圓箍筋對鋼筋混凝土圓柱韌性影響之研究

圓箍筋對鋼筋混凝土圓柱韌性

影響之研究

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

中華民國 104 年 12 月

圓箍筋對鋼筋混凝土圓柱韌性

影響之研究

研究主持人：李台光 研究員

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

中華民國 104 年 12 月

目次

表 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅲ

圖 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅴ

誌 謝 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ I X

第 一 章 緒 論 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ 1

第一節 研究緣起與背景‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1

第二節 研究方法及進度說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧1

第三節 蒐集之資料、文獻分析‧‧‧‧‧‧‧‧2

第 二 章 內 政 部 建 築 研 究 所 過 去 相 關 研 究 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ 9

第一節 含組合繫筋 RC 方形柱之軸壓行為‧‧‧‧9

第二節 含組合繫筋 RC 方形柱之撓曲行為‧‧‧‧10

第三節 含圓形閉合箍筋 RC 圓柱之軸壓行為‧‧‧11

第四節 含圓形閉合箍筋及繫筋 RC 圓柱軸壓行為‧12

第三章 實驗試體之規劃設計與製作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37

第一節 試體之規劃‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37

第二節 試體之細部設計與製作‧‧‧‧‧‧‧‧‧38

第四章 RC 圓柱試體撓曲試驗結果分析‧‧‧‧‧‧‧53

第一節 圓柱試體撓曲試驗結果‧‧‧‧‧‧‧‧53

第二節 小結‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54

第五章 結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧79

第一節 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧79

第二節 建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧79

參考資料‧‧‧‧‧･‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧81

表次

表次

表 2-1 文獻[14]之試體分組表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13

表 2-2 文獻[14]之試驗結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13

表 2-3 文獻[15]試體繫筋型式及混凝土實測抗壓強度‧‧‧14

表 2-4 文獻[15]試體側向強度‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧14

表 2-5 文獻[15]試體側向位移、側向位移角及塑性轉角容量 14

表 2-6 文獻[15]滿足搭接長度之最小柱尺寸‧‧‧‧‧‧‧15

表 2-7 文獻[16]圓形橫向鋼筋的相關設計觀念‧‧‧‧‧‧15

表 2-8 文獻[16]試體分組表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16

表 2-9 文獻[16]試驗結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16

表 2-10 文獻[17]試體分組表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17

表 2-11 文獻[17]試驗結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17

表 3-1 圓形柱試體彙整表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧40

表 4-1 竹節鋼筋試驗表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55

表 4-2 圓形柱試體 28 天混凝土強度彙整表‧‧‧‧‧‧56

圖次

圖次

圖 1-1 日本東京工業大學 TP-54~59 試體斷面圖‧‧‧‧‧7

圖 1-2 日本土木研究所圓形橋柱試體圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧7

圖 1-3 公路橋梁耐震設計規範建議圓柱圍束鋼筋示意圖‧‧8

圖 2-1 文獻[14]試體立面及斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18

圖 2-2 文獻[14]繫筋型式‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧19

圖 2-3 文獻[14]M1-10a 試體承受軸向載重時之情形‧‧20

圖 2-4 文獻[14]MH1a 試體移除塑膠布所顯示破壞情形‧21

圖 2-5 文獻[14]所有試體載重及軸向變形關係曲線‧‧‧22

圖 2-6 文獻[15]組合內箍筋組成示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧23

圖 2-7 文獻[15]試體所使用之繫筋或內箍筋型式‧‧‧‧24

圖 2-8 文獻[15]試體尺寸及鋼筋配置示意圖‧‧‧‧‧‧25

圖 2-9 文獻[15]試驗裝置‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26

圖 2-10 文獻[15]側向位移加載歷程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧27

圖 2-11 文獻[15]所有試體之側向載重與位移遲滯迴圈‧‧28

圖 2-12 文獻[15]所有試體側向載重與位移包絡線‧‧‧‧29

圖 2-13 文獻[16]試體立面及斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30

圖 2-14 文獻[16]橫向鋼筋續接圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31

圖 2-15 文獻[16]CT-S5-2Lb 試體承受軸向載重時之情形‧32

圖 2-16 文獻[16]CT-S2a 試體移除塑膠布所顯示破壞情形‧33

圖 2-17 文獻[16]所有試體載重及軸向變形關係曲線‧‧‧34

圖 2-18 文獻[17]繫筋形式‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧35

圖 2-19 文獻[17]所有試體載重及軸向變形關係曲線‧‧‧36

