鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究
內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告
中華民國 100 年 12 月
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究
受委託者：蔡克銓
研究主持人：鄭元良
協同主持人：蔡克銓
研 究 員：汪家銘
研 究 助 理 ：林克強、莊勝智
內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告
中華民國 100 年 12 月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）目次
表次 ... III
圖次 ... V
照片次 ... IX
摘要 ... XV
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究緣起與背景 ... 1
第二節 研究目的 ... 2
第三節 研究方法 ... 2
第二章 文獻回顧 ... 9
第三章 ESW 元件試體有限元素模型分析 ... 11
第一節 有限元素分析模型介紹 ... 11
第二節 有限元素分析模型參數研究 ... 12
第三節 有限元素模型分析結果 ... 13
第四章 橫隔板與箱型柱電熱熔渣銲接合試驗 ... 31
第一節 試體設計 ... 31
第二節 試體製造與檢測 ... 31
第三節 試驗方法 ... 32
第四節 試驗過程 ... 33
第五節 試驗與有限元素模型分析結果比較 ... 36
第五章 實尺寸鋼梁與箱型柱接頭試驗 ... 73
第一節 試體設計 ... 73
第二節 試體製造 ... 73
第三節 試驗方法 ... 74
第四節 試驗過程 ... 75
第五節 試驗結果與討論 ... 77
第六章 結論與建議 ... 93
第一節 結論 ... 93
第二節 建議 ... 94
附錄一 專家座談會會議紀錄與簡報 ... 97
附錄二 期中與期末審查會議審查意見 ... 121
參考書目 ... 127
表次
表 3-1 試體 RC13 實際材料強度表 ... 15
表 3-2 有限元素分析組數 ... 15
表 4-1 電熔渣銲元件試體參數表 ... 38
表 4-2 ESW 元件試驗試體之實際材料強度表 ... 38
表 5-1 試體梁柱桿件尺寸及參數表 ... 78
表 5-2 實際材料強度表 ... 78
表 5-3 試體試驗強度及變形一覽表 ... 79
III圖次
圖 1-1 箱型柱梁柱接頭示意圖 ... 4
圖 1-2 電熔渣銲元件試驗示意圖 ... 4
圖 1-3 實尺寸鋼骨梁柱接頭試驗裝置圖 ... 5
圖 1-4 研究方法與流程 ... 6
圖 3-1 有限元素分析模型 ... 16
圖 3-2 電熔渣銲接合細節示意圖 ... 16
圖 3-3 有限元素分析使用之材料模型 ... 17
圖 3-4 ESW 熔透直徑大小參數 ... 17
圖 3-5 ESW 垂直偏心位置參數 ... 18
圖 3-6 梁翼板往上偏心位置參數 ... 18
圖 3-7 ESW 熔透直徑為 38mm 之分析結果比較圖... 19
圖 3-8 ESW 熔透直徑為 41mm 之分析結果比較圖... 20
圖 3-9 ESW 熔透直徑為 44mm 之分析結果比較圖... 21
圖 3-10 ESW 熔透直徑為 38mm 時，採用不同垂直偏心量之分析
結果比較圖 ... 22
圖 3-11 ESW 熔透直徑為 41mm 時，採用不同垂直偏心量之分析
結果比較圖 ... 23
圖 3-12 ESW 熔透直徑為 44mm 時，採用不同垂直偏心量之分析
結果比較圖 ... 25
圖 3-13 ESW 垂直偏差為 0 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之
分析結果比較圖 ... 26
圖 3-14 ESW 垂直偏差為-3 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之
分析結果比較圖 ... 27
圖 3-15 ESW 垂直偏差為-5 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之
分析結果比較圖 ... 28
圖 3-16 梁柱接頭試體發生電熔渣銲銲道破壞之 PEEQ 指標... 29
圖 4-1 電熔渣銲元件試體標準圖 ... 39
圖 4-2 箱型柱試體之柱面方向標示 ... 39
圖 4-3 箱型柱 R 與 L 側電溶渣銲之熔透範圍... 40
圖 4-4 箱型柱 F 與 N 側電溶渣銲之熔透範圍 ... 41
圖 4-5 ESW 元件試體之梁翼位置與方向 ... 42
圖 4-6 ESW 元件試體之應變計位置 ... 42
圖 4-7 試體 CC 之位移與力量關係圖 ... 43
圖 4-8 試體 EC 之位移與力量關係圖... 43
圖 4-9 試體 CE+8 之位移與力量關係圖 ... 44
圖 4-10 試體 EE+8 之位移與力量關係圖... 44
圖 4-11 試體 CE+25 之位移與力量關係圖... 45
圖 4-12 試體 EE+25 之位移與力量關係圖... 45
圖 4-13 試體 EE-16 之位移與力量關係圖... 46
圖 4-14 試體 EE-25 之位移與力量關係圖... 46
圖 4-15 有限元素分析使用之 SN490B 鋼材真實材料模型... 47
圖 4-16 試體 EE+8 之試驗結果與有限元素分析結果之比較.... 47
圖 4-17 試體 CC 與 EC 之橫隔板應變比較圖 ... 48
圖 4-18 試體 CE+8 與 EE+8 之橫隔板應變比較圖... 48
圖 4-19 試體 CE+25 與 EE+25 之橫隔板應變比較圖... 49
圖 4-20 試體 CC、CE+8 與 CE+25 之橫隔板應變比較圖 ... 49
圖 4-21 試體 EC、EE+8 與 EE+25 之橫隔板應變比較圖... 50
圖 5-1 實尺寸鋼結構梁柱接頭試體設計圖 ... 80
圖 5-2 箱型柱之柱面方向標示 ... 80
圖 5-3 箱型柱東側與西側電熱熔渣銲之熔透範圍 ... 81
圖 5-4 箱型柱北側與南側電熱熔渣銲之熔透範圍 ... 81
圖 5-5 試體架設圖 ... 82
圖 5-6 試驗歷時圖 ... 82
圖 5-7 梁柱交會區之量測儀器裝置圖 ... 83
圖 5-8 梁翼蓋板之設計參數 ... 83
