大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究
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(2) PG9710-0017 097301070000G2002. 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC) 短柱軸向受力行為之研究. 研究人員：陶其駿、厲娓娓. 內政部建築研究所自行研究報告 中華民國 97 年 12 月.
(3) ARCHITECTRUE AND BUILDIG RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR. Study of Large-diameter Fully-encased Steel Reinforced Concrete (SRC) Stub Columns in Axial Load. BY CHI-CHUN TAO WEI-WEI LEE December 31, 2008.
(4) 目次. 目. 次. 表次 ............................................................................................................ III 圖次 .............................................................................................................. V 照片 ........................................................................................................... VII 摘要 .............................................................................................................IX 第一章. 第二章. 第三章. 第四章. 第五章. 附錄. 緒論............................................................................................... 1 第一節. 研究緣起與背景........................................................... 1. 第二節. 研究內容....................................................................... 2. 第三節. 預期成果....................................................................... 3. 文獻回顧....................................................................................... 5 第一節. 國內外 SRC 構造相關規範 ........................................ 5. 第二節. SRC 柱相關文獻回顧 ................................................. 7. 第三節. 建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法 .......................... 11. 實驗試體之規劃......................................................................... 15 第一節. 試驗規劃與試體設計 ................................................ 15. 第二節. 實驗試體之製作......................................................... 16. 實驗結果與討論......................................................................... 29 第一節. 實驗過程..................................................................... 29. 第二節. 材料試驗..................................................................... 29. 第三節. 柱軸載重位移曲線與破壞模式 ................................ 30. 第四節. 柱試體強度與韌性之探討 ........................................ 37. 結論與建議................................................................................. 65 第一節. 結論............................................................................. 65. 第二節. 建議............................................................................. 66. 歷次審查之會議紀錄..................................................................... 69. 參考書目 ..................................................................................................... 77. I.
(5) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. II.
(6) 表次. 表. 次. 表 3-1. SRC 短柱試體編號與細部尺寸 ................................................. 18. 表 3-2. SRC-A 系列短柱試體編號與細部尺寸 ..................................... 19. 表 3-3. SRC-B 系列短柱試體編號與細部尺寸 ..................................... 21. 表 4-1. 混凝土圓柱試體測試齡期與測試結果 ...................................... 40. 表 4-2. SRC 柱鋼筋材料性質表 ............................................................. 40. 表 4-3. SRC 柱鋼骨材料性質表 ............................................................. 40. 表 4-4. SRC-A 系列試體實驗強度與標稱強度之比較 ......................... 41. 表 4-5. SRC-B 系列試體實驗強度與標稱強度之比較 ......................... 41. 表 4-6. SRC 柱 A 系列試體之軸向韌性比較表 .................................... 42. 表 4-7. SRC 柱 B 系列試體之軸向韌性比較表..................................... 42. III.
(7) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. IV.
(8) 圖次. 圖. 次. 圖 2-1. 高圍束混凝土範圍之可能形式 .................................................. 14. 圖 3-1. SRC-A 系列短柱試體縱剖面之配置示意圖 ............................. 23. 圖 3-2. SRC-B 系列短柱試體縱剖面之配置示意圖 ............................. 24. 圖 4-1. SRC-A 系列外部測計架安裝位置示意圖 ................................. 43. 圖 4-2. SRC-B 系列外部測計架安裝位置示意圖 ................................. 44. 圖 4-3. SRC-1A-HP3-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 45. 圖 4-4. SRC-1A-HP3-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 45. 圖 4-5. SRC-1A-HP4-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 46. 圖 4-6. SRC-1A-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 46. 圖 4-7. SRC-3A-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 47. 圖 4-8. SRC-1A 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ............................ 47. 圖 4-9. SRC-1B-HP3-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ...................... 48. 圖 4-10 SRC-1B-HP3-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 .................... 48 圖 4-11 SRC-1B-HP4-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 .................... 49 圖 4-12 SRC-1B-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 .................... 49 圖 4-13 SRC-3B-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 .................... 50 圖 4-14 SRC-1B 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖 .......................... 50 圖 4-15 SRC-B 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖 ............................ 51 圖 4-16 定義試體韌性之示意圖 ............................................................ 51 圖 5-1. 包覆型 SRC 柱斷面 .................................................................... 67. V.
(9) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. VI.
(10) 照片. 照. 片. 照片 3-1. MTS 3000 噸萬能試驗機立面照............................................ 25. 照片 3-2. SRC-A 系列短柱試體近照 ..................................................... 26. 照片 3-3. SRC-B 系列短柱試體近照 ..................................................... 27. 照片 4-1. SRC 柱試體量測儀器架設照片 ............................................. 52. 照片 4-2. SRC-1A-HP3-28 試體破壞照片(1) ........................................ 53. 照片 4-3. SRC-1A-HP3-28 試體破壞照片(2) ........................................ 53. 照片 4-4. SRC-1A-HP3-42 試體破壞照片(1) ........................................ 54. 照片 4-5. SRC-1A-HP3-42 試體破壞照片(2) ........................................ 54. 照片 4-6. SRC-1A-HP4-28 試體破壞照片(1) ........................................ 55. 照片 4-7. SRC-1A-HP4-28 試體破壞照片(2) ........................................ 55. 照片 4-8. SRC-1A-HP4-42 試體破壞照片(1) ........................................ 56. 照片 4-9. SRC-1A-HP4-42 試體破壞照片(2) ........................................ 56. 照片 4-10. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(1) ...................................... 57. 照片 4-11. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(2) ...................................... 57. 照片 4-12. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(3) ...................................... 58. 照片 4-13 SRC-1B-HP3-28 試體破壞照片(1) ...................................... 58 照片 4-14. SRC-1B-HP3-28 試體破壞照片(2) ...................................... 59. 照片 4-15. SRC-1B-HP3-42 試體破壞照片(1) ...................................... 59. 照片 4-16. SRC-1B-HP3-42 試體破壞照片(2) ...................................... 60. 照片 4-17. SRC-1B-HP4-28 試體破壞照片(1) ...................................... 60. 照片 4-18. SRC-1B-HP4-28 試體破壞照片(2) ...................................... 61. 照片 4-19. SRC-1B-HP4-42 試體破壞照片(1) ...................................... 61. 照片 4-20. SRC-1B-HP4-42 試體破壞照片(2) ...................................... 62. 照片 4-21. SRC-3B-HP4-42 試體破壞照片(1) ...................................... 62. 照片 4-22. SRC-3B-HP4-42 試體破壞照片(2) ...................................... 63. VII.
(11) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. VIII.
(12) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：鋼骨鋼筋混凝土、短柱、韌性 一、研究緣起 在台灣鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC） 構造設計規範對於構材強度之計算，係以「強度疊加法」為基本 之假設，對於 SRC 柱軸向受力強度之評估，尚未考慮鋼骨與鋼筋 混凝土間之合成效用，本研究希望藉由實際 SRC 柱之軸力試驗， 瞭解兩材料間之合成作用，對 SRC 柱軸向強度評估韌性之影響， 並利用大尺寸試體之實驗結果，澄清尺寸效應之影響。 二、研究方法及過程 本研究利用 10 支大尺寸(56×56cm 與 67×67cm)包覆十字型 SRC 之短柱試體，藉以探究 SRC 短柱試體之破壞模式與軸向受力 行為，評估橫箍筋量對 SRC 柱軸向強度與韌性之影響，並進行相 關合理性之檢討。對於 SRC 短柱試體設計參數之規劃，包括鋼骨 斷面深度與箍筋需求。 三、重要發現 本研究完成 10 支大尺寸(67×67cm 與 56×56cm)包覆十字型 SRC 的短柱試體，依本研究大尺寸試體之實驗結果顯示： （一）對於新形式深鋼骨斷面 SRC-A 系列之柱試體而言，與現行 規範所提供強度公式之評估值，均呈現不錯的一致性，而 隨著箍筋量的增加，將會小幅提升試體強度。 （二）有關深鋼骨斷面 SRC-A 系列柱試體之韌性探討，實驗強度 呈現非常和緩之衰減速率與優良的韌性行為，且隨著 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對於柱試體韌性行為之提 IX.
(13) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 升，非常有幫助。 （三）對於屬傳統鋼骨斷面之 SRC-B 系列柱試體，與現行規範所 提供強度公式之評估值，仍呈現不錯的一致性且偏保守， 但是隨著試體箍筋量的增加，對於柱試體強度提升之影 響，則並不明顯。 （四）有關傳統鋼骨斷面 SRC-B 系列柱試體之韌性探討，實驗強 度之衰減速率與韌性行為，較不如 SRC-A 系列試體之耐震 行為，而隨著試體箍筋量的增加，對於試體韌性能力之提 升，仍有助益。 四、主要建議事項 立即可行建議—賡續探討深鋼骨斷面包覆型 SRC 柱之實體試驗。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 依本研究實驗結果顯示，有關新形式深鋼骨斷面 SRC-A 系列 柱試體，呈現非常優良之韌性行為，且隨著試體箍筋量的增加， 亦可大幅提昇 SRC 柱之韌性行為，惟目前國內相關規範之設計規 定，尚無法適用於深鋼骨斷面包覆型之 SRC 柱斷面，故建議再加 強相關應用之研究，以驗證其耐震性能。 立即可行建議—賡續探討箍筋量對 SRC 柱混凝土圍束之影響。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 建議可賡續針對 SRC 柱核心混凝土之次圍束效應，建立更為 合理應力與應變關係之模型，並藉由大尺寸 SRC 柱試體之實驗結 果，驗證預測模型與實驗結果之ㄧ致性。 立即可行建議—賡續探討大尺寸包覆型 SRC 柱斷面之實體試驗。 主辦機關：內政部建築研究所 X.
