 填 充混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 實 體試 驗 ， 驗 證 規 範 所訂 標 稱 強 度計 算方式 ，於 柱 寬度 500mm 以下 ，尚屬 合 宜。 (3) 由不同 尺寸箱 型 柱 試 體 強度 比 之 分 佈 圖 可 看 出 ，對 相 同 寬 厚 比 之 箱型 柱 ， 當 柱寬 度越大 ，強度 比越 低，強 度比 趨勢 向下， 尺寸效 應有明 顯影 響 。 13. 超 高 強 度 鋼 材 填 充 型 箱 型 柱 之 軸 向 行 為 (黃 少 暉 ， 2013) 該 研 究 針 對 超 高 強 度 填 充型 箱 型 混 凝 土 柱 製 作 18 個 試 體 進
第一章 緒論 行實驗，鋼板使 用之 標稱強 度為 5.6tf/cm2 之 HT690 鋼材，混 凝土 抗壓強 度為 560 kgf/cm2 及 700 kgf/cm2 兩 種，箱 型柱斷 面寬 度介 於 255 至 480mm 之間，鋼 板厚 度為 8、10 及 15mm 等 三種，長寬 比為 1.0、1.3、 1.9 等三 種，肢 材寬 厚比 則 介於 24 至 48 共 5 種， 其探討 之參數 為試 體斷面 強度、肢材 寬厚 比的影 響、軸 向延 展性、 局部挫 屈變 形及 內部 填充 混凝 土之 行為 。 研究結 果顯 示： (1)填充 型 箱 型 柱在 發 展 出 最 大 強 度 後 ，強 度 將 快 速 下 降 ，此 現 象 為 內部 混 凝 土 強度 急 遽 下 降 導 致 ， 肢 材寬 厚 比 愈 大 ， 試 體強 度 下 降 幅度 越大；(2)當 5.6 tf/cm2 級 之箱 型鋼柱 搭配 560 kgf/cm2 級以 上之 混 凝土時，AISC 規範 之設計 公式 會出現 高估 強度的 現象；(3)斷面長 寬 比 越 大的 箱 型 鋼 柱 ， 在 拱 效 應的 作 用 之 下 ， 內 部圍 束 混 凝 土的 行為越 差，此 現象 在弱軸 承受 彎矩 時將會 更加顯 著。
第 三 節 研 究 方 法
本案研 究方法 為：（ 1）相關 文獻之 蒐集 與 分析；（ 2）大尺寸 短 柱試體 之軸向 行為 實驗； (3)試驗結 果之分 析與探 討； (4)檢討 現行規 範 無 限制 CFBC 柱 長寬 比之合 理性 與 (5)撰寫報告 。 1 . 相 關 文 獻 之 蒐 集 與 分 析 蒐集並 整理國 內外 相關文 獻，一方面 避免 本研究 之內容 與現 有成果 重複，另 一方 面所收 集之 資料，可 作為規 範檢討 的參 考或 補充資 料。 2 . 大 尺 寸 短 柱 試 體 之 軸 向 行 為 實 驗 本研究 需驗證 混凝 土強度 對長 寬比 限制之 影響，採用實 驗之 方式，探討 其結 構行 為，且因 填充混 凝土 箱型鋼 柱受軸 力至 破壞 階段，涉及到 材料 與幾何 之非 線性反 應，其行為 非常複 雜，無法 單由理 論分析 得到 合理之 結果。本研 究將 進行填 充混凝 土箱 型鋼 柱試體 之軸力 行為 試驗，不同 尺寸柱 試體 將受到 不同軸 力之 載重 ， 可 得 到 軸 力 -應 變 之 試 驗 曲 線 及 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 之 破 壞 模 式。 3 . 試 驗 結 果 之 分 析 與 探 討 藉由試 驗結果 之分 析，探 討試 體混 凝土抗 壓強度 ，對 CFBC 試體斷 面長寬 比之 影響。 4 . 檢 討 現 行 規 範 無 限 制 C F B C 柱 長 寬 比 之 合 理 性 目前國 內現行 SRC 規 範尚未 針對 CFBC 柱 斷面長 寬比，做 任 何限制，擬 藉由 試驗結 果與 討論，檢 討現 行規範 無限制 CFBC 柱 長 寬比 (H/B)之合 理性。 5 . 撰 寫 報 告 本研究 包含兩 次報 告之撰 寫，第 一次為 期 中報告，目 的在 說 明本案 之執行 進度；第二次 為期 末報告，目的在 說明本 案之 研究 成 果。第一章 緒論
第 四 節 研 究 目 的