圖 5-9 試體 EC 梁端受力與總變形轉角關係圖... 84
圖 5-10 試體 EC 梁端受力與總塑性變形轉角關係圖... 84
圖 5-11 試體 EE 梁端受力與總變形轉角關係圖 ... 85
圖 5-12 試體 EE 梁端受力與總塑性變形轉角關係圖 ... 85
照片次
照片 1-1 箱型柱對應於柱內 ESW 銲道位置之柱板受拉破壞情形
... 7
照片 1-2 箱型柱內 ESW 銲道附近熱影響區破壞 ... 7
照片 3-1 電熔渣銲銲道直徑與熔融範圍之試片 ... 30
照片 4-1 ESW 元件試體試驗於 500 噸萬能試驗機之情況 ... 51
照片 4-2 ESW 元件試體之位移計安裝位置 ... 51
照片 4-3 ESW 元件試體之影像量測測點位置 ... 52
照片 4-4 試體 CC 於試驗位移為 75.8mm 時，上翼板之掉漆情況
... 52
照片 4-5 試體 CC 於試驗位移為 75.8mm 時，柱內隔板之掉漆情
況 ... ... 53
照片 4-6 試體 CC 於試驗位移為 75.8mm 時，下翼板之掉漆情況
... 53
照片 4-7 試體 CC 於試驗結束後，上翼板之斷裂情況 ... 54
照片 4-8 試體 EC 於試驗位移為 71.9mm 時，翼板切削段圓弧處
於厚度方向發生內縮情況 ... 54
照片 4-9 試體 EC 於試驗位移為 83.7mm 時，上翼板之掉漆情況
... 55
照片 4-10 試體 EC 於試驗位移為 83.7mm 時，柱內隔板之掉漆
情況 ... 55
照片 4-11 試體 EC 於試驗位移為 83.7mm 時，下翼板之掉漆情
況 ... 56
照片 4-12 試體 EC 於試驗結束後，下翼板之斷裂情況.... ... 56
照片 4-13 試體 CE+8 於試驗位移為 60.8mm 時，上翼板之掉漆
情況... 57
照片 4-14 試體 CE+8 於試驗位移為 60.8mm 時，柱內隔板之掉
漆情況...57
照片 4-15 試體 CE+8 於試驗位移為 60.8mm 時，下翼板之掉漆
情況... 58
照片 4-16 試體 CE+8 於試驗結束後，上翼板之斷裂情況 ... 58
照片 4-17 試體 EE+8 於試驗位移為 97.5mm 時，試體上翼板東
側切削圓弧段之開裂情況 ...59
照片 4-18 試體 EE+8 於試驗位移為 97.5mm 時，上翼板之掉漆
情況...59
照片 4-19 試體 EE+8 於試驗位移為 97.5mm 時，柱內隔板之掉
漆情況 ...60
照片 4-20 試體 EE+8 於試驗位移為 97.5mm 時，下翼板之掉漆
情況 ...60
照片 4-21 試體 EE+8 於試驗結束後，上翼板之斷裂情況... 61
照片 4-22 試體 CE+25 於試驗位移為 10.7mm 時，柱板之掉漆情
況...61
照片 4-23 試體 CE+25 於試驗位移為 55.8mm 時，上翼板之掉漆
情況 ...62
照片 4-24 試體 CE+25 於試驗位移為 55.8mm 時，柱內隔板之掉
漆情況 ...62
照片 4-25 試體 CE+25 於試驗位移為 55.8mm 時，下翼板之掉漆
情況 ...63
照片 4-26 試體 CE+25 於試驗位移為 63.3mm 時，試體之破壞情
況 ...63
照片 4-27 試體 EE+25 於試驗位移為 8.4mm 時，柱板之掉漆
情況...64
照片 4-28 試體 EE+25 於試驗位移為 12.4mm 時，柱板之掉漆情
況 ...64
照片 4-29 試體 EE+25 於試驗位移為 32.6mm 時，上翼板之掉漆
情況 ...65
照片 4-30 試體 EE+25 於試驗位移為 32.6mm 時，下翼板之掉漆
情況 ...65
照片 4-31 試體 EE+25 於試驗位移為 32.6mm 時，柱板外拱之情
況 ...66
照片 4-32 試體 EE+25 於試驗位移為 40.8mm 時，試體之破壞情
況 ...66
照片 4-33 試體 EE-16 於試驗位移為 133.3mm 時，上翼板切削段
圓弧處開始有輕微開裂現象 ...67
照片 4-34 試體 EE-16 於試驗位移為 133.3mm 時，柱板外拱之情
況 ...67
照片 4-35 試體 EE-16 於試驗位移為 133.3mm 時，上翼板之掉漆
情況 ...68
照片 4-36 試體 EE-16 於試驗位移為 133.3mm 時，下翼板之掉漆
情況 ...68
照片 4-37 試體 EE-16 於試驗結束後，上翼板之斷裂情況...69
照片 4-38 試體 EE-25 於試驗位移為 62.2mm 時，上翼板之掉漆
情況 ...69
照片 4-39 試體 EE-25 於試驗位移為 62.2mm 時，柱內隔板之掉
漆情況 ...70
照片 4-40 試體 EE-25 於試驗位移為 62.2mm 時，下翼板之掉漆
情況 ...70
照片 4-41 試體 EE-25 於試驗位移為 62.2mm 時，柱板之掉漆情
況 ...71
照片 4-42 試體 EE-25 於試驗位移為 85.5mm 時，試體之破壞情
況(1)...71
照片 4-43 試體 EE-25 於試驗位移為 85.5mm 時，試體之破壞情
況(2)...72
照片 5-1 試體架設圖 ...86
照片 5-2 試體 EC 於尖峰位移角 0.01 弧度時，梁翼板掉漆情況
...86
照片 5-3 試體 EC 於尖峰位移角 0.015 弧度時，蓋板掉漆情況
...87
照片 5-4 試體 EC 於尖峰位移角 0.015 弧度時，梁腹板掉漆情況
...87
照片 5-5 試體 EC 於尖峰位移角 0.03 弧度時，蓋板尖端開裂情況
...88
照片 5-6 試體 EC 於尖峰位移角 0.05 弧度時，梁翼板與腹板挫屈
情況...88
照片 5-7 試體 EC 於尖峰位移角 0.05 弧度時，蓋板銲道開裂情況
...89
照片 5-8 試體 EC 於尖峰位移角 0.05 弧度第二迴圈時，上翼板斷
裂情況...89
照片 5-9 試體 EE 於尖峰位移角 0.015 弧度時，蓋板掉漆情況
...90
照片 5-10 試體 EE 於尖峰位移角 0.015 弧度時，梁腹板掉漆情況
...90
照片 5-11 試體 EE 於尖峰位移角 0.03 弧度時，對應下翼板之柱
板受拉拱起情況...91
照片 5-12 試體 EE 於尖峰位移角 0.03 弧度時，對應上翼板之柱
板受拉拱起情況...91
摘 要