(14) 摘要. 協辦機關：內政部建築研究所 建議可賡續針對「包覆 I 型」或「包覆 T 字型」斷面之 SRC 柱，再進行大尺寸 SRC 柱之實體試驗，以完整掌「鋼骨鋼筋混凝 土構造設計規範」中，有關包覆型 SRC 柱之破壞模式與耐震行為。. XI.
(15) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. ABSTRACT Keywords: Steel reinforced concrete, Stub columns, Ductility 1. Purpose In Taiwan, the design specification to the calculation constructing the intensity of material steel reinforcement concrete (abbreviated as SRC ), with ' intensity superposition method ' basic assumption, receive assessment , strength of intensity as to SRC columns axial, the synthetic utility that has not considered among steel and armored concrete yet, this research hopes to test with the axle strength of real SRC columns, find out about the synthesis between two materials , the influence assessed to the intensity and ductility of SRC columns in axial, utilize large diameter to try the experimental result of the body, clarify the influence of the size effect. 2. Method and Steps Research this plan 10 tests large diameter (56* 56cm and 67* 67cm ) make person who covers cross short columns of SRC try on body , probe into mainly and target that study, in destruction way to understand SRC short columns , receive the behavior of strength and ductility with the axial , carry on the self-criticism of rationality. As to SRC is short it last planning , body of design parameter columns,it include steel section depth, and enclose the hoops reinforcement demand for a bunch of concrete . 3. Main Finding Research this finish 10 large-diameter (67* 67cm and 56* 56cm ). XII.
(16) 摘要. fully-encased SRC stub columns specimen test to make, show according to the experimental result: 1.As to the thing that new model deep steel section SRC-A series specimen, with norm offer intensity calculate assessment value of formula at present, demonstrating the consistency of the good one, with the increase of the muscle quantity of the hoop, the small range will increase the intensity of specimen. 2.Trying the discussion of ductility to the SRC-A series specimen, the intensity of experiment displays very gentle speed of decay and fine ductility behavior, and with trying the increase of hoop muscle quantity , try the increase of the ductility behavior to the stub columns, very effective. 3.As to the thing that traditional steel section stub columns , SRC-B of series try on specimen, with norm offer intensity calculate assessment value of formula at present, display good consistency, and have intention to guard , and with trying the increase of hoop muscle quantity, try the increase of the intensity of body to the stub columns , can not influence obviously. 4.Try the discussion of specimen ductility to the SRC-B series stub columns, the speed of decay of the intensity of experiment and ductility behavior, will not be better than SRC-A series try the body, with trying the increase of hoop muscle quantity , try the increase of the ductility behavior to the stub columns, still effective. 4. Major suggestion Short term Suggestion –discuss continuously the fully-encased SRC. XIII.
(17) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. stub with deep steel tests Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Show in accordance with this research experimental result, relevant new form deep steel section SRC-A series stub columns specimen, appear very well ductility behavior, and with trying the increase of hoop muscle quantity , can also promote the SRC stub ductility behavior by a wide margin , only domestic relevant normal designs code , yet unable to be apply to the SRC stub section of fully-encased of deep steel at present, so propose strengthening the relevant research that use again, in order to prove it is able to performance of sesimic . Short term Suggestion -discuss continuously the muscle amount of the hoop encloses the influence of bunch on the confined concrete of SRC Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior It is sustainable to enclosing one bunch of effects of core concrete of SRC stub to propose, it is rational stress and stain model of the emergency relation to establish even more, and try the experimental result of the specimen with the Large-diameter Fully-encased SRC Stub Columns , prove that predicted models and experimental result causing.. XIV.
(18) 摘要. Short term Suggestion - discuss continuously the fully-encased SRC stub section tests Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior It propose can continue again to “fully-encased I type” or “ fully-encased T type “ SRC stub of section, carry on Large-diameter SRC stub test, intact to grasp until “ SRC construct the design code “, the destruction way in fully-encased SRC stub, with able to the failure mode and the behavior of seismic.. XV.
(19) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. XVI.
(20) 第一章 緒論. 第一章 第一節. 緒論. 研究緣起與背景. 有關鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC）構造 設計規範中，對於 SRC 矩形柱圍束箍筋的需求計算，主要參考美國 AISC 鋼結構建築耐震設計規定(Seismic Provisions for Structural Steel Buildings)及美國 ACI 318-02 鋼筋混凝土設計規範等規定，將柱構材圍 束箍筋之最小需求，規定其總斷面積( A sh )不得小於下列二式之規定：： ⎛ f ' ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ As Fys ⎤ Ash = 0.3shc ⎜ c ⎟⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − ⎜ f yh ⎟ Ach (Pn )u ⎥⎥⎦ ⎠ ⎢⎣ ⎠⎝ ⎝ ⎛ f' Ash = 0.09shc ⎜ c ⎜ Fyh ⎝. ⎞ ⎡ ⎛ As F ys ⎟ ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎢ ⎜ ( Pn ) u ⎠⎣ ⎝. ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟ ⎠⎦⎥. (1.1a) (1.1b). (1.1a)與(1.1b)式之規定考量，係將 ACI 鋼筋混凝土設計規範對柱 構材耐震閉合箍筋之最小需求，利用一個折減係數 1 − As Fys / (Pn )u 來放 寬，其主要目的在考量鋼骨斷面分擔 SRC 柱軸力對混凝土圍束效應之 貢獻。 但是，此折減方式只與鋼骨斷面積之大小有關，而未考慮鋼骨翼 板之形狀因素，以及鋼翼板提供混凝土之圍束效果；似乎只要鋼骨用 量高到某個程度之後，允許不需配置圍束箍筋，致其合理性仍招致存 疑；因此，對於現行 SRC 柱構材圍束箍筋量之計算公式，有必要再進 行更進一步之檢討。 現有 SRC 柱試驗數據，幾乎都是縮小尺寸之試體，應用於實際建 築仍有疑慮；一般而言，構件之實際強度，往往較縮尺之試體為低， 在設計時必須適度進行折減。因此，本研究將針對柱構材圍束箍筋量 之計算公式，利用實尺寸之實驗結果，研擬修正建議，並澄清尺寸效 應之影響。. 1.
(21) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. (Pn )u = As Fys + 0.85 f c' Ac + Fyr Ar. (1.2). 有關鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC）構造 對構材軸向強度之設計規定，詳如(1.2)式所示，在國內係以「強度疊 加法」為 SRC 構材強度計算之理論依據，由於 SRC 柱構材軸向受力強 度之評估，並無法反應「鋼骨」與「鋼筋混凝土」間之合成效用，因 此本研究希望藉由實際 SRC 短柱構材之軸力試驗，瞭解兩材料間之合 成作用，對 SRC 柱構材軸向強度之影響。 第二節. 研究內容. 本研究規劃以大尺寸(56×56cm)包覆十字型 SRC 之短柱試體，為探 討與研究之對象，以瞭解 SRC 短柱試體之破壞模式與軸向受力行為， 並針對 SRC 柱圍束箍筋需求之設計法，進行相關合理性之檢討。對於 SRC 短柱試體設計參數之規劃，則包括鋼骨翼板寬厚比、鋼骨提供混 凝土高圍束區之形狀，以及箍筋量，以探討美國 AISC 設計規定之合理 性、驗證建議設計公式之正確性，以及探討建議公式對 b / t f 之使用限制 等，進行一系列之探討與相關試體之規劃。 本研究規劃進行之研究內容，分述如下： 一、進行 SRC 短柱試驗之研究報告與文獻資料之蒐集與整理。 二、完成 2 組（10 支）SRC 柱短柱試體之材料試驗與試體試驗。 三、探討有關 SRC 短柱構件橫向箍筋需求之合理性。 四、藉由大尺寸 SRC 短柱之試驗，以瞭解其可能之破壞模式與軸向受 力行為。. 2.
(22) 第一章 緒論. 第三節. 預期成果. 本研究規劃之預期成果，分述如下： 一、完成有關 SRC 短柱試驗研究報告與文獻資料之蒐集與整理。 二、藉由大尺寸 SRC 柱之軸向載重試驗，評估橫箍筋量對 SRC 柱軸向 強度與韌性之影響。 三、完成 2 個系列（計 10 支）SRC 柱短柱試體之材料試驗與試體試驗。. 3.
(23) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 4.
(24) 第二章 文獻回顧. 第二章 第一節. 文獻回顧. 國內外 SRC 構造相關規範. 在 SRC 柱之圍束箍筋量設計方面，目前美國 ACI-318 規範(2002) 僅對一般 RC 柱之圍束箍筋量有相關要求，對 SRC 柱之箍筋設計尚無 明文規定；而 AISC- Seismic Provisions for Structural Steel Buildings (2005)，雖然已考慮到 SRC 柱中之鋼骨對分擔柱軸力之貢獻，但並未 考慮鋼骨形狀因素，對核心混凝土圍束效應之影響。以下將分別針對 國內外相關設計規範中，對於 SRC 柱圍束箍筋量之設計法，作一簡要 說明。 2.1.1. 美國 ACI 設計規範 美國 ACI-318 設計規範(2005)以極限強度設計法計 SRC 構. 材，主要是將鋼骨換算成等值之鋼筋量，再依設計 RC 構造之方式 進行設計。依據 ACI-318 規範對於合成受壓構材之軸向設計強度 為： φPn = φ 0.85[0.85 f c' (Ag − Ast ) + f y Ast ]. (2.1). 其中 φ =0.65 為強度折減係數；Pn 為構件之軸向標稱強度； f c' 為 混凝土之抗壓強度； f y 為鋼材之降伏應力； Ag 為構材之全斷面積； Ast 為鋼骨之斷面積，橫向箍筋內之縱向鋼筋併入 Ast 計算。. 此外，ACI-318 規範第 21 章 21.4.4 節中規定矩形 RC 柱之閉 合箍筋之總斷面積( Ash )不得小於下列二式之規定： ⎛ f c' Ash = 0.3shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎟⎜ ⎟⎟ 1 − ⎟⎜ A ⎠ ⎠⎝ ch. (2.2). 5.