本研 究預 計針 對 內灌 混凝 土 之矩 形填 充混 凝土 箱型 柱進 行 研究 ， 預期目 標包括：（一）以柱 軸向強 度需 求 的觀念 出發，並藉由 理論 分 析及結 構試驗 等方 法，探 討高 強度混 凝土 矩形 CFBC 短柱承 受軸 向載 重之行 為，檢 討規範 於軸 向標稱 強度 計算 的合理 性；（二 ）檢討 設計 規範中，混 凝土強 度使 用規定 上限 560 ⁄ (8,000psi)時，於 矩 形 CFBC 柱 斷 面 長 寬 比 之 使 用 限 制 ； （ 三 ） 探 討 當 混 凝 土 強 度 使 用 超 過 規 定 上限 560 ⁄ (即 10,000psi/700 ⁄ )時，矩 形 CFBC 柱 斷 面長寬 比之使 用限 制，是否 適用。回饋檢 視現有 相關實 驗研 究成果 之 可信度 ，提供 國內 工程界 運用 與相 關規範 修訂之 参考。圖 1.1 填 充型鋼 管混 凝土 柱 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008） 圖 1.2 無 縫鋼管 CFT （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008） 圖 1.3 填 充混凝 土箱 型鋼 柱 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008）
第一章 緒論 圖 1.4 矩形 CFBC 圍束 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2012） 圖 1.5 方形 CFBC 圍束 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2012） 70 70 6060 50 50 42 .5 4 2 .5 30 30 20 20
第二章
試體計畫與試驗
第 一 節 試 體 設 計
本研究 針對高 強度 填充型 箱型 短柱 進行試 驗，主要探 討的參 數為 柱斷面 長寬比 (H/B)及圍束繫 桿之設 置，短 柱試體 長邊固 定為 590 mm， 短邊則 規劃不 同尺 寸 (包括 440、400 及 300 mm 等 )共 8 支填充 混凝 土 箱型柱 試體， 其斷 面如 圖 2.1 所示 ，受 軸 力載重 試驗， 觀察 其受力 行 為、破 壞模式 、斷 面強度 、軸 向韌 性。 8 支試體 分為 R、IR 及 TR 等 3 個 系 列 ， 試 體 概 要 如 表 2. 1 所 示 。 由 於 本 研 究 係 針 對 短 柱 ， 故 試 體 長 度 採用 3 倍 長邊 柱寬（ 3H） ，柱寬 H 如 圖 2.1 所示。 填充型 箱型短 柱 依 鋼骨鋼 筋混 凝土 構造設 計規範 規定，填充 型鋼 管 混凝 土柱耐 震設 計鋼骨 斷面 肢材 寬厚比 上限pd，計算公 式如 下： √ (式 2.1) 其 中 ，E 為 鋼 骨 之 彈 性 模 數 、s Fys為鋼骨 規定之 降伏應 力。 本研究 柱試體 柱板 ，採 用 SN490B 系 列鋼 板（ 標 稱降伏 強 度 3.3 tf/cm2），長 邊 寬厚 比（bh t）則符合 規範 規定，固定為 40，其 中b 及h t分 別 為 長邊 柱 寬度 及柱板 厚度 ，如 圖 2.1 所示， 其餘鋼 板採用 A572 Gr.50 系 列 鋼 板 （ 標稱 降 伏 強 度 3.3 tf/cm2） ；混凝 土標 稱抗壓 強度 為 0.70 tf/cm2。 所有試 體係利 用全 滲透銲 將 4 片鋼 板組合 成箱型 柱，並以全 滲透 銲在頂 部及底 部銲 上頂板 及底 板，全滲 透 銲細部 示意圖如 圖 2.2 所示。 試體直 接由上 往下 灌漿，依 柱試 體斷面 長 寬比、設 置握裹 隔離 層以及 增設圍 束繫桿 與否 。 所有 試體 之詳 細尺寸 如 圖 2.3 至圖 2.10 所示；R 系列為 矩形斷 面 CFBC 試體， 共 3 支試體 ，依斷 面長寬 比 1.35、1.5 及 2.0 分別設定 為 R1.35、R1.5 及 R2.0 試體；IR 系列 為參 考 R 系 列 試體，於 試體上 部加 銲多片 垂直 加勁板，並於箱 型鋼柱 內側 使用廢 機第二章 試體計畫與試驗 油及超 大塑膠 袋塗 佈，以隔 絕內 部混凝 土 與鋼板 之間的 摩擦，且混凝 土只灌 注到試 體上 表面下 方約 16 cm 處，即不再 灌注，使實 驗時僅 有 箱型鋼 柱受到 垂直 軸力作 用，用 以觀察 R 系列試 體的箱 型鋼 柱柱板 對 軸力的 圍束貢 獻量 ； TR 系列為 參 考 R 系 列試體 ，於試 體斷 面長邊 中 間加裝 等間距 螺桿 ，螺桿 材質 為 A490 鋼 材與 A325 鋼材或同 等級鋼 材，螺 桿直徑 (φtr)為 16mm， 間 距 為 165mm。 