關鍵詞：箱型柱、電熱熔渣銲、累積塑性應變、超音波檢測 一 、 研 究 緣 起 國內鋼結構建築之箱型柱與寬翼梁構成的抗彎接合中，箱型柱內與梁翼板同高處 配置柱內橫隔板，且箱型柱與內橫隔板間至少一對接合銲道使用電熱熔渣銲之接合細 節，已成為國內鋼構界之工業化製造標準。但在過去許多針對此接合細節之梁柱接頭 試驗結果中可發現，當接頭尚未發展明顯非線性變形前，常在電熱熔渣銲銲道之熱影 響區附近發生脆性破壞，其破壞機率約為 25%。由關於電熱熔渣銲之研究成果發現， 箱型柱內橫隔板採電熔渣銲與柱板接合之梁柱接頭耐震性能可靠度不佳，此顯示國內 採用電熱熔渣銲之箱型柱梁接頭，在未發展充分非線性變形能力前有較高之破壞機 率，研究也顯示此電熱熔渣銲製作與檢測品質仍有改善空間，值得國內工程界及鋼構 業重視。故本研究將針對箱型柱內橫隔板與柱板間電熔渣銲之局部構件與實尺寸梁柱 接頭之有限元素模型分析與試驗研究，提出改善之柱內橫隔板接合細節與設計建議， 以提昇國內常用鋼骨箱型柱採電熔渣銲製作內橫隔板所對應之梁柱接頭耐震性能。 二、研究方法及過程 本研究規劃採用的研究方法與過程為：(1)針對箱型柱採電熔渣銲接合之柱內橫隔 板子結構，利用變化相關研究參數進行有限元素分析研究；(2)選擇特徵參數針對此子 結構進行試驗研究，並比較解析與試驗研究結果，做為實尺寸梁柱接頭驗證試驗之依 據；(3)選擇最佳接合細節，進行實尺寸梁柱接頭進行解析與試驗研究並比較試驗結 果；(4)綜合前述之研究成果，提出改善之設計建議。 三、重要發現 由有限元素分析結果、電熱熔渣銲元件試驗結果與實尺寸梁柱接頭試驗結果可歸 納出下列結論：1. 由柱內橫隔板電熱熔渣銲道（ESW）元件之有限元素模型分析結果顯示，當柱內 ESW 位置偏差或柱外梁翼板銲接位置偏差時，其累積塑性應變(PEEQ)指標明顯提 升。 2. 本研究採用變換 ESW 銲道直徑大小之參數，分析結果顯示當 ESW 銲道直徑愈小 時，其 PEEQ 與 Opening 指標有上升之趨勢。 3. 針對 28mm 厚柱板與 25mm 厚柱內橫隔板所形成之 25x25mm 熔填池，初步對電 熱熔渣銲之製作程序、超音波檢測與剖開驗證等結果進一步比對，可獲得以下結 論，（1）分別刻意將電熱熔渣銲導管對熔填池中心偏移 3mm 或不偏移之銲接，無 法獲得相對應之電熱熔渣銲道偏移結果，（2）不同直束探頭尺寸與頻率之超音波 熔線位置檢測與實際切開驗證結果比較顯示，10mm 直徑探頭配合 5MHz 頻率獲 得較準確之結果，採用 20mm 直徑探頭之掃描結果較不理想，20mm 探頭配合 5MHz 頻率之熔線位置檢測結果誤差達 10mm。此超音波熔線位置檢測結果應與 檢測人員有關，但本研究未將此參數納入探討。 4. 由 8 組柱內橫隔板 ESW 元件試體之試驗結果比較顯示，當柱內橫隔板之 ESW 銲 道或柱外梁翼板銲接位置發生偏差時，其柱內橫隔板之應變有增加之趨勢，尤其 當柱外梁翼板與柱內橫隔板偏差 25mm 時，柱板容易因受梁翼板之拉力而外拱破 壞，且此破壞為承載力瞬間突然喪失之脆性破壞。 5. 由實尺寸梁柱接頭試驗結果顯示，當梁翼板與柱內橫隔板高程偏心 25mm 時，梁 塑性轉角尚未達到 3%弧度前，即發生柱板受梁翼板拉力產生外拱，且造成梁彎矩 瞬間喪失之破壞模式，研判此破壞發生於柱板與柱內橫隔板間之電熱熔渣銲銲 道，但實際詳細破壞情形需切開破壞位置加以證實；另一組梁翼板銲接高程與柱 內橫隔板高程一致之試體試驗結果顯示，梁塑性轉角能力可達 4%弧度。在此也特 別說明，在製作此兩組試體梁所對應之柱內橫隔板與柱板接合之電熱熔渣銲銲道 時，以刻意將電熱熔渣銲之銲接導管偏移，故意製造電熱熔渣銲偏斜之熔透不足 銲道，但於銲道製作完成後由超音波檢測結果顯示，電熱熔渣銲之銲接邊緣並未
發現明顯熔透不足現象，故本實尺寸試體無法獲得因電熱熔渣銲銲道偏斜之熔透 不足的試驗條件。 6. 本研究所採用之電熱熔渣銲銲道偏心情形皆依超音波檢測之結果為準，但柱板與 柱內橫隔板間之電熱熔渣銲銲道之真實位置與熔線位置，尚待後續將電熱熔渣銲 元件試體與實尺寸梁柱接頭試體在該銲道位置切剖，一方面驗證超音波檢測熔線 位置之準確性，另一方面可藉由巨觀金相試片觀察柱板受拉外拱破壞情況，以研 判造成破壞之因素。 7. 為獲得國內鋼構業之電熱熔渣銲製造品質與超音波檢測精度之實際情形，尚需與 更多鋼構廠合作，針對電熱熔渣銲製作流程與超音波檢測技術進行調查研究，以 增加樣本數與可靠度。 四、主要建議事項 根據本研究成果，針對鋼骨箱型柱柱內橫隔板製作實務中，電熱熔渣銲之製造與 超音波檢測技術，提出下列具體建議。以下分別從立即可行建議加以列舉。 建議一 鋼構施工偏差：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：春源鋼鐵工業股份有限公司 於鋼構實務中避免柱內橫隔板與柱外梁翼板之施工偏差以降低梁柱接頭發生電熱 熔渣銲銲道破壞之機率。 建議二 鋼構施工偏差：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：春源鋼鐵工業股份有限公司 於施作箱型柱內電熱熔渣銲時，應符合製造商提供之電熱熔渣銲銲接程序，以獲 得穩定銲道品質。 建議三 鋼構施工偏差：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：春源鋼鐵工業股份有限公司 當施作箱型柱內電熱熔渣銲工作完成時，後續超音波檢測不應只檢測電熱熔渣銲 之熔幅範圍是否足夠，尚需配合真實柱內橫隔板位置放樣於柱板上，確認電熱熔渣銲 之熔幅範圍足以涵蓋並超過橫隔板之厚度。
ABSTRACT
Keywords: box column, Electroslag welding, equivalent plastic strain, ultrasonic tests
Moment connections formed by box column and wide flange beams are extensively used in the steel buildings in Taiwan. The diaphragms inside a box column are installed at the same elevations where the beam flanges are connected to the column. For each diaphragm, there are four connections between the sides of the diaphragm and its adjacent column flanges. In the Taiwan structural steel fabrication practice, it is commonly seen that at least one pair of the