(25) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. ⎛ f c' Ash = 0.09shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. (2.3). 其中， s 為柱圍束箍筋之間距； hc 為受箍筋圍束之柱核心斷面 之寬度； Fyh 為圍束箍筋之降伏應力； Ach 為受箍筋圍束部分柱核之 斷面積。 2.1.2. 美國 AISC 設計規範 美國 AISC- Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. (2005)中，有關包覆型合成柱圍束箍筋配置之要求，主要參採 ACI-318 規範中之規定，而對於最小矩形閉合箍筋之總斷面積( Ash ) 改採下式計算： ⎛ f c' Ash = 0.09shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Fys As ⎟⎜1 − ⎟⎜ Pn ⎠⎝. ⎞ ⎟⎟ ⎠. (2.4). 其中 F ys 為鋼骨之降伏應力； As 為鋼骨之斷面積； Pn 為合成柱 之軸向標稱強度，其值依 AISC-LRFD Sect.12 中之規定計算。 (2.4)式係沿用公式(2.3)之基本架構，但因合成柱斷面中之鋼骨 亦能提供一部份之軸向抗壓強度，所以公式中之 (1− Fys As / Pn ) 是一 個折減係數，主要係考慮鋼骨斷面對 SRC 柱軸力之分擔對混凝土 圍束效應的貢獻，以作為 SRC 柱箍筋量放寬之依據。值得注意的 是，公式(2.4)之計算方式僅考慮「鋼骨用量」之影響，而並未考 慮鋼骨形狀因素之變化，對混凝土圍束效應的影響。對於具有相 同用鋼量但鋼骨翼板寬度不同之兩組 SRC 柱斷面，當依 AISC 進 行其所需之箍筋量設計，將會得到相同的箍筋量設計結果，似乎 並不合理。. 6.
(26) 第二章 文獻回顧. 2.1.3. 我國 SRC 構造設計規範 目前我國 SRC 規範第九章 9.7.3 節中參考 AISC 之作法，規定. 矩形 SRC 柱閉合箍筋之總斷面積( A sh )不得小於下列二式之規定： ⎛ f c' Ash = 0.3shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ ⎛ As F ys ⎟⎜ ⎟⎟ ⎢1 − ⎜⎜ − 1 ⎟⎜ A ⎠ ⎢⎣ ⎝ ( Pn ) u ⎠⎝ ch. ⎛ f' Ash = 0.09 shc ⎜ c ⎜F ⎝ yh. ⎞ ⎡ ⎛ As F ys ⎟ ⎢1 − ⎜ ⎟⎢ ⎜ ( P ) ⎠⎣ ⎝ n u. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. (2.5). (2.6). 其中， ( Pn ) u 為 SRC 柱之軸向受壓強度，做下式計算： ( Pn ) u = 0.85 f c' Ac + Fys As + Fyr Ar. 第二節. (2.7). SRC 柱相關文獻回顧. 一、翁正強等(1990)[1]利用強度疊加的概念，將鋼骨及 RC 部分分別依 據 AISC-LRFD 及 ACI 規範之極限設計法進行設計，發現在不考 慮安全係數、載重係數及強度折減係數之影響下，將鋼骨及 RC 之 強 度 予 以 疊 加 ， 其 所 得 到 之 梁 柱 極 限 強 度 介 於 AIJ 及 AISC-LRFD 規範之間，而又以 AISC-LRFD 規範最為保守，但是 在比較設計強度時，利用強度疊加法所得之強度最大。 二、Wakabayashi(1992)[2]以高強度鋼應用於 SRC 構件進行試驗研究， 試驗結果顯示，使用高強度鋼之 SRC 柱在軸向壓力或側向力作用 下，皆具有較好之韌性行為。此外，強度疊加法仍適用於極限強 度小於 590MPa 之鋼材。 三、蔡克銓等(1995)[3]以試驗來探討鋼骨量、主筋量、橫箍筋間距及橫 箍筋形式對於包覆型 SRC 短柱在承受軸向載重下之極限強度及剩 餘強度的影響。試驗結果顯示，增加主筋量對於極限強度的貢獻. 7.
(27) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 大於鋼骨量之增加，但對於過極限強度後之強度維持行為則相反。 四、葉士青(1996)[4]以試驗的方式，依鋼骨斷面形狀、鋼骨含量、箍筋 間距、箍筋形式及箍筋含量等參數，探討對於 SRC 柱之極限強度、 圍束效應及於極限載重後剩餘強度的影響。研究結果顯示試體達 到極限載重後初期的剩餘強度值，以內含十字型鋼骨斷面的試體 表現為佳。且相較於四角形箍筋，以八角形箍筋可有效地改善箍 筋間距不足或鋼骨型式不良所造成剩餘強度的損失，隨著箍筋間 距的減少，八角形箍筋的強度效率將更為提高。 五、翁正強等(1998)[5]對包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱中，混凝土受鋼骨圍 束作用之行為，進行理論模型之研究，提出數種 SRC 柱中鋼骨對 混凝土之圍束模式，其中特別針對鋼骨翼板寬厚比的變化，對混 凝土圍束效應的關係進行分析。研究對包覆型 I 型鋼 SRC 柱初步 建議採用較為保守的小三角形模式，作為考量鋼骨對於混凝土圍 束效應之貢獻，至於包覆十字型（或稱雙 H 型鋼）SRC 柱，則建 議採用矩形圍束的模式。 六、林草英等(2002)[6]以實驗驗證不同翼板寬厚比之雙 H 型鋼對於混 凝土之圍束效應，及加入翼板連接板對於圍束效應之影響，實驗 結果顯示，圍束效應將隨翼板寬厚比增大而降低，而繫接板加入 後，對於混凝土之圍束效應，應有正面的影響。 七、陳正誠與蔣迪(2005)[7]等以 12 支 SRC 短柱試體之單向載重試驗， 配置不同箍筋量以探討在軸向載重下，箍筋、鋼骨對於混凝土圍 束之效應。實驗結果顯示鋼骨腹板有類似箍筋的功能，能提供混 凝土圍束所需的拉力，而此拉力與鋼骨腹板承受軸向之力量互為 消長，可以使用鋼材降伏理論決定之。 八、陳正誠與林盛夫(2005)[8]等以 8 支 SRC 短柱試體及 8 支 RC 短柱 試體，進行單向載重試驗，探討鋼骨、箍筋、橫隔板對混凝土圍 8.
(28) 第二章 文獻回顧. 束之效應，實驗結果顯示，第一種鋼骨斷面較深之柱斷面的軸向 行為優於第二種傳統的柱斷面，代表在柱全斷面寬度與鋼骨斷面 深度的尺寸中，增加鋼骨斷面深度的比例可以對 SRC 柱圍束效益 有很大的幫助。所提出之修正公式，可合理反映斷面變化造成軸 向受力行為的差異。 九、陳正誠與陳冠宇(2007)[9]以四組包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱反復載重 試驗，探討梁柱接頭區以角隅箍筋取代閉合箍筋是否可有效抑止 主筋挫屈。實驗結果顯示若梁柱接頭區角隅箍筋之間距與塑性鉸 區箍筋間距相同，角隅箍筋可有效抑止主筋挫屈，以及在雙軸彎 矩作用下，配置於角落之主筋量可以有效提升斷面彎矩容量。 十、翁正強與顏聖益(2007)等[10]共進行 16 支 SRC 短柱試體軸壓試驗， 以探討耐震設計時 SRC 柱中所需之圍束箍筋用量。並相對於 ACI-318 規範與我國 SRC 規範，對 SRC 柱圍束箍筋用量之計算 法，提出 Weng’s Formula，主要考慮 SRC 柱內之「高度圍束區混 凝土」可以由 SRC 柱內的「鋼骨之翼板」來提供圍束，而 SRC 柱 之箍筋則用來圍束「普通圍束區混凝土」，因此箍筋用量得以減 少，有助於獲得較為經濟之設計結果。 十一、翁正強(2008)[11]提出 Weng’s Formula，其中主要包含「強度折 減 法 (Strength Reduction Approach) 」 與 「 面 積 折 減 法 (Area Reduction Approach)」等兩部份，並分述如下： (一)強度折減法(Strength Reduction Approach)：主要考慮之因素有 兩項，一為考量鋼骨分擔 SRC 柱軸力之影響，使得 SRC 柱中 混凝土所要承擔之軸力相對的降低，故 SRC 柱所需之圍束箍筋 用量得以減少；另一為考量鋼骨翼板圍束混凝土之影響，由於 鋼骨翼板可以對混凝土發揮圍束功能，且鋼骨翼板寬度愈寬， 愈能夠對 SRC 柱核心混凝土提供良好的圍束。故建議採用矩形. 9.