各 短 柱 試 體 之 軸 向 標 稱 強 度 如 表 2-1 所示，係 依鋼 骨鋼筋 混凝 土 構造設 計規範 與解 說規定 ， 對矩形 受壓強 度之 計算公 式如 下： ' 0 0.85 n c c s ys P f A A F （ 式 2.2） 其 中 ， A 為 混 凝 土 斷 面 積 ，c fc為 混 凝 土 抗 壓 強 度 ， A 為 箱 型 鋼 柱 斷s 面 積 ，Fys為鋼材 標稱 降伏應 力。 1998 年 傅 正 堯 進 行 高 強 度 鋼 骨 混 凝 土 柱 之 耐 震 行 為 研 究，提 出 剪 力 釘 對 撓 曲 強 度 與 韌 性 沒 有 明 顯 的 影 響 。 1999 年 美 國 華 盛 頓 大 學 Roeder 教 授 進 行 鋼 管 混 凝 土 柱 合 成 行 為 之 研 究，敘 及 填 充 型 圓 柱 不 配 置剪力 釘即具 有合 成效應 。 2008 年 陳 正 誠 等 人 進 行 含 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 軸 向 受 力 行 為研究，在考量 混凝 土乾縮 情形 下，使用 剪力釘 對試體 強度 有一定 之 幫助， 強度比 （ ⁄ ）大約提高 3 至 4%，其中 為試 體之最 大 試驗強 度；國 內常見 CFBC 建 築案 例，因 有實務 上之顧 慮，包括混 凝 土乾縮 影響， 及大 尺寸工 程構 件混 凝土圍 束不如 試驗室 小尺寸 CFBC 柱試體，大尺寸 工程 構件混 凝土 澆置可 能 有材料 淅離的 問題，業界顧 慮合成 效應，尚配 置剪 力釘，惟本 研究為 撙節經 費之考 量，不考 量乾 縮，不 探討剪 力釘 效應。
第 二 節 試 體 製 作
於 104 年 7 月 17 日自 桃園市 觀音 區鋼板 工廠取 樣 本研 究試 體之鋼板材 料，如 照 片 2. 1 至照片 2. 4 所示。 本研究 各系列 試體 外觀情 形， 如 照 片 2. 5 及 照 片 2. 6 所示 。 TR 系列之 試體於 斷面 長向邊 設有 開槽 孔，並 加裝等 間距螺 桿，螺 桿材質 為 A490 鋼材或 同等級 鋼材，螺 桿直徑 為 19mm，間距為 195mm， 於試體 高度的 中間 段兩根 螺桿 上黏 貼應變 計，當箱型 短柱試 體承 受軸 壓力作 用時，可 量測螺 桿所 提供鋼 板圍 束 的力量，以利理論分析計算。 而 IR 系列 於試體 上部 加銲多 片垂 直向加 勁板， 並於箱 型鋼 柱內側 使 用廢機 油及超 大塑 膠袋塗 佈如 照 片 2. 7 所 示，以隔 絕內部 混凝 土與鋼 板之間 的摩擦 。 試 體於 104 年 9 月 8 日執行灌 漿作 業，如 照片 2. 8 及照片 2. 9 所 示，其 中比較 特別 需注意 的 是 IR 系列之 試體， 混凝土 只灌 注到試 體 上表面 下方約 16 cm 處，即不 再灌 注，使 實驗時 僅有箱 型鋼 柱受到 垂 直軸力 作用， 如 照 片 2. 10 所示。 預 拌車於 104 年 9 月 8 日到達 本中 心大型 力學實 驗室後，即 進行 混凝土 坍度試 驗 (照片 2. 11 及照 片 2. 13 所示)，以確 保混 凝土 品 質於 適當範 圍內，後則 進行混 凝土 圓柱試 體灌 漿作業，如 照 片 2. 14 所示。 因混凝 土灌於 箱型 短柱試 體後，無法充 分 加以養 護，因此 本研 究將混 凝土圓 柱試體 拆模 後，即利 用保 鮮膜將 圓 柱試體 包覆，以 此模 擬混凝 土於箱 型鋼柱 內之 情況， 做為 後續 實驗與 理 論分 析間之 參考 依據。 圓柱試 體為 28 天、30 天分別 進行 抗壓試 驗，其詳細資料 如 表 2. 2 所示。其中由 於 28 天圓柱 試體為 濕養，強 度較強；而 30 天之圓 柱試 體為了 符合試 體內 混凝土 之乾 養環 境，因 此其圓 柱試體 為乾 養。而本 研究之 試體鋼 板及 圍束繫 桿亦 經由 拉力試 驗得到 其材料 性質，如 表 2. 3 至 表 2. 5 所示 。
第二章 試體計畫與試驗