diaphragm-to-column flange (D-to-CF) connections in a diaphragm are fabricated by using the Electroslag welding (ESW) details. However, many past experimental results show that, for a beam-to-column connection with the ESW joints, there is approximate a 25% chance of a brittle fracture occurring near the heat affected zone (HAZ) of the ESW. Therefore, the objectives of this research include: (1) understanding the mechanical behaviors of the ESW D-to-CF connection in the box column and (2) suggesting refined fabrication details for the ESW in order to avoid the brittle damage and to enhance the seismic performance of the beam-to-box connection.
The results of finite element analysis, ESW member tests, and full-scale beam-to-column tests represent that the equivalent plastic strain (PEEQ) obviously increase when eccentricities of ESW or beam flange were happened. And column plate damage from tensile flange would took place easily when the eccentricity between the diaphragm and beam flange reaches 25 mm. This damage is the brittle fracture and strength suddenly gone. In addition, it is concluded as follows from fabrication, ultrasonic tests, and dissecting of ESW with 28mm column plate and 25mm diaphragm. (1) when the eccentricity between the guide tube of ESW and melting pool center reaches 3 mm, the actual eccentricity is not 3mm. (2) the comparison results between melt range from UT test using different size and frequency of detectors and real melt range shows using 10mm and 5MHz detector obtain more accurate ultrasonic test results.
第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
在國內鋼結構建築中，由四片鋼板所組成之箱型斷面柱構件的應用極為普遍，為 使箱型柱構件與 H 形梁構件之接合符合抗彎接合之力學特性，在箱型柱內與梁翼板同 高程處配置柱內橫隔板，以順利傳遞梁端彎矩，如圖 1-1 所示。國內鋼結構實務中， 箱型柱在梁柱接頭處採直通連續，橫隔板配置於箱型柱內部，為順利且經濟地製作柱 內橫隔板，國內鋼構廠乃於內橫隔板與柱板間，至少一組相對接合採用電熔渣銲 (Electro-Slag Welding, ESW)之單道熔填銲道製作，此箱型柱內橫隔板製作細節為國內 鋼結構實務普遍使用且特有之細節，依目前鋼結構製造技術，此細節已幾乎為工業化 標準，並已大量使用於國內鋼結構建築之梁柱接頭中，而國外的應用較不普遍。理論 上，柱內橫隔板採用電熔渣銲可提供足夠強度以傳遞梁柱接頭中梁翼板之拉力。 但相關研究成果[1,2,3]顯示，許多應用於實際工程之 H 形梁接箱型柱之梁柱接頭 中，即使梁翼採切削細節來降低梁翼板拉力需求，與對應柱內橫隔板為電熔渣銲銲道 之柱面接合試體的試驗結果發現，柱內橫隔板與柱板接合之電熔渣銲銲道，其接合之 強度與韌性能力明顯較多道熔填之 FCAW 或 SMAW 全滲透銲道不可靠，常發生不被 預期的脆性破壞機率極高，如照片一與照片二所示，經統計破壞機率約為 25~40%之 間。探討破壞原因發現，製作偏斜的電熔渣銲被研判為此梁柱接頭試體造成破壞的主 要原因，同時電熔渣銲的高入熱量亦對柱板材質造成相當大的影響。另一方面，由銲 道檢測程序也顯示，所有試體於箱型柱構件製作完成後，其電熔渣銲均經超音波檢測 合格，再進行梁構件接合，但從電熔渣銲破壞之部分剖面巨觀試片發現，部分區域之 電熔渣銲銲道仍有熔透瑕疵現象，因此超音波檢測合格標準或可靠度仍有調整空間。 有關電熔渣銲幾何位置與形狀之相關解析研究[4]，利用尖端開口位移、應力三軸度與 破裂指數等三指標評估其破壞潛勢，研究成果顯示，當電熔渣銲與內橫隔板偏移顯著 時，尖端開口位移與應力三軸度指標明顯提升，有發生破壞之趨勢。另外針對文獻[1] 中 A572GR50 材質未接梁之柱板與內部電熔渣銲相鄰處熱影響區進行硬度與衝擊強度 試驗[5]，結果顯示其熱影響區有硬度增大，衝擊強度值有顯著降低之現象，此顯示該 1熱影響區有脆化現象發生。 上述相關之研究成果發現，箱型柱內橫隔板採電熔渣銲與柱板接合之梁柱接頭耐 震性能可靠度不佳，此顯示國內採用電熱熔渣銲之箱型柱梁接頭，在未發展充分非線 性變形能力前有較高之破壞機率，研究也顯示此電熱容渣銲製作與檢測品質仍有改善 空間，值得國內工程界及鋼構業重視。
第二節 研究目的
過去針對鋼骨箱型柱梁接頭試驗結果顯示，當鋼梁與箱型柱電熔渣銲銲道所對應 之柱板接合時，其發生電熔渣銲破壞之機率頗高，此破壞將影響鋼骨梁柱接頭之耐震 性能。故本研究將針對箱型柱內橫隔板與柱板間電熔渣銲之局部構件與實尺寸梁柱接 頭之有限元素模型分析與試驗研究，提出改善之柱內橫隔板接合細節與設計建議，以 提昇國內常用鋼骨箱型柱採電熔渣銲製作內橫隔板所對應之梁柱接頭耐震性能。第三節 研究方法