(29) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 閉合箍筋之 SRC 柱，其圍束箍筋量不得小於下列二式之要求： ⎛ f' Ash = 0.3shc ⎜ c ⎜ Fyh ⎝. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ ⎛ P + P hcc ⎟⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − ⎜⎜ s ⎟⎜ Ach ⎠ ⎢⎣ ⎝ ( Pn ) u ⎠⎝. ⎛ f' Ash = 0.09 shc ⎜ c ⎜ Fyh ⎝. ⎞ ⎡ ⎛ Ps + P hcc ⎟ ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎢ ⎜⎝ ( Pn ) u ⎠⎣. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦⎥. (2.8) (2.9). 其中 ( Pn ) u，為 SRC 柱之軸向標稱強度，依公式(2.7)計算。Phcc 為「高度圍束區」混凝土因受鋼骨圍束所「額外提升之軸壓強 度」 ，可保守的依公式(2.10)計算： Phcc = 0.2 f c' Ahcc. (2.10). 其中 Ahcc 為「高度圍束區」混凝土之面積。 (二)面積折減法(Area Reduction Approach)：主要考慮 SRC 柱內「高 度圍束區」混凝土可由鋼骨翼板來圍束，箍筋只需用來圍束普 通圍束區之混凝土，並未考慮鋼骨分擔 SRC 柱軸力之影響。建 議採用矩形閉合箍筋之 SRC 柱，其圍束箍筋量不得小於下列二 式之要求： ⎛ f' Ash = 0.3shc ⎜ c ⎜ Fyh ⎝. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ ⎛ As + A hcc ⎟⎜ ⎟ ⎢1 − ⎜ − 1 ⎜ ⎟ ⎟⎜ Ach ⎝ ⎠ ⎢⎣ ⎝ Ach ⎠. ⎛ f' Ash = 0.09 shc ⎜ c ⎜ Fyh ⎝. ⎞ ⎡ ⎛ As + A hcc ⎟ ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎢ ⎜⎝ Ach ⎠⎣. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦⎥. (2.11) (2.12). 由面積折減法所求得之箍筋折減係數主要與混凝土受鋼骨 翼板圍束之面積大小有關，而與材料強度及主筋用量變化無關。 目前有關包覆型 SRC 柱之純軸壓試驗的研究十分有限，且對 於 SRC 柱中圍束箍筋用量的研究資料極為缺乏，故本研究乃進行 10 支包覆型 SRC 與 RC 短柱試體之軸向抗壓試驗，主要的研究目 的在於探討耐震設計時，SRC 柱內鋼骨翼板寬厚比、斷面深度與 不同高圍束混凝土可能斷面對應之箍筋量，檢討美國 AISC 設計規. 10.
(30) 第二章 文獻回顧. 定之合理性、驗證建議設計公式之正確性。 第三節. 建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法. 國內 SRC 構造設計規範中，對於 SRC 矩形柱圍束箍筋的需求計 算，主要參考美國 AISC 鋼結構建築耐震設計規定(Seismic Provisions for Structural Steel Buildings)及美國 ACI 318-02 鋼筋混凝土設計規範等 規定，將柱構材圍束箍筋之最小需求，其規定分別如下： ⎛ f c' ⎞ ⎡ As Fys ⎤ ⎟ ⎢1 − ⎥ ⎟ f Pn ⎦ yh ⎠⎣ ⎝. AISC Ash = 0.09⎜⎜. 國內. (2.13). ⎛ f ' ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ As Fys ⎤ − 1⎟⎟ ⎢1 − Ash = 0.3shc ⎜ c ⎟⎜⎜ ⎥ ⎜f ⎟ A ⎠ ⎣ (Pn )u ⎦ ⎝ yh ⎠⎝ ch. (2.14). ( Pn ) u = 0.85 f c' Ac + Fys As + Fyr Ar. (2.15). 其中， s 為柱圍束箍筋之間距； hc 為受箍筋圍束之柱核心斷面之寬度； f yh 為圍束箍筋之降伏應力； Ach 為受箍筋圍束部分柱核之斷面積；F ys 為. 鋼骨之降伏應力； As 為鋼骨之斷面積； Pn 為合成柱之軸向標稱強度； ( Pn ) u 為 SRC 柱之軸向受壓強度。. 上開二式皆未考慮到 SRC 柱內鋼骨翼板寬厚比、鋼骨深度對核心 混凝土圍束效應之貢獻，因此本研究為了考慮 SRC 柱內「鋼骨翼板寬 厚比」與「鋼骨深度」對混凝土圍束效應之影響。 本研究所建議之修正公式，主要針對於折減係數的變更，考慮由 於鋼骨之形狀因數，對 SRC 柱核心混凝土所提供額外之圍束效應，並 建議可依照高圍束混凝土範圍與 SRC 柱核心斷面之比例而折減，以考 慮鋼骨翼板與鋼骨深度之尺寸變化，對橫向箍筋需求所產生之影響， 相關建議修正之設計公式如(2.16)式所示： 11.
(31) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. ⎛ f c' ⎞⎛ Ag ⎞⎡ A ⎤ ⎟⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − cr ⎥ Ash = 0.3shc ⎜ ⎜ f ⎟⎜ A ⎠ ⎣ Ach ⎦ ⎝ yh ⎠⎝ ch. (2.16). 為便於後續之討論，在此定義 p ： p=. Ash f yh. (2.17). s. 因此，將(2.16)式移項為(2.18)式所示： p=. Ash f yh s. ⎞⎡ A ⎤ ⎛ Ag = 0.3hc f c' ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − cr ⎥ ⎠ ⎣ Ach ⎦ ⎝ Ach. ( ). (2.18). 其中， Acr 為高圍束混凝土之斷面積。本研究將探討四種可能高圍 束混凝土之範圍形狀，其形式如圖 2-1，分別定義為矩形(Mod.1)、直 線(Mod.2)、圓弧(Mod.3)與直角(Mod.4)，並分述如下： 一、Mod.1 (矩形)： ⎛ d + bf Acr = d ⋅ w f = d s ⋅ ⎜⎜ ⎝ 2. ⎞ ⎟⎟ = f (d , b f ⎠. ). (2.19). 如圖2-1(a)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為 d ⋅ w f ；其 中， d 為鋼骨的深度， w f 為鋼骨斷面尺寸之函數，其值為鋼骨深 度 d 與鋼骨翼板寬度 b f 和之半。 二、Mod.2 (直線)： 2 (d − b f − 2t f Acr = d − ⎛⎜ d − b f ⎞⎟ + 2 ⎝ ⎠ 2. ). 2. = f (d , b f , t f. ). (2.20). 如圖2-1(b)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板 內緣以直線連線之區域。 三、Mod.3 (圓弧)：. 12.
(32) 第二章 文獻回顧. (. Acr = d − 2t f. ). 2. ⎛ d bf − π ⎜⎜ − −tf ⎝2 2. 2. ⎞ ⎟ + 4 ⋅ b f ⋅ t f = f (d , b f , t f ⎟ ⎠. ). (2.21). 如圖2-1(c)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板 內緣以圓弧連線之區域。 四、Mod.4 (直角)： Acr = d 2 − ⎛⎜ d − b f ⎞⎟ = f (d , b f ⎝ ⎠ 2. ). (2.22). 如圖2-1(d)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板 內緣以直角連線之區域。 因此，可藉由試體不同箍筋量之配置，探討合理高圍束混凝土的 區域之形狀，並利用試體所呈現之強度與延展性，評估 AISC 設計公式 之合理性，確認建議修正公式之正確性。. 13.
(33) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. (a)矩形高圍束區示意圖 Mod.1. (b)直線連接形高圍束區示意圖 Mod.2. (c)圓弧形高圍束區示意圖 Mod.3. (d)直角連接形高圍束區示意圖 Mod.4. 圖 2-1 （資料來源：本研究規劃）. 14. 高圍束混凝土範圍之可能形式.
(34) 第三章 實驗試體之規劃. 第三章 第一節. 實驗試體之規劃 試驗規劃與試體設計. 本研究共計規劃 10 支為 SRC 包覆十字型短柱試體之抗壓試驗， 相關試體之編號及細部說明，詳請參見表 3-1 所示。本研究採用主筋為 #8 強度 4200kgf/cm2(SD420)之竹節鋼筋；橫向箍筋則依試驗所需參數 變化之需求，分別為 SD420W 與 SD280W（標稱強度 2800kgf/cm2）等 ；混 兩種可銲鋼筋；鋼板為 ASTM A572 Gr.50（標稱強度 3500kgf/cm2） 凝土抗壓強度為 280kgf/cm2；本研究使用之試驗機，為本所材料實驗 中心所購置之 3000 噸萬能試驗機，如照片 3-1 所示，所有試體均以無 偏心單向靜力軸向加壓的方式，進行 SRC 短柱軸力行為之探討。 為配合 3000 噸萬能試驗機之實驗容量，試體斷面尺寸分別規劃為 670×670mm 與 560×560mm ， 相 對 應 之 試 體 長 度 為 2010mm 與 1680mm，兩端各加上 14 或 15mm 厚之端板，並取短柱中央三分之一 之範圍為量測區，由柱兩端邊緣往內各三分之一之範圍為非量測區， 詳如圖 3-1、圖 3-2 所示。 為避免加載時在柱兩端因應力集中，而造成發生過早之破壞，因 此本研究於柱試體上下兩端之非量測區範圍內，配置較密之橫箍筋， 並於此範圍內兩相鄰鋼骨翼板外緣間，設置翼板連接板，以防止試體 兩端非量測區之主筋與鋼骨翼板，發生過早之局部挫屈。 本研究旨在針對 SRC 柱圍束箍筋量之合理性，進行相關之探討。 其中，對於 SRC 短柱試體之設計參數，包括鋼骨提供混凝土之圍束效 應及圍束混凝土之箍筋需求，進行一系列之探討與相關試體之規劃。 除同前固定各系列試體於量測區之箍筋間距(s=11cm)外，對於 SRC 柱試體箍筋需求之規劃，將依實際探討箍筋需求之範圍，各採取 4 種 15.