圖 3-1 圓形柱試體之立面及剖面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧41

圖 3-2 試體 R1 及 R2 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42

圖 3-3 試體 S33-d00 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42

圖 3-4 試體 S33-d45 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43

圖 3-5 試體 S17-d00 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43

圖 3-6 試體 S17-d45 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44

圖 3-7 試體 D33-d00 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44

圖 3-8 試體 D33-d45 斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45

圖 3-9 臨時軸力轉接座細部圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧46

圖 3-10 圓形柱應變規位置圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47

圖 3-11 試體鋼筋組立圖(基礎)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48

圖 3-12 試體鋼筋組立圖(柱)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48

圖 3-13 試體模板組立圖(基礎)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49

圖 3-14 RC 試體混凝土澆置(基礎)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49

圖 3-15 試體混凝土澆置後拆模圖(基礎)‧‧‧‧‧‧‧‧50

圖 3-16 試體應變規施工‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧50

圖 3-17 試體模板組立圖(柱)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51

圖 3-18 RC 試體混凝土澆置(柱)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51

圖 3-19 RC 試體混凝土澆置後拆模圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧52

圖 3-20 RC 試體上漆及劃線‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52

圖 4-1 大型試驗構架示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧57

圖 4-2 本研究圓柱試體側向位移歷時圖‧‧‧‧‧‧‧‧58

圖 4-3 R 系列試體細部破壞圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧59

圖 4-4 R 系列試體側向載重及位移圖‧‧‧‧‧‧‧‧61

圖 4-5 R 系列試體側向載重及位移包絡圖‧‧‧‧‧‧‧63

圖 4-6 S 系列試體細部破壞圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧64

圖 4-7 S 系列試體側向載重及位移圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧68

圖次

圖 4-8 S 系列試體側向載重及位移包絡圖‧‧‧‧‧‧‧72

圖 4-9 D 系列試體細部破壞圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧74

圖 4-10 D 系列試體側向載重及位移圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧76

圖 4-11 D 系列試體側向載重及位移包絡圖‧‧‧‧‧‧‧‧78

誌 謝

誌 謝

本研究計畫執行期間，承蒙國立臺灣科技大學營建系陳正誠教授撥冗指導， 並提供寶貴之建議與意見，使本研究計畫得以順利進行，在此表示誠摯感謝。

摘 要

摘 要

關鍵詞：組合繫筋、RC 圓柱、耐震性能 一 、 研 究 緣 起 鋼筋混凝土由於具有工程造價較低、勁度高、受風力或地震力作用下，側向 位移較小等優點，因此臺灣地區以鋼筋混凝土做為建築結構材料的情形相當普 遍。依據內政部營建署102 年營建統計年報核發建築物建造執照資料顯示，國內鋼 筋混凝土造建築樓地板面積約佔總樓地板面積的 78%。相對於鋼筋混凝土(RC)矩 形柱而言，國內建築上部結構較少採用圓形柱，而建築的下部樁基礎及橋梁則較 常採用，此外現行混凝土工程設計規範與解說僅針對螺箍筋圓形柱之箍筋尺寸、 淨間距、續接長度及螺箍筋體積比有所規定。然而對於國內常用的圓形閉合箍筋 柱之相關設計細部，則無相關規定，使得國內設計者及施工者無所適從，莫衷一 是，因此實有必要加以研究與釐清，以保障人民生命財產之安全。 有鑒於此，本所曾於98 及 99 年度分進行 9 組(18 支)及 6 組(12 支)大尺寸 RC 圓形短柱軸壓試驗，探討在各種箍、繫筋配置方式下，其軸向受壓之行為，以評 估各類箍、繫筋配置方式的可行性及實用性，嘗試解決國內工程實務的問題，並 獲致初步具體結論。然而，這兩年的研究皆為軸壓試驗，並未考量側向反覆力的作 用，因此仍需做進一步的研究，以驗證RC 圓柱的耐震性能。本(104)年度將賡續規 劃8 組大尺寸(直徑：70 cm)RC 圓柱，針對國內圓形柱圓形閉合箍筋及繫筋之設計 及施工實務問題，進行撓曲實驗研究。 本研究之預期成果包括：(1)驗證大尺寸 RC 圓形柱在不同箍筋及繫筋配置方 式下，RC 柱受撓曲作用之行為，提供國內工程實務界參考；(2)依據本研究之結 論，提出兼顧圍束效果及施工性較佳之箍筋及繫筋配置方式之建議，提供國內工 程實務界參考；(3)檢討現行 RC 構造設計規範柱箍筋與繫筋之相關規定，並且提出 適用於大尺寸RC 圓柱箍筋與繫筋施工方式之規範條文建議。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本計畫之工作內容包括相關文獻之回顧與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、

RC 柱試體之製作、試驗及試驗結果之整理及分析、以及舉辦期中與期末簡報會 議，邀請國內專家學者與相關業界人士與會，以進行意見交流。經由本案之研 究，希望可將國內結構工程整體水準向上提升，使RC 圓形柱箍、繫筋之規劃及設 計更有依循的參考，以確實達到提高結構物耐震能力之預期目標，並使工程設計 單位能充分瞭解正確的繫筋之設計及施工。本研究已完成相關文獻之回顧與蒐集 與RC 柱試體之規劃及設計，並於 104 年 7 月 7 日及 7 月 21 日辦理第 1 次及第 2 次RC 柱試體之採購開標作業，於 7 月 21 日完成決標，預計於 10 月 10 日完成驗收 作業，惟因承包廠商製作