本研究規劃採用的研究方法為：(1)針對箱型柱採電熔渣銲接合之柱內橫隔板子結構， 利用變化相關研究參數進行有限元素分析研究；(2)選擇特徵參數針對此子結構進行試驗研 究，並比較解析與試驗研究結果，做為實尺寸梁柱接頭驗證試驗之依據；(3)選擇最佳接合 細節，進行實尺寸梁柱接頭進行解析與試驗研究並比較試驗結果；(4)綜合前述之研究成果， 提出改善之設計建議。各子項之研究方法預期進行內容如下： 首先須針對電熔渣銲元件試體進行試驗研究，該電熔渣銲元件試體包含箱型柱、橫隔板 與梁翼板，其中梁翼板採用開槽全滲透銲接與箱型柱電熔渣銲對應之柱板相接，其試體之 示意圖如圖 1-2 所示，為儘可能使此試體與實際梁柱接頭之梁翼板及柱翼板接合之受力行為 相近，故設計此子結構試體之最大應力發生於梁翼板與柱接合處，為達到此目的，試體設 計時將梁翼板在靠近柱構件區域縮小梁翼板寬度，使試體之破壞儘可能發生於接合處。而在分析研究參數方面，於進行試驗前將使用 ABAQUS 有限元素軟體進行分析模型之建立， 並變換參數，了解柱板與電熔渣銲接合熱影響區(Heat Affect Zone, HAZ)與梁翼板之應力分 布狀況，目前規劃的研究參數為(1)變化電熔渣銲銲道直徑大小，(2)變化電熔渣銲偏心位置， (3)變化梁翼板之位置，其研究參數之細節將於後面章節詳述。同時間進行鋼材、電熔渣銲 銲道、熱影響區與梁翼全滲透銲銲道之材料試驗，此材料試驗包含拉伸試驗、硬度試驗與 衝擊試驗，將利用此試驗資料獲得鋼材、電熔渣銲銲道、熱影響區與梁翼全滲透銲銲道之 材料模型，並考慮於有限元素分析模型中，提升模型分析之正確性。 於有限元素分析結束後，將會從有限元素分析結果決定具代表性之參數，以進行試體設 計與製作，目前決定電熔渣銲元件試體組數以 8 組為原則，該試體之變化參數亦於後面章 節詳述，由於橫隔板電熔渣銲為本計劃研究重點之ㄧ，故待試體製造完成後必須針對電熔 渣銲銲道進行非破壞檢測，確認電熔渣銲銲道品質與並標示熔合位置，當非破壞檢測完成 後方可開始進行電熔渣銲元件試體試驗，並與分析結果比對，探討試驗破壞模式及位置與 分析應力結果之關係，此時亦可依據試驗結果修正有限元素分析模型。 最後綜合電熔渣銲元件試驗結果與有限元素分析結果，選擇最佳的內橫隔板或電熔 渣銲銲道設計細節，著手進行實尺寸鋼骨梁柱接頭試體設計，並進行試驗，其試驗裝置 圖如圖 1-3 所示，初步規劃兩組實尺寸鋼骨梁柱接頭試體，其中一組採用本計劃考慮 ESW 銲道偏移研究參數所製作之鋼骨梁柱接頭，而另組一組為對照組，採用正常施工程序製 作 ESW 銲道無偏移之鋼骨梁柱接頭試體，比較兩組試體耐震性能之差別，最後彙整電熔 渣銲元件試驗結果、實尺寸鋼骨梁柱接頭試驗結果與有限元素分析結果以撰寫研究報 告，本計畫整個研究方法與流程如圖 1-4 所示。
ESW
ESW
CJP
CJP
Box
Column
橫隔板
ESW
ESW
CJP
CJP
ESW
ESW
CJP
CJP
ESW
ESW
CJP
CJP
Box
Column
橫隔板
ESW
ESW
CJP
CJP
Box
Column
橫隔板
ESW
ESW
CJP
CJP
ESW
ESW
CJP
CJP
ESW
ESW
CJP
CJP
Box
Column
橫隔板
圖 1-1 箱型柱梁柱接頭示意圖
(資料來源：林克強等，2010)
Force
Force
Beam
Flange
Box
Column
Diaphragm
ESW
圖 1-2 電熔渣銲元件試驗示意圖
(資料來源：本研究製作)
L
H
Strong Floor
Re
action Wall
圖 1-3 實尺寸鋼骨梁柱接頭試驗裝置圖
(資料來源：林克強等，2010)
有限元素模型之建立 研究參數之決定 ESW元件試體設計與製 造 ESW元件試體試驗 ESW元件試 體試驗結果 驗證模型之 正確性 實尺寸鋼骨梁柱接頭試 體設計、製造與檢測 實尺寸鋼骨梁柱接頭試 體試驗 研究報告撰寫 ESW元件試體檢測 ESW材料試驗 決定ESW材料 模型
9~10月
10~11月
11~12月
9~12月
圖 1-4 研究方法與流程
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究照片 1-1 箱型柱對應於柱內 ESW 銲道位置之柱板受拉破壞情形
(資料來源：林克強等，2010)
照片 1-2 箱型柱內 ESW 銲道附近熱影響區破壞
(資料來源：林克強等，2010)
第二章 文獻回顧
由於本計劃之鋼骨梁柱接頭為 H 鋼梁與箱型柱接合之接頭，此種型式接頭為國內 鋼骨工程常見之梁柱接頭，國外多採用 H 型柱，故有關本計劃之研究情況主要參考國 內研究為主。目前所蒐集的國內文獻資料如下： 1. 林克強、莊勝智、張福全、張柏彥 (2008)，「台灣典型鋼梁與箱型柱採梁翼 切削或梁翼加蓋板抗彎接頭之破壞模式」，第五屆海峽兩岸及香港鋼結構技術交流會。2. Ker-Chun Lin and Sheng-Jhih Jhang, “ Seismic Behaviors and Design Method on Steel Beam-to-Box Column Connections with Cover Plate,” Structural Engineering, Vol 25, No.2, pp.75-92, 2010 (in Chinese)
3. Tsai K. C., and Lin, K. C., “Effect of flange stiffeners on seismic beam-to-box column connections,” Report No. NTU/CEER R81-01, Center for Earthquake Engineering Research, National Taiwan University, February 1992, Project No.:
NSC-81-0414-p-002-10-B
4. Cheng-Chih CHEN, Chien-Lin LAI, and Ker-Chun LIN (2009), “FINITE ELEMENT ANALYSIS OF ELECTRO-SLAG WELDING FOR DIAPHRAGMS IN STEEL BOX COLUMN,” The Eleventh Taiwan-Korea-Japan Joint Seminar on Earthquake Engineering for Building Structures SEEBUS 2009, Kyoto, Japan, December 3-5, 2009.