第 三 節 試 驗 裝 置 及 加 載 程 序
試體上、下方設 有頂 板及底 板，頂 板有預 留圓孔及 4 個 小氣 孔以 供試體 灌漿之 用，圓 孔鋼板 保留 至實驗 時 再蓋回，讓軸壓 應力 較能平 均分佈，以免 有應 力傳遞 之問 題，試 驗裝 置如 圖 2.11 所示。箱型 鋼柱 的應變 採用單 軸應 變計量 測，又 分為軸 向 及橫向 二種，分 別量 測箱型 鋼柱四 個角落 之軸 向應變 量，及 箱型鋼 柱 四面中 心之橫 向應 變量，如 遇有圍 束繫桿，則向 上改貼 至 2 個圍束 繫 桿的中 間；位移 計則 是量測 軸 向總 變形量，除以試 體全 高以求 得平 均 應變；加載方式為軸向加載， 軸向變 形增加 至平 均應變 為 0.04 時或試 體 強度低於最大強度一半時， 即終止 載重試 驗。項 目 試 體 編 號 Fy f'c H B H/B t Pn0 φtr 備 註 (tf/cm2) (kgf/cm2) (cm) (cm) (cm) (tf) (mm)
1
R1.35
3.3
700
59
44
1.34
1.4
2304
-2
R1.5
3.3
700
59
40
1.5
1.4
2133
-3
R2.0
3.3
700
59
30
2.0
1.4
1706
-4
IR1.35
3.3
700
59
44
1.34
1.4
926
-5
IR1.5
3.3
700
59
40
1.5
1.4
889
-6
IR2.0
3.3
700
59
30
2.0
1.4
796
-7
TR1.5
3.3
700
59
40
1.5
1.4
2133
16 A4908
TR2.0
3.3
700
59
30
2.0
1.4
1706
16 A325第二章 試體計畫與試驗 表 2. 2 混凝土 圓柱試 體抗 壓強度 試驗 表（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 齡期 最大強 度 抗 壓強 度 抗壓強 度 直徑 高寬比 修正係 數 破壞 抗 壓 強 度 平均抗 壓強度 平均抗 壓強度 天 kgf kgf/mm2 psi cm 形態 kgf/cm2 psi kgf/cm2 2015/10/6 28 83586 7.39 10511.237 12.00 2 - A 739 10734.073 754.67 2015/10/6 28 88737 7.82 11122.851 12.02 2 - B 782 2015/10/6 28 84202 7.40 10525.460 12.04 2 - A 740 2015/10/6 28 133833 7.53 10710.367 15.04 2 - B 753 2015/10/6 28 136557 7.72 10980.615 15.01 2 - C 772 2015/10/6 28 135356 7.64 10553.908 15.02 2 - A 742 2015/10/8 30 83416 7.41 10866.827 11.97 2 - A 764 10772.003 757.333 2015/10/8 30 86756 7.66 10895.274 12.01 2 - A 766 2015/10/8 30 83757 7.42 10553.908 11.99 2 - A 742 (A) (B) (C) (D) (E) (F)
第三章 試驗結果與討論 表 2. 3 鋼板拉 力試驗 表 (厚度 22mm) （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 樣品名 稱 降伏點 抗拉強 度 降 伏比 ksi N/mm2 tf/cm2 ksi N/mm2 tf/cm2 % t22-1 57 394 4.02 77 534 5.45 74 t22-2 57 396 4.38 78 536 5.47 74 t22-3 57 394 4.02 77 533 5.44 74 表 2. 