(35) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 不同圍束箍筋需求之方式配置，分別為 HP3-28（#3-SD280W） 、HP3-42 （一支#3-SD420W）、HP4-28（一支#4-SD280W）或 HP4-42（一支 #4-SD280W） ，其中 HP3-28（#3-SD280W）表示每箍配有一支＃3 強度 為 SD280W 之可銲鋼筋，餘以此類推，在此計規劃有 10 支短柱試體， 其細部尺寸請參見表 3-2 與表 3-3 所示；而未來對於本研究建議箍筋量 設計公式合理性之驗證，將考慮以內插之方式，進行 SRC 短柱軸力行 為之評估。 第二節. 實驗試體之製作. 有關試體之製作，在此將分為材料準備、鋼筋加工、鋼板加工、 黏貼應變計等部份，做以下之分述： 一、材料準備 鋼筋：本研究柱試體之主筋，為 D25(＃8)SD420 之竹節鋼筋， 箍筋分別為 D10(＃3)SD280W、D10(＃3)SD420、D13(＃4)SD280 與 D13(＃4)SD420 之可銲鋼筋，均為向東和鋼鐵企業股份有限公 司所購買，符合國家標準 CNS 560 之要求。 混凝土：設計強度為 280kgf/cm2，採用松達建材股份有限公 司所拌合之混凝土，大慶為工程材料實驗室（TAF 實驗室）提供 混凝土圓柱試體抗壓強度，測試結果為平均 295kgf/cm2。 鋼板：為中鋼公司所生產 A572 Gr.50 之鋼板。 模板：柱面四週使用清水模板，試體模擬工程實務，以直立 狀態灌漿。 二、鋼筋加工 柱試體主筋為 D25(SD420)之竹節鋼筋，係以氧氣乙炔裁切成 所需尺寸，並未做任何方式之加工。箍筋為 W 系列之可銲鋼筋， 16.
(36) 第三章 實驗試體之規劃. 並利用鋼筋彎折之機台，直接進行彎製加工，另基於實驗規劃之 需要，閉合箍筋以銲接之方式接合，與傳統以 135 度彎鉤接合之 方式相異，針對銲道之強度與品質，另規劃製作 8 支銲道接合之 試體，以驗證其強度是否足夠。 三、鋼板加工：由鴻舜機械有限公司協助進行鋼板之加工與銲接，由 於試體僅承受軸壓力，因此並未對相關之銲道，使以非破壞性之 試驗。 四、黏貼應變計：本研究未考慮量測環境之溫度補償，首次嘗試使用 日本 KYOWA 公司製造之單軸與雙軸三線式應變計，其型號分別 為 KFG-5-120-C1-11 L3M3R 與 KFG-5-120-D16-11 L3M32S，電阻 值為 120Ω，並請三聯科技公司協助黏貼應變計之施工。. 17.
(37) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 表 3-1. SRC 短柱試體編號與細部尺寸 鋼骨. 試體 系列. SRC. 斷面尺寸 (mm). b/tf. SRC-1A-HP3-28. 56×56. 2H 450×168×10×14. SRC-1A-HP3-42. 56×56. SRC-1A-HP4-28. 試體編號. 箍筋. 主筋. 軸向 標稱強度 Pno. 配筋. 強度 Fyh. 配筋. (Pno×1.5). 6.0. (D10)@11. 3.5. 4-#8. 1406 (2108). 2H 450×168×10×14. 6.0. (D10)@11. 3.5. 4-#8. 1406 (2108). 56×56. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 4-#8. 1406 (2108). SRC-1A-HP4-42. 56×56. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 4-#8. 1406 (2108). SRC-3A-HP4-42. 56×56. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 12-#8. 1566 (2350). SRC-1B-HP3-28. 67×67. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D10)@11. 3.5. 4-#8. 1728 (2592). SRC-1B-HP3-42. 67×67. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D10)@11. 3.5. 4-#8. 1728 (2592)). SRC-1B-HP4-28. 67×67. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 4-#8. 1728 (2592). SRC-1B-HP4-42. 67×67. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 4-#8. 1728 (2592). SRC-3B-HP4-42. 67×67. 2H 450×168×10×14. 6.0. (D13)@11. 3.5. 12-#8. 1888 (2833). （資料來源：本研究規劃）. 18. 鋼筋. 試體最 大斷面 (cm×cm).
(38) 表 3-2. SRC-A 系列短柱試體編號與細部尺寸. 鋼骨 試體 系列. 試體編號. SRC 斷面. 斷面尺寸 (mm). 箍筋 斷面積 As(ρs). 測試區配筋. 規範規定. 配筋. Fyh. ppro.. SRC. SRC-1A-HP3-28. 56×56. (D10)@11. SD280. 0.36. SRC. SRC-1A-HP3-42. 56×56. (D10)@11. SD420. 0.54. 2H 450×168×10×14. 177.5 (0.057). SRC-1A-HP4-28. 56×56. (D13)@11. SD280. 0.65. SRC. SRC-1A-HP4-42. 56×56. (D13)@11. SD420. 0.97. pAISC. 0.84. 0.65. 19. 19. 第三章 實驗試體之規劃. SRC. pSRC-TW. 測試區斷面.
(39) SRC-3A-HP4-42. 56×56. （資料來源：本研究規劃）. 20. 2H 450×168×10×14. 177.5 (0.057). (D13)@11. SD420. 0.97. 0.91. 0.70. 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 20 SRC.
(40) 表 3-3. SRC-B 系列短柱試體編號與細部尺寸. 鋼骨 試體 系列. 試體編號. SRC 斷面. 斷面尺寸 (mm). 箍筋 斷面積 As(ρs). 測試區配筋. 規範規定. 配筋. Fyh. ppro.. SRC. SRC-1B-HP3-28. 67×67. (D10)@11. SD280. 0.36. SRC. SRC-1B-HP3-42. 67×67. (D10)@11. SD420. 0.54. 2H 450×168×10×14. 177.5 (0.04). SRC-1B-HP4-28. 67×67. (D13)@11. SD280. 0.65. SRC. SRC-1B-HP4-42. 67×67. (D13)@11. SD420. 0.97. pAISC. 0.95. 0.92. 21. 第三章 實驗試體之規劃. SRC. pSRC-TW. 測試區斷面.
(41) SRC-3B-HP4-42. 67×67. （資料來源：本研究規劃）. 22. 2H 450×168×10×14. 177.5 (0.04). (D13)@11. SD420. 0.97. 1.00. 0.97. 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 21 22 SRC.
(42) 第三章 實驗試體之規劃. 圖 3-1. SRC-A 系列短柱試體縱剖面之配置示意圖. （資料來源：本研究規劃）. 23.
(43) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 圖 3-2. SRC-B 系列短柱試體縱剖面之配置示意圖. （資料來源：本研究規劃）. 24.
(44) 第三章 實驗試體之規劃. 照片 3-1. MTS 3000 噸萬能試驗機立面照. （資料來源：本研究拍攝）. 25.
(45) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 3-2 （資料來源：本研究拍攝）. 26. SRC-A 系列短柱試體近照.
(46) 第三章 實驗試體之規劃. 照片 3-3. SRC-B 系列短柱試體近照. （資料來源：本研究拍攝）. 27.
(47) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 28.
(48) 第四章 實驗結果與討論. 第四章. 實驗結果與討論. 第一節. 實驗過程. 本研究預先於試體內部之鋼筋與鋼骨 4，埋設應變計，並藉由資料 擷取器經由 MTS 3000 噸萬能試驗機之控制器，讀取實驗系統之軸力與 變位之數據，並於試體中央量測區之柱面，架設 6 支衝程為 100mm 之 LVDT，於試體全長之兩面，架設 2 支 200mm 衝程之 LVDT，參見圖 4-1、圖 4-2 與照片 4-1。 本研究試驗程序採位移歷時控制，其中軸向位移速率為 0.01ε/min，並預計於實驗中試體發生荷載能力下降至最大荷載之 70﹪ 之情形，即停止實驗。 第二節. 材料試驗. 有關本研究混凝土抗壓強度、鋼筋與鋼骨抗拉強度之實驗結果如 下： 1.混凝土圓柱試體抗壓試驗 本研究混凝土圓柱試體抗壓實驗之試驗方法，係依據 CNS 1232 混 凝土抗壓強度檢驗法，以 200 噸抗壓試驗機進行測試。試體設計強度 為 280 kgf/cm2，TAF 實驗室提供混凝土圓柱試體抗壓強度，測試結果 為平均 295 kgf/cm2。在試體澆製之時，設定 A 車次灌注於 SRC-A 系列 之五支試體，B 車次灌注於 SRC-B 系列之五支試體，C 次車則灌注於 SC 系列之十二支試體，每車次澆置 12 支圓柱試體，分別在 28 天與 52 天進行混凝土抗壓試驗，混凝土圓柱抗壓強度如表 4-1 所示。 2.鋼筋抗拉試驗：. 29.