5. 張惠雲、劉琨泰、陳政宇、林克強 (2010)「鋼電熱熔渣銲件微觀結構研究」， 中華民國力學學會第三十四屆全國力學會議.
6. 梁宇宸、陳正誠、蔡顯榮，「受高入熱量 ESW 銲接下箱型鋼柱材質之影響」， 中華民國第九屆結構工程研討會，國賓大飯店，高雄，2008 年 8 月 22～24 日。
7. Achitectural Institute of Japan (AIJ). (2006). Recommendation for Design of Connections in Steel Structures, AIJ, Tokyo, Japan. pp. 79-86 (in Japanese)
以下概述本研究蒐集之文獻資料與研究成果：
文獻[1,2,3]針對國內實際工程所採用之鋼骨箱型柱抗彎梁柱接頭進行耐震行 能研究，共 22 組實尺寸梁柱接頭試體之試驗結果發現，柱內橫隔板與柱板接合之電熔 渣銲銲道，其接合之強度與韌性能力明顯較多道熔填之 FCAW 或 SMAW 全滲透銲道 不可靠，常發生不被預期的脆性破壞機率極高，經統計破壞機率約為 25~40%之間。 探討破壞原因發現，製作偏斜的電熔渣銲被研判為此梁柱接頭試體造成破壞的主要原 因，同時電熔渣銲的高入熱量亦對此破壞造成相當大的影響。由銲道檢測程序也顯示， 所有試體其電熔渣銲均經超音波檢測合格後，再進行梁構件接合，從電熔渣銲破壞之 部分剖面巨觀試片發現，電熔渣銲銲道仍有熔透瑕疵現象，此顯示超音波檢測標準仍 有改進空間。 文獻[4]對於文獻[1]之電熔渣銲破壞現象，利用有限元素軟體，對電熔渣銲幾何位 置與形狀等參數，進行相關解析研究，並利用尖端開口位移、應力三軸度與破裂指數 等三指標評估其破壞潛勢，研究成果顯示，當電熔渣銲與內橫隔板偏移顯著時，尖端 開口位移與應力三軸度指標明顯提升，有發生破壞之趨勢。 文獻[5]利用文獻[1]未試驗之電熔渣銲與柱板接合熱影響區試片進行硬度與衝擊 強度試驗，材質為 A572GR50，結果顯示，其電熔渣銲之熱影響區有硬度增大，衝擊 強度值有顯著降低之現象，此顯示該熱影響區有脆化現象發生。 文獻[6]中亦針對 A992 與 SN490B 中厚板及厚板之鋼材進行實尺寸箱型柱中橫隔 板之電熔渣銲銲接，並針對柱板厚度方向進行衝擊試驗，其試驗結果顯示 32mm 厚柱 板中央材質之衝擊強度值較原母材低，40mm 及 50mm 厚之柱板則反之。 文獻[7]為日本「構造接合部設計指針」，其中提到電熔渣銲之入熱量(51500 J/mm) 較大於其他常見的銲接(以 CO2半自動銲為例：700~1600 J/mm)，其冷卻時間較長導致 其熱影響區的韌性變得較差已是日本工業界認定之事實。
第三章 ESW 元件試體有限元素模型分析
國內鋼結構建築大多採用箱型柱做為柱構件，近幾年針對有關鋼梁接箱型柱電熔 渣銲銲道所對應柱板之抗彎梁柱接頭試驗之統計結果顯示，在試驗中當接頭尚未發展 明顯非線性變形前，即常在電熔渣銲銲道或其熱影響區附近發生脆性破壞，其破壞機 率約為 25%~40%，而從破壞試體之巨觀試片發現製作偏斜的電熔渣銲被研判為此梁柱 接頭試體造成破壞的主要原因，同時電熔渣銲的高入熱量亦對柱板材質造成相當大的 影響，故本研究主要針對電熔渣銲熔透半徑、電熔渣銲位置之偏差與柱板外梁翼板位 置之偏差等鋼構施工可能發生之問題進行有限元素分析與研究，期望藉由本研究可了 解該施工偏差對整體梁柱接頭之影響。第一節 有限元素分析模型介紹
本研究使用之 ESW 元件分析模型如圖 3-1 所示，主要包含箱型柱、梁翼板、電熔 渣銲銲道、橫隔板與橫隔板上下用以包圍電熔渣銲銲道之背襯板，其中梁翼板採用開 槽全滲透銲接與箱型柱電熔渣銲對應之柱板相接，而於模擬梁翼板全滲透開槽全滲透 銲接處忽略背襯板。因本分析模型為上下對稱之模型，故以箱型柱寬度方向之中心線 取半分析，以節省分析計算之時間。本分析模型於箱型柱之柱板與內橫隔板處以鉸接 束制，於上面梁翼板端部施加拉力，以研究柱板與電熔渣銲接合熱影響區與梁翼板之 應力分布情況。而分析模型之梁柱尺寸主要以目前國內鋼構業較常使用之尺寸為主， 箱型柱尺寸為 BOX 750x750x28，梁翼寬度為 300mm，梁翼板厚度為 25mm，內橫隔 板厚度亦為 25mm。 本分析模型假設施加最大拉力為αFyAf，其中Fy為鋼材標稱降伏強度，Af為梁翼 板橫斷面面積。 而SH
/Z
Z
f×
=
β
α
其中，β 為梁翼傳入柱內之彎矩約佔總彎矩之比例，該值假設為 0.95。 Zf /Z 為梁翼塑性斷面模數與梁全斷面塑性斷面模數之比值，以實尺寸梁柱接頭試驗之實際梁尺寸 BH 800x300x14x25 計算，Zf /Z 為 0.75。 SH 為應變硬化係數，一般 SN490b 鋼材之應變硬化假設為 1.25。 故α計算出約為 1.58，由此可得到施加最大拉力約為 418t。 電熔渣銲之銲接細節主要參考電熔渣銲之巨觀切片，如照片 3-1 所示，該銲道熔 入柱翼板(Column)、橫隔板(Diaphragm)與上下兩片側墊板(Backing)，側墊板與柱翼板 及橫隔板假設有 0.2mm 之初始間隙，於本分析模型中另增加電熔渣銲之熱影響區，該 熱影響區主要區域在柱翼板上，其電熔渣銲之接合細節如圖 3-2 所示。 鋼母材與銲道之材料模型目前均模擬為雙線性且為均質材料，於線性階段採用等 向(Isotropic)材料模型，彈性模數設定為 200,000 MPa，波松比 (Poison Ration) 為 0.3。 塑性階段採用走動(Kinematic)材料模型，材料之降伏強度暫以標稱強度設定之，如圖 3-3 所示。本分析模型不考慮實際試體製造銲接時所產生之熱影響與殘留應力，亦不考 慮鋼材開裂破壞之行為。待鋼材、電熔渣銲銲道、熱影響區與梁翼全滲透銲銲道之相 關材料試驗完成後，將再修正本分析之材料模型，以使分析模型之行為更加接近真實 結構體。 另外，將該 ESW 分析模型放入梁柱接頭分析模型中，用來模擬梁柱接頭真實發 生 ESW 破壞時(試體編號 RC13，其梁柱相關尺寸詳見文獻[1,2])，實際柱板與電熔渣 銲接合熱影響區與梁翼板之應力分布狀況，該模型之鋼材材料模形採用真實鋼材拉力 試驗之結果，如表一所示，其餘材料模型則與前述相同。於 RC13 梁柱接頭試體中， ESW 偏差情況如照片二所示。
第二節 有限元素分析模型參數研究
本研究使用有限元素分析軟體 ABAQUS 進行模擬與分析，共有三類參數進行研究 分析，包含 ESW 熔透直徑大小、ESW 垂直偏心與梁翼板偏心等參數，探討該參數對 柱板與電熔渣銲接合熱影響區與梁翼板之應力分布狀況之影響，目前規劃的詳細研究 參數為(1)變化電熔渣銲銲道直徑大小，如圖 3-4 所示，其電熔渣銲銲道直徑大小為 38mm(D38)、41mm(D41)與 D44mm(D44)三種大小，(2)變化電熔渣銲垂直偏心位置， 如圖 3-5 所示，其垂直偏心位置往上為正，往下為負，共分為+8mm(EV+8)、 +5mm(EV+5)、+3mm(EV+3)、0mm(CC)、-3mm(EV-3)、-5mm(EV-5)與-8mm(EV-8)七 種參數，(3)變化梁翼板之位置，讓梁翼板相對於箱型柱內橫隔板有一垂直往上偏心距 離，分別為 0mm(BFCC)、+8mm(BFEC8)、+16mm(BFEC16)與+25mm(BFEC25)四種參 數，如圖 3-6 所示，而整體有限元素分析的組數如表 3-2 所示。
第三節 有限元素模型分析結果
本研究主要採用累積塑性應變(Equivalent Plastic Strain，以下簡稱 PEEQ)與裂縫尖 端開口位移(以下簡稱 Opening)為本研究電熔渣銲力學行為之指標，其中 PEEQ 為取熱 影響區平行梁翼寬度方向之最大值，而裂縫尖端開口位移則是取側墊板及柱翼板間之 間隙與電熔渣銲之兩交點相對位移，因於 ESW 上下皆有側墊板與柱翼板之間隙，故 此兩種參考指標皆分為上部與下部兩種。有限元素分析結果之比較如圖 3-7 至圖 3-12 所示，其中圖 3-7 至圖 3-9 主要探討梁翼板往上偏心對 PEEQ 與 Opening 之影響，該 分析結果顯示隨著梁翼往上偏心愈大，其上部 PEEQ 與 Opening 之反應愈大，下部 Opening 之反應則愈小，而下部 PEEQ 則幾乎接近 0。圖 3-10 至圖 3-12 則主要為變化 ESW 垂直偏心量對 PEEQ 與 Opening 之影響，而 PEEQ 與 Opening 指標比較之基準點 為取鋼梁發展至彎矩 Mp換算得到之拉力(3502 kN)，由這些分析比較圖可知 ESW 往下