4 鋼板拉 力試驗 表 (厚度 14mm) （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 樣品名 稱 降伏 點 抗拉強 度 降伏比 ksi N/mm2 tf/cm2 ksi N/mm2 tf/cm2 % t14-1 57 391 3.99 78 540 5.51 72 t14-2 58 403 4.11 78 539 5.50 75 t14-3 60 414 4.22 79 548 5.59 76 t14-4 58 399 4.07 78 539 5.50 74 t14-5 58 403 4.11 78 541 5.52 74 t14-6 56 386 3.94 78 540 5.51 71 表 2. 5 圍束繫 桿拉力 試驗 表（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 樣品名 稱 降 伏點 抗拉強 度 降伏 比 斷面縮 率 ksi N/mm2 tf/cm2 ksi N/mm2 tf/cm 2 % % A325-1 122 841 8.58 153 1055 10.76 80 43 A325-2 123 848 8.65 154 1062 10.83 80 43 A325-3 127 876 8.93 154 1062 10.83 82 47 A490-1 151 1041 10.62 158 1089 11.11 96 57 A490-2 162 1117 11.39 170 1172 11.95 95 59 A490-3 161 1110 11.32 168 1158 11.81 96 58
圖 2.1 試 體斷面 示意 圖 （ 資 料 來 源 ： 2013 陶 其 駿 研 究 製 作 [15]）
35°
6~10
1
4
25
圖 2.2 試 體全滲 透銲 細部 示意 圖 (單 位： mm) （ 資 料 來 源 ： 2013 陶 其 駿 研 究 製 作 [15]） H=59cm tb=th=t(厚 度 相 同 ) bh bb B第三章 試驗結果與討論
圖 2.3 R1.35 試體之 詳細 尺寸
圖 2.4 R1.5 試體 之詳 細尺 寸
第三章 試驗結果與討論
圖 2.5 R2.0 試體 之詳 細尺 寸
圖 2.6 IR1.35 試體 之詳 細尺寸
第三章 試驗結果與討論
圖 2.7 IR1.5 試體 之詳 細尺 寸
圖 2.8 IR2.0 試體 之詳 細尺 寸
第三章 試驗結果與討論
圖 2.9 TR1.5 試體 之詳 細尺 寸
圖 2.10 TR2.0 試體 之詳細 尺寸
第三章 試驗結果與討論
圖 2.11 短柱 試體 及試 驗裝置 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： [14]）
照片 2. 1 鋼板 工廠 材料 挑選
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 2 鋼板 工廠 取樣
第三章 試驗結果與討論
照 片 2. 3 箱型 柱製 作銲 接
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 4 銲道 超音 波檢 驗
照 片 2. 5 試體 照片 -a
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 6 試體 照片 -b
第三章 試驗結果與討論
照片 2. 7 IR 系 列試體 內側 置入 塑膠 袋示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 8 灌漿 作業 示意 圖
照片 2. 9 灌漿 作業 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 10 IR 系列 試體 灌漿 預留空 間示 意 圖
第三章 試驗結果與討論
照 片 2. 11 混凝 土評估 試驗 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照片 2. 12 混凝 土坍流 度示 意圖
照片 2. 13 混凝土 留下 漏斗時 間
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
照 片 2. 14 混凝土 圓柱 試體灌 漿作 業
第三章 試驗結果與討論
第三章
試驗結果與討論
第 一 節
試 驗 結 果 與 觀 察