(49) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 本研究柱試體之主筋，為 D25(＃8)SD420 之竹節鋼筋，箍筋分別 為 D10(＃3)SD280W、D10(＃3)SD420、D13(＃4)SD280 與 D13(＃ 4)SD420 之可銲鋼筋，均為向東和鋼鐵企業股份有限公司所購買，其出 廠證明所提供鋼筋抗拉試驗之結果，列表於表 4-2 所示，符合現行國家 標準 CNS 560 之要求，並於 100 噸萬能材料試驗機上進行測試，結果 顯示如表 4-2。 3.鋼板抗拉試驗： 試體鋼板為中鋼公司所生產 A572 Gr.50。鋼板抗拉試驗依 CNS 2111 規定將鋼板製做拉力試片與 CNS 2112 規定進行試驗，於 100 噸萬 能材料試驗機上測試，實驗結果顯示如表 4-3。 第三節. 柱軸載重位移曲線與破壞模式. SRC-A 系列與 SRC-B 系列試體於全長之載重位移曲線，如圖 4-3 至圖 4-11 所示，其最大試驗載重紀錄之整理，如表 4-4 與表 4-5 所示。 由試驗觀察於測試區位移計之量測紀錄中，當試體強度超過極限強度 Pmax 時，大部份連接測位移計之牙條桿，因試保護層之開裂與脫離，而 開始產生旋轉之現象，使得試體過極限強度後，就無法合理量測，因 此本文對於試體強度與延展性的分析，將暫採試體全長位移計之量測 值。各系列試體之載重位移曲線變化情形及破壞模式，分述如下： 1. SRC-A 系列： (1)SRC-1A-HP3-28：試驗於達到 Pmax 之前，疑為因試體端板於銲接 組裝產生之變形，再加上試體未確實以石膏蓋平等因素，因此當 試驗加載至約 1200 噸時，位於試體外側面上端板下方之保護層混 凝土，已開始出現數條水平向之細微裂縫；當試驗加載至約 1300 噸時，試體外側面保護層之混凝土，開始出現垂直向之細小裂縫； 30.
(50) 第四章 實驗結果與討論. 當試驗加載至約 1500 噸時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加 大；試體最大軸壓（極限）強度為 1579.2 噸，此時試體強度開始 衰減，試體外側面混凝土裂縫加大，位於試體四周角隅處之保護 層，疑似因為測試區主筋產生局部挫屈變形之故，使外圍混凝土 產生垂直向裂縫而最先剝落，隨後測試區保護層混凝土，續而產 生斜、橫向裂縫而剝落；當試驗強度衰減至 70%以下時停止試驗。 試體破壞主要集中於整個測試區與測試區上部，測試區主筋嚴重 挫屈，鋼骨發生明顯之翼板局部挫屈與整體扭轉挫屈之行為，D10 橫箍筋有三處因鋼骨翼板挫屈嚴重，而頂到橫箍筋發生斷裂之情 形。在 SRC-A 系列中，試驗極限強度為最低，強度衰減速率為同 系列快者。SRC-1A-HP3-28 試體之載重位移曲線（試體全長之量 測） ，如圖 4-3，試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-2 及 照片 4-3。 (2)SRC-1A-HP3-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 1100 噸 時，位於試體外側面上端板下方保護層混凝土之上角隅與下部非 量測區中央處，分別開始出現數條 45 度與垂直向之細微裂縫；當 試驗加載至約 1500 噸時，試體外側面保護層之混凝土，開始出現 垂直向之小裂縫；當試驗加載至約 1600 噸時，試體外側面混凝土 垂直向裂縫慢慢加大，上部非量測區中央處，亦開始出現橫向裂 縫；試體最大軸壓（極限）強度為 1656.05 噸，此時試體強度開始 衰減，試體外側面混凝土裂縫加大；當試驗加載下降至約 1400 噸 時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加大，位於試體角隅處之 保護層，垂直向裂縫加大而最先剝落，隨後測試區保護層混凝土， 續而產生斜、橫向裂縫而剝落；當試驗強度衰減至 70%以下時停 止試驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1A-HP3-28 相似，SRC-1A-HP3-42 極限強度比 SRC-1A-HP3-28 較為高，其強 度衰減的程度比 SRC-1A-HP3-28 略為緩和，試體破壞主要集中於 31.
(51) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 整個測試區與測試區上部，測試區主筋嚴重挫屈，鋼骨發生明顯 之翼板局部挫屈與整體扭轉挫屈之行為，D10 橫箍筋有被拉降伏 的現象，但是並無斷裂。試體載重位移曲線（試體全長之量測）， 如圖 4-4，試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-4 及照片 4-5。 (3)SRC-1A-HP4-28：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 1700 噸 時，位於試體外側面上端板下方保護層混凝土之角隅、上部非量 測區與量測區等處，分別開始出現數條小於 45 度與垂直向之裂 縫；試體最大軸壓（極限）強度為 1753.24 噸，此時試體強度開始 衰減，試體外側面混凝土裂縫加大；當試驗加載下降至約 1400 噸 時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加大，位於試體角隅處之 保護層，垂直向裂縫加大而剝落，隨後測試區保護層混凝土，續 而產生斜、橫向裂縫而剝落；當試驗強度衰減至 70%以下時停止 試驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1A-HP3-28、 SRC-1A-HP3-42 相 似 ， 其 極 限 強 度 比 SRC-1A-HP3-28 、 SRC-1A-HP3-42 較為高，強度衰減的程度比 SRC-1A-HP3-28、 SRC-1A-HP3-42 為緩和，試體破壞主要集中於整個測試區，測試 區主筋嚴重挫屈，鋼骨發生明顯之翼板局部挫屈與整體扭轉挫屈 之行為，且均較 SRC-1A-HP3-28、SRC-1A-HP3-42 為嚴重，D10 橫箍筋於試驗加載下降至約 1246 噸時，有一處因鋼骨翼板挫屈嚴 重，而頂到橫箍筋發生斷裂之情形。試體載重位移曲線（試體全 長之量測），如圖 4-5，試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-6 及照片 4-7。 (4)SRC-1A-HP4-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 900 噸 時，位於試體外側面上端板下方保護層混凝土之上角隅處，開始 出現 45 度之細微裂縫；當試驗加載至約 1000 噸時，位於試體外 側面上端板下方保護層之混凝土，開始出現數條水平向之細微裂. 32.
(52) 第四章 實驗結果與討論. 縫；當試驗加載至約 1500 噸時，試體外側面保護層之混凝土，開 始出現垂直向之小裂縫；當試驗加載至約 1600 噸時，試體外側面 混凝土垂直向裂縫慢慢加大，主要集中於非量測區及其上下區域 兩側；試體極限強度為 1704.81 噸，此時試體強度開始衰減，試體 外側面混凝土裂縫加大；當試驗強度衰減至 70%以下時停止試 驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1A-HP3-28、 SRC-1A-HP3-42 與 SRC-1A-HP4-28 相 似 ， 實 驗 結 果 顯 示 SRC-1A-HP4-42 極限強度略低於 SRC-1A-HP4-28，其強度衰減的 程度比 SRC-1A-HP3-28、SRC-1A-HP3-42 與 SRC-1A-HP4-28 略為 緩和，試體破壞主要集中於整個測試區與測試區上下區域，測試 區主筋嚴重挫屈，鋼骨發生明顯之翼板局部挫屈與整體扭轉挫屈 之行為，D13 橫箍筋有二處因鋼骨翼板挫屈嚴重，而頂到橫箍筋 發生斷裂之情形；而主筋挫屈與鋼骨翼板局部挫屈的行為最嚴 重。試體載重位移曲線（試體全長之量測） ，如圖 4-6，試體最後 之破壞模式與破壞情形，如照片 4-8 及照片 4-9。 (5)SRC-3A-HP4-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 1400 噸 時，試體外側面保護層之混凝土，開始出現垂直向之微小裂縫； 當試驗加載至約 1700 噸時，位於試體外側面上端板下方保護層之 混凝土，開始出現數條水平向之細微裂縫；當試驗加載至約 1500 噸時，試體外側面保護層之混凝土，開始出現垂直向之小裂縫； 當試驗加載至約 1600 噸時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加 大，同時亦出現水平向之小裂縫，主要集中於量測區及上部非量 測區；試體極限強度為 1954.83 噸，此時試體強度開始衰減，試體 外側面混凝土裂縫加大；當試驗強度衰減至 70%以下時停止試 驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1A 系列者相似， 由於配置主筋較 SRC-1A 系列為多，所以試體極限強度高於 SRC-1A 系列者，其強度衰減速率比 SRC-1A 系列為緩和，試體破 33.
(53) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 壞主要集中於整個測試區與測試區上區域，測試區主筋嚴重挫 屈，鋼骨發生明顯之翼板局部挫屈與整體扭轉挫屈之行為；D13 橫箍筋有四處因鋼骨翼板挫屈嚴重，而頂到橫箍筋發生斷裂之情 形，分別為當試驗加載下降至約 1850、1520、1320 與 1210 噸之 時。試體載重位移曲線（試體全長之量測） ，如圖 4-7，試體最後 之破壞模式與破壞情形，如照片 4-10 至照片 4-12。 2. SRC-B 系列： (1)SRC-1B-HP3-28：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 1700 噸 時，位於試體上端板下方保護層之混凝土，開始出現數條水平向 之細微裂縫；當試驗加載至約 2100 噸時，試體上部非量測區中央 外側保護層混凝土，開始出現垂直向之細小裂縫；當試驗加載至 約 2200 噸時，試體上部非量測區外側保護層混凝土之垂直與水平 裂縫慢慢加大；試體極限強度為 2229.16 噸，此時試體強度開始衰 減，試體外側面混凝土裂縫加大。位於試體四周角隅處之保護層， 因混凝土垂直向裂縫加大而最先剝落，隨後測試區保護層混凝 土，續而產生斜、橫向裂縫而剝落，與 SRC-A 系列試體外為混凝 土剝落之情形相似，與 SRC-A 系列試體不同的是 SRC-1B-HP3-28 試體測試區外圍混凝土剝落之情形，裂縫會延伸到柱核心鋼骨翼 板之外側，亦即外圍混凝土的剝落已超過保護層之厚度；當試驗 強度衰減至 70%以下時停止試驗。試體破壞主要集中於整個測試 區，測試區主筋挫屈，鋼骨翼板亦有局部挫屈之行為，D10 橫箍 筋於試驗加載下降至約 1448 噸時，有一處橫箍筋發生拉斷之情 形。在 SRC-B 系列中，試驗極限強度為最低，強度衰減速率較 SRC-A 系列試體快許多，亦為同系列最快者。SRC-1B-HP3-28 試 體之載重位移曲線（試體全長之量測），如圖 4-9，試體最後之破 壞模式與破壞情形，如照片 4-13 及照片 4-14。. 34.