偏心量愈大時，上部 Opening 反應愈大、下部 Opening 反應愈小，當 ESW 往上偏心量 愈大時，上下部 Opening 反應則反之，而對於 PEEQ 反應來說，隨著 ESW 往下偏心量 愈大，上部 PEEQ 有愈大之趨勢，而 ESW 往上偏心量愈大，上部 PEEQ 則有愈小之 趨勢，而下部 PEEQ 整體反應幾乎接近 0。尤其需特別注意當 ESW 垂直偏心位置與梁 翼偏心位置為反方向時，其 PEEQ 與 Opening 之指標明顯提升。圖 3-13 至圖 3-15 為 變化 ESW 銲道直徑大小對 PEEQ 與 Opening 指標之影響，由分析結果顯示當 ESW 銲 道直徑愈大時，其 PEEQ 與 Opening 指標有下降之趨勢。
時，其 PEEQ 指標約為 0.01，如圖 3-16 所示，該值可做為電熔渣銲銲道開裂破壞之指 標。後續將再針對不同實尺寸梁柱接頭但同樣發生電熔渣銲銲道破壞之試體進行分 析，以驗證 PEEQ 為 0.01 時，作為電熔渣銲銲道開裂破壞之指標是否適當。
表 3-1 試體 RC13 實際材料強度表
Spec. Location Fy (MPa) Fyf / Fyw Fu (MPa) Fuf / Fuw Elongation (%)* YR=Fu / Fy YRf / YRw Flange 387.50 513.55 28.50 1.33 RC13 Web 430.66 0.90 540.53 0.95 23.93 1.26 1.06 * Gauge Length = 200 mm(資料來源：林克強等，2010)
表 3-2 有限元素分析組數
ESW熔透直徑 (mm) ESW 垂直偏移量 (mm) 梁翼往上偏移量 (mm) 分析組數 38 -5、-3、0、+3、+5 0、8、16、25 共20組 41 -5、-3、0、+3、+5 0、8、16、25 共20組 44 -8、-5、-3、0、+3、+5、+8 0、8、16、25 共28組(資料來源：本研究製作)
Force
圖 3-1 有限元素分析模型
(資料來源：本研究製作)
25
28
25
0,2
0,2
ESW Backing Backing Flange CJP Column Plate Diaphragm HAZ25
28
25
0,2
0,2
ESW Backing Backing Flange CJP Column Plate Diaphragm HAZ圖 3-2 電熔渣銲接合細節示意圖
(資料來源：本研究製作)
Plastic Strain Stress (MPa) 350 E=200GPa ν=0.3 SN490B Material 0.01E Plastic Strain Stress (MPa) 350 E=200GPa ν=0.3 SN490B Material 0.01E Plastic Strain Stress (MPa) 480 E=200GPa ν=0.3 Welds (SAC 1999) 0.0036E Plastic Strain Stress (MPa) 480 E=200GPa ν=0.3 Welds (SAC 1999) 0.0036E
圖 3-3 有限元素分析使用之材料模型
(資料來源：本研究製作)
D=38mm
D=38mm
D=41mm
D=41mm
D=44mm
D=44mm
38 41 44圖 3-4 ESW 銲道直徑大小參數
(資料來源：本研究製作)
-5
+5
-8
+8
-3
+3
±
±
3mm
3mm
±
±
5mm
5mm
±
±
8mm
8mm
0mm
0mm
圖 3-5 ESW 垂直偏心位置參數
(資料來源：本研究製作)
25
8
16
0mm
0mm
8mm
8mm
16mm
16mm
25mm
25mm
圖 3-6 梁翼板往上偏心位置參數
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) O p e n ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38CC 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38CC -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC-3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Ma x . P E EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC-3 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC-5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC-5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Op e n in g ( mm) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC+3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC+3 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC+5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D38EC+5
圖 3-7 ESW 熔透直徑為 38mm 之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) O p e n ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41CC 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41CC -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC-3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Ma x . P E EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC-3 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC-5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC-5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Op e n in g ( mm) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC+3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC+3 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC+5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D41EC+5
圖 3-8 ESW 熔透直徑為 41mm 之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究 鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) O p e n ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44CC 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44CC -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Ma x . P E EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-3 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Op e n in g ( mm) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-8 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC-8 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+3 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x. PEE Q BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+3