本研究 之試體 高度 皆相同 ，因 此每 個系列 之加載 應變率 亦相 同， 而應變 率分為 三段 做加載 ，第 一段 為應變 率 1.77mm/min，軸向 位移 為 0mm 至 17.7mm；第二 段為 應變率 3.54mm/min，軸 向位移 為 17.7mm 至 35.4mm； 第三段 為應 變率 7.08mm/min，軸向 位移為 3.54mm 至實 驗結束。本 節將大 略論 述各試 體於 實驗過 程中所 觀察到 之情 況與試 體 於重要 轉折點 所紀 錄之事 項。 R1.35 試 體 當加載 應變率 在第 一段時 ，試 體西 側於軸 向位移 7.65mm 時產 生 交叉降 伏線；當加 載應變 率在 第二 段，軸 向位移達 18mm 時，在 東側 上 方 約 35cm 處 產生挫 屈， 當軸向 位移 29mm 時 於北 側上方 約 30cm 處產生 挫屈， 南側 下方 40cm 及東 側下 方 亦產生 挫屈， 而於 軸向位 移 達 30mm 時 ，北側 下方 40cm 處 產生第 二 處挫屈 ；當加 載應 變率達 第 三段， 軸向位 移在 83mm 時， 西南 側角落 熱影響 曲開裂 ，軸 向位移 91.5mm 時 西 北 角 落 熱 影 響 區 開 裂 。 試 體 最 大 強 度 為 2675tf， 最 大 軸 向位移 達到 97.11mm，強 度下降 50%以上，試驗結束 破壞 最終照 片如 照 片 3. 1 所示 。 R1.5 試體 當加載 應變率 在第 一段時 ，試 體西 側於軸 向位移 7.08mm 時產 生 交叉降 伏線， 當軸 向位移 11mm 時 於西側 上方約 30cm 處 產生挫 屈， 當軸向 位移 14mm 時於 南側上 方約 35cm 處產生 挫屈； 當加 載應變 率 在第二 段，軸向位 移達 23mm 時，在東 側上 方約 35cm 處產 生挫屈，； 當加載 應變率 達第 三 段，軸 向位 移在 40mm 時，西 北側角 落熱 影響曲 開裂，軸向位 移在 47mm 時，東北 側角落 熱影響 曲開裂，軸 向位移 在48mm 時 ， 西 南 側 和 東 南 側 角 落 熱 影 響 曲 開 裂 。 試 體 最 大 強 度 為 2426.65tf，最 大 軸 向 位 移 達 到 47.33mm， 強 度下降 50%以 上，試 驗 結 束破壞 最終照 片如 照片 3. 2 所示。 R2.0 試體 當加載 應變率 在第 一段時，試 體西 側於 軸 向位移 6.8mm 時 產生水 平降伏 線，當 軸向 位移 8.5mm 時南、北側 產生斜 向降伏 線，然而當 軸 向 位 移 13mm 時東、西 側上方 出現 挫屈；當加載 應變率 在第 二段，軸 向 位 移為 18.2mm 時 ，南側 上方 40cm 處 出現挫 屈；當 加載 應變率 達 第三段 ，軸向 位移 為 58mm 時 東北 、西南 側角落 熱影響 區 產 生 開 裂 。 試體最 大強度 為 2044tf，最大軸 向位 移達 到 60.74mm，強度下 降 50% 以上， 試驗結 束破 壞最終 照片 如 照 片 3. 3 所示。 IR1.35 試體 當加載 應變率 在第 一段時 ，試 體西 側於軸 向位移 6.25mm 時產 生 水平降 伏線， 當軸 向位移 8mm 時 於西 側 上、下 方產生 斜向 降伏線 ， 當軸向 位移 12.04mm 時 於西 側下方 產生 挫 屈；當加 載應 變率在 第二 段， 軸向位 移達 18.04mm 時 於南 側下方 產生 挫 屈，；當 加載 應變率 達第 三 段，軸 向位移 在 55mm 時，北 西側 角落熱 影響曲 開裂， 軸向 位移在 63mm 時 ，東 南 側 角 落 熱 影 響 曲 開 裂 。試 體 最 大 強 度 為 1096.31tf， 最 大軸向 位移達 到 64.32mm，強 度下降 50%以上，試驗 結束 破壞最 終照 片 如 照片 3. 4 所示。 IR1.5 試體 當加載 應變率 在第 一段時 ，試 體北 側於軸 向位移 6.53mm 時產 生 水平降 伏線， 當軸 向位移 8.29mm 時於 東 側中間 產生斜 向降 伏線， 當 軸 向 位移 11.16mm 時於 西側 下方產 生挫 屈；當加載 應變 率在第 二段 ， 軸向位 移達 18.04mm 時 於南 側下方 產生 挫 屈，軸 向位移 在 11.43mm 時於東 側下方 產生 挫屈，軸 向位移 在 20.5mm 時於北側下方產生挫屈； 當加載 應變率 達第 三段，軸向 位移在 59.96mm 時，東 南側角 落熱 影響