(54) 第四章 實驗結果與討論. (2)SRC-1B-HP3-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 2100 噸 時，試體位於測試區與非測試區交界處保護層混凝土，分別開始 出現數條水平向與垂直向之細微裂縫；試體極限強度為 2181.77 噸，此時試體強度開始衰減，試體外側面混凝土裂縫加大；當試 驗加載下降至約 1800 噸時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加 大，位於試體角隅處之保護層最先剝落；當試驗強度衰減至 70% 以下時停止試驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1B-HP3-28 相似，強度衰減的程度比 SRC-1A-HP3-28 略為緩 和，但是 SRC-1A-HP3-42 之極限強度，比 SRC-1A-HP3-28 稍低， 試體破壞主要集中於整個測試區與測試區周邊；測試區主筋挫 屈，鋼骨翼板亦有局部挫屈之行為，D13 橫箍筋於試驗加載下降 至約 1520 噸時，有一處橫箍筋發生拉斷之情形。試體載重位移曲 線（試體全長之量測） ，如圖 4-10，試體最後之破壞模式與破壞情 形，如照片 4-15 及照片 4-16。 (3)SRC-1B-HP4-28：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 2200 噸 時，位於試體外側角隅、上部非量測區與量測區之交會處，分別 開始出現垂直向與水平向之小裂縫；試體最大軸壓(極限)強度為 2239.77 噸，此時試體強度開始衰減，試體外側面混凝土裂縫加 大；當試驗加載下降至約 1900 噸時，試體外側面混凝土垂直向裂 縫慢慢加大，位於試體角隅處之保護層，垂直向裂縫加大而剝落， 隨後測試區保護層混凝土，續而產生斜、橫向裂縫而剝落；當試 驗強度衰減至 70%以下時停止試驗。試體外圍混凝土剝落的情 形 ， 大 致 上 與 SRC-1B-HP3-28 、 SRC-1B-HP3-42 相 似 ， 與 SRC-1B-HP3-28 與 SRC-1B-HP3-42 試體不同的是 SRC-1B-HP4-28 試體測試區外圍混凝土剝落之情形，未見裂縫會延伸到柱核心鋼 骨翼板之外側，亦即外圍混凝土的剝落，未超過保護層之厚度； SRC-1B-HP4-28 極限強度比 SRC-1B-HP3-28、SRC-1B-HP3-42 較 35.
(55) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 為高，強度衰減的程度比 SRC-1B-HP3-28、SRC-1BA-HP3-42 稍 緩和，試體破壞主要集中於整個測試區與測試區上部，測試區主 筋嚴重挫屈，鋼骨發生明顯之翼板局部挫屈之行為，D10 橫箍筋 有被拉降伏的現象，但是並無斷裂。試體載重位移曲線（試體全 長之量測） ，如圖 4-11，試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-17 及照片 4-18。 (4)SRC-1B-HP4-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 2000 噸 時，位於試體外側角隅、上部非量測區與量測區之交會處，分別 開始出現垂直向與水平向之微裂縫；當試驗加載至約 2100 噸時， 位於試體外側角隅、上部非量測區與量測區之交會處，垂直向與 水平向之小裂縫增加；試體最大軸壓（極限）強度為 2154.69 噸， 此時試體強度開始衰減，試體外側面混凝土裂縫加大；當試驗加 載下降至約 1800 噸時，試體外側面混凝土垂直向裂縫慢慢加大， 位於試體角隅處之保護層，垂直向裂縫加大而剝落；當試驗強度 衰減至 70%以下時停止試驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致 上與 SRC-1B-HP3-28、SRC-1B-HP3-42 與 SRC-1B-HP4-28 相似， 實驗結果顯示 SRC-1B-HP4-42 極限強度為 SRC-1A 系列試體之最 低者，其強度衰減的程度比 SRC-1B-HP3-28、SRC-1B-HP3-42 與 SRC-1B-HP4-28 為緩和，試體破壞主要集中於整個測試區與測試 區上部，測試區主筋嚴重挫屈，鋼骨發生明顯翼板局部挫屈之行 為，D13 橫箍筋於試驗加載下降至約 1585 噸時，有一處橫箍筋發 生拉斷之情形。試體載重位移曲線（試體全長之量測） ，如圖 4-12， 試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-19 及照片 4-20。 (5)SRC-3B-HP4-42：試驗於達到 Pmax 之前，當試驗加載至約 2520 噸 時，試體位於量測區保護層之混凝土，開始出現垂直向之微小裂 縫；試體極限強度為 2526.9 噸，此時試體強度開始衰減，試體外. 36.
(56) 第四章 實驗結果與討論. 側面混凝土裂縫加大；當試驗加載下降至約 2300 噸時，試體量測 區外側混凝土垂直與水平向裂縫慢慢加大，角隅處保護層因垂直 向裂縫加大而開始有小區域之剝落；當試驗加載下降至約 2300 噸 時，測試區保護層之混凝土，產生較多斜、垂直向裂縫，而於角 隅處開始有較大區塊之剝落；當試驗強度衰減至 70%以下時停止 試驗。試體外圍混凝土剝落的情形，大致上與 SRC-1B 系列者相 似，由於配置主筋較 SRC-1B 系列為多，所以試體極限強度高於 SRC-1B 系列者，試體破壞主要集中於整個測試區，測試區主筋嚴 重挫屈，鋼骨發生翼板局部挫屈之行為；D13 橫箍筋有被拉降伏 的現象，但是並無斷裂。試體載重位移曲線（試體全長之量測）， 如圖 4-13，試體最後之破壞模式與破壞情形，如照片 4-21 及照片 4-22。 第四節. 柱試體強度與韌性之探討. 1.柱試體強度之探討 (1) SRC-A 系列試體： 有關 SRC-A 系列試體之實驗極限強度與標稱強度之整理，如表 4-4 所示，依實驗結果顯示除 SRC-1A-HP3-28 試體外，無論是依材 料之標稱強度或實際實驗強度，SRC-A 系列試體之實驗極限強度 值，皆大於試體之標稱強度，試體實驗極限強度與試體標稱強度之 比值，約介於 1.04 至 1.11 之間，此表示試體標稱強度之評估公式如 式(4.1)，對 SRC-A 系列試體強度之評估而言，有不錯的一致性，且 試體實驗極限強度與箍筋量的增加，約呈正比例之關係，亦可顯示 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對於 SRC-A 系列試體極限強度之提 升，的確有所助益；但試體若於箍筋量較低之情況，有關式(4.1)有 可能會高估試體之標稱強度。 37.
(57) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. Pno ( Pn ) = 0.85 f c' Ac + F ys As + F yr Ar. (4.1). (2) SRC-B 系列試體： 有關 SRC-B 系列試體之實驗極限強度與標稱強度之整理，如表 4-5 所示，依實驗結果顯無論是依材料之標稱強度或實際實驗強度， SRC-B 系列試體之實驗極限強度值，皆大於試體之標稱強度，試體 實驗極限強度與試體標稱強度之比值，約介於 1.12 至 1.21 之間，此 表示試體標稱強度之評估公式如式(4.1)，對 SRC-B 系列試體強度之 評估而言，有不錯的一致性且偏保守，但是 SRC-B 系列試體實驗極 限強度與箍筋量的增加，尚無法評斷呈正比例之關係，亦即可顯示 SRC-B 系列試體箍筋量的增加，對於試體極限強度提升之助益有限。 2.柱試體韌性之探討 本研究對試體之韌性，在此做以下之定義：利用試體載重與位 移曲線，尋找 0.75 Pmax 之點位，再與原點連成一線，此線可假設為 彈性勁度段，再以此線之延伸與通過 Pmax 水平線之交點，可先定義 彈性變位δy，再由試體載重與位移曲線，找出 0.85 Pmax 之點位所對 應之位移δu 為極限位移，即可定義韌性μ=δu/δy，有關試體韌性 之整理，如表 4-6 與 4-7 所示， (1) SRC-A 系列試體： 有關 SRC-A 系列試體之實驗韌性之整理，如表 4-6 所示，依實 驗結果顯示 SRC-A 系列試體，當試體實驗強度通過極限強度 Pmax 後，SRC-A 系列試體實驗強度下降之速率，非常和緩，其試體實驗 韌性之比值，約介於 14.85 至 61.67 之間，且試體實驗韌性與箍筋量 的增加，呈正比例之關係，此亦顯示 SRC-A 系列試體箍筋量的增加， 對於 SRC-A 系列試體韌性之提升，非常有所助益。 38.