圖 3-9 ESW 熔透直徑為 44mm 之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) O p e n ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+5 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) M a x . PE EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Open ing ( m m ) BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+8 0 0.1 0.2 0.3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Force (kN) Ma x . P E EQ BFCC(Top) BFEC8(Top) BFEC16(Top) BFEC25(Top) BFCC(Bottom) BFEC8(Bottom) BFEC16(Bottom) BFEC25(Bottom) D44EC+8
圖 3-9 ESW 熔透直徑為 44mm 之分析結果比較圖(續)
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D38BFCC 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D38BFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D38BFEC8 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D38BFEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D38BFEC16 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D38BFEC16
圖 3-10 ESW 熔透直徑為 38mm 時，採用不同垂直偏心量之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D41BFCC 0 0.02 0.04 0.06 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D41BFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D41BFEC8 0 0.02 0.04 0.06 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D41BFEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D41BFEC16 0 0.02 0.04 0.06 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D41BFEC16
圖 3-11 ESW 熔透直徑為 41mm 時，採用不同垂直偏心量之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D44BFCC 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D44BFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m ) Top Bottom D44BEC8 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D44BEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) O p e n ing ( m m) Top Bottom D44BEC16 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -9 -6 -3 0 3 6 9 ESW VEC (mm) M a x . PE EQ Top Bottom D44BEC16
圖 3-12 ESW 熔透直徑為 44mm 時，採用不同垂直偏心量之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Op eni ng ( m m ) Top Bottom CCBFCC 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) M a x. PEE Q Top Bottom CCBFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom CCBFEC8 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom CCBFEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom CCBFEC16 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom CCBFEC16
圖 3-13 ESW 垂直偏差為 0 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-3BFCC 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Max . PEE Q Top Bottom EC-3BFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-3BFEC8 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom EC-3BFEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-3BFEC16 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom EC-3BFEC16
圖 3-14 ESW 垂直偏差為-3 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-5BFCC 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Max . PEE Q Top Bottom EC-5BFCC -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-5BFEC8 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom EC-5BFEC8 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 35 38 41 44 47 Diameter (mm) O p eni ng ( m m ) Top Bottom EC-5BFEC16 0 0.02 0.04 0.06 35 38 41 44 47 Diameter (mm) Ma x . PEE Q Top Bottom EC-5BFEC16
圖 3-15 ESW 垂直偏差為-5 時，採用不同 ESW 銲道直徑大小之分析結果比較圖
(資料來源：本研究製作)
鋼骨梁柱接頭橫隔板耐震性能研究0 0.01 0.02 0.03 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Drift (%, radian) PEEQ -1200 -800 -400 0 400 800 1200 -6 -4 -2 0 2 4 6 Drift (%, radian) La te ra l For c e ( k N ) TEST Analysis TG2c FP FPr1 1%時，發 生破壞