(58) 第四章 實驗結果與討論. (2) SRC-B 系列試體： 有關 SRC-B 系列試體實驗韌性之整理，如表 4-7 所示，依實驗 結果顯示 SRC-B 系列試體，當試體實驗強度通過極限強度 Pmax 後， SRC-B 系列試體實驗強度下降之速率和緩，其試體實驗韌性之比 值，約介於 2.94 至 4.92 之間，且試體實驗韌性與箍筋量的增加，約 呈正比例之關係，此亦顯示 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對於 SRC-A 系列試體韌性之提升略有助益。 有關試體標稱強度之評估公式如式(4.1)，對 SRC-A 系列試體強度 之評估而言，有不錯的一致性，且 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對 於 SRC-A 系列試體極限強度之提升，的確有所助益；但試體若於箍筋 量較低之情況，式(4.1)可能會高估試體標稱強度之趨勢。依實驗結果 顯示 SRC-A 系列試體，當試體實驗強度通過極限強度 Pmax 後，試體實 驗強度下降之速率非常和緩，且 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對於 試體韌性之提升，非常有幫助。 有關 SRC-B 系列試體標稱強度之評估公式，對 SRC-B 系列試體強 度之評估，有不錯的一致性且偏保守，但是 SRC-B 系列試體箍筋量的 增加，對於試體極限強度提升之助益有限。SRC-A 系列試體實驗強度 下降之速率，非常和緩，且 SRC-A 系列試體箍筋量的增加，對於韌性 之提升，非常有助益。. 39.
(59) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 表 4-1. 混凝土圓柱試體測試齡期與測試結果 10 月 11 日灌漿(標稱強度 280 kgf /cm2). 預拌混凝土 車編號. A B. 齡期 28 天(測試日期:11/07) 抗壓強度. 平均抗壓強度. 抗壓強度. 平均抗壓強度. (kgf/cm2). (kgf/cm2). (kgf/cm2). (kgf/cm2). 266.14. 277.45. 266.27. 266.39 281.92. 269.08. 269.66. 257.39. 281.60. 299.58. 255.72 C. 齡期 52 天(測試日期:12/01). 274.62 255.92. 256.12. 287.87. -. 281.02. （資料來源：本研究實驗測試）. 表 4-2. SRC 柱鋼筋材料性質表 標稱強度. 降伏強度. 抗拉強度. (t /cm2). (t /cm2). (t /cm2). #3 鋼筋. 2.8. 3.509. 4.508. D10 竹節鋼筋. #3 鋼筋. 4.2. 4.825. 6.926. D13 竹節鋼筋. #4 鋼筋. 2.8. 3.346. 4.508. D13 竹節鋼筋. #4 鋼筋. 4.2. 4.733. 6.865. D25 竹節鋼筋. #8 鋼筋. 4.2. 4.610. 7.007. 材料項目. 材料尺寸規格. D10 竹節鋼筋. （資料來源：本研究實驗測試）. 表 4-3 材料項目. 材料尺寸規格. ASTM A572 Gr50. 標稱強度 2. 降伏強度 2. 抗拉強度. (t /cm ). (t /cm ). (t /cm2). 10mm 腹板. 3.5. 4.55. 5.61. 14mm 翼板. 3.5. 4.41. 5.80. （資料來源：本研究實驗測試）. 40. SRC 柱鋼骨材料性質表.
(60) 第四章 實驗結果與討論. 表 4-4. SRC-A 系列試體實驗強度與標稱強度之比較. 試體名稱. Pmax(t). Pn0(t). Pn(t). Pmax/Pn0. Pmax/Pn. SRC-1A-HP3-28. 1579.20. 1406. 1592. 1.12. 0.99. SRC-1A-HP3-42. 1656.25. 1406. 1592. 1.18. 1.04. SRC-1A-HP4-28. 1753.24. 1406. 1592. 1.25. 1.10. SRC-1A-HP4-42. 1704.81. 1406. 1592. 1.21. 1.07. SRC-3A-HP4-42. 1954.83. 1566. 1769. 1.25. 1.11. 註：Pn0：材料使用標稱強度計算而得之標稱強度。 Pn：材料使用實際強度所計算而得之標稱強度。 （資料來源：本研究實驗及分析）. 表 4-5. SRC-B 系列試體實驗強度與標稱強度之比較. 試體名稱. Pmax(t). Pn0(t). Pn(t). Pmax/Pn0. Pmax/Pn. SRC-1B-HP3-28. 2229.16. 1728. 1916. 1.29. 1.16. SRC-1B-HP3-42. 2181.77. 1728. 1916. 1.26. 1.14. SRC-1B-HP4-28. 2239.77. 1728. 1916. 1.30. 1.17. SRC-1B-HP4-42. 2154.69. 1728. 1916. 1.25. 1.12. SRC-3B-HP4-42. 2526.90. 1888. 2093. 1.34. 1.21. 註：Pn0：材料使用標稱強度計算而得之標稱強度。 Pn：材料使用實際強度所計算而得之標稱強度。 （資料來源：本研究實驗及分析）. 41.
(61) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 表 4-6. SRC 柱 A 系列試體之軸向韌性比較表 Δmax. Δ(0.75Pmax). Δ(0.85Pmax). (mm). (mm). (mm). 1579.20. 0.46. 1.21. 17.96. 14.85. SRC-1A-HP3-42. 1656.25. 3.78. 1.02. 15.87. 15.53. SRC-1A-HP4-28. 1753.24. 1.36. 0.94. 30.90. 33.05. SRC-1A-HP4-42. 1704.81. 4.86. 0.89. 55.02. 61.67. SRC-3A-HP4-42. 1954.83. 4.18. 1.22. 34.66. 28.43. 試體名稱. Pmax(t). SRC-1A-HP3-28. μ. （資料來源：本研究實驗及分析）. 表 4-7. SRC 柱 B 系列試體之軸向韌性比較表 Δmax. Δ(0.75Pmax). Δ(0.85Pmax). (mm). (mm). (mm). 2229.16. 5.30. 3.48. 10.22. 2.94. SRC-1B-HP3-42. 2181.77. 5.80. 3.57. 8.89. 2.49. SRC-1B-HP4-28. 2239.77. 4.82. 3.00. 13.26. 4.43. SRC-1B-HP4-42. 2154.69. 4.71. 2.97. 14.62. 4.92. SRC-3B-HP4-42. 2526.90. 5.38. 3.63. 9.65. 2.66. 試體名稱. Pmax(t). SRC-1B-HP3-28. （資料來源：本研究實驗及分析）. 42. μ.
(62) 第四章 實驗結果與討論. 11. 530. 9. 5. 120 120. 30. LVDT5 =100mm LVDT9 =100mm LVDT11=100mm. 6. 120 120 1680 560. 13. 3. 2. 7. 120 120. LVDT3 = 50mm LVDT7 =100mm LVDT13=200mm. 12. LVDT2 = 50mm LVDT6 =100mm LVDT12=200mm. 530. 120 120. 120 4. 8. 10. LVDT4 =100mm LVDT8 =100mm LVDT10=100mm. W 放大俯視圖 30. 120 120. 120 120. 單位:mm. 立面. 圖 4-1. SRC-A 系列外部測計架安裝位置示意圖. （資料來源：本研究規劃）. 43.
(63) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 640. 9. 11. 120. 30. LVDT9 =100mm LVDT11=100mm. 6. 120 2010 670. 13. 12. 120. 7. LVDT7 =100mm LVDT13=200mm. LVDT6 =100mm LVDT12=200mm. 640. 120. 120 4. 8. LVDT4 =100mm LVDT8 =100mm. W 放大俯視圖 30 120. 120. 立面. 圖 4-2. SRC-B 系列外部測計架安裝位置示意圖. （資料來源：本研究規劃）. 44. 單位:mm.
(64) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-3. SRC-1A-HP3-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-4. SRC-1A-HP3-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 45.
(65) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 圖 4-5. SRC-1A-HP4-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-6. SRC-1A-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 46.
(66) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-7. SRC-3A-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-8. SRC-1A 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 47.
(67) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 圖 4-9. SRC-1B-HP3-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖. （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-10 SRC-1B-HP3-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. 48.
(68) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-11 SRC-1B-HP4-28 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-12 SRC-1B-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. 49.
(69) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 圖 4-13 SRC-3B-HP4-42 試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. 圖 4-14 SRC-1B 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. 50.
(70) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-15 SRC-B 系列試體軸向位移及 MTS 軸力圖 （資料來源：本研究實驗）. P Pmax. 0.85Pmax 0.75Pmax. µ=. δy. ∆ 0.85Pmax ∆ 0.75Pmax. δu. δ. 圖 4-16 定義試體韌性之示意圖 （資料來源：本研究繪製） 51.
(71) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-1 （資料來源：本研究拍攝）. 52. SRC 柱試體量測儀器架設照片.
(72) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-2. SRC-1A-HP3-28 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-3. SRC-1A-HP3-28 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 53.
(73) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-4. SRC-1A-HP3-42 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-5. SRC-1A-HP3-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 54.
(74) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-6. SRC-1A-HP4-28 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-7. SRC-1A-HP4-28 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 55.
(75) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-8. SRC-1A-HP4-42 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-9. SRC-1A-HP4-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝） 56.
(76) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-10. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-11. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝） 57.
(77) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-12. SRC-3A-HP4-42 試體破壞照片(3). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-13 （資料來源：本研究拍攝） 58. SRC-1B-HP3-28 試體破壞照片(1).
(78) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-14. SRC-1B-HP3-28 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-15. SRC-1B-HP3-42 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 59.
(79) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-16. SRC-1B-HP3-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-17 （資料來源：本研究拍攝）. 60. SRC-1B-HP4-28 試體破壞照片(1).
(80) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-18. SRC-1B-HP4-28 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-19. SRC-1B-HP4-42 試體破壞照片(1). （資料來源：本研究拍攝）. 61.
(81) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 照片 4-20. SRC-1B-HP4-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 照片 4-21 （資料來源：本研究拍攝）. 62. SRC-3B-HP4-42 試體破壞照片(1).
(82) 第四章 實驗結果與討論. 照片 4-22. SRC-3B-HP4-42 試體破壞照片(2). （資料來源：本研究拍攝）. 63.
(83) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱軸向受力行為之研究. 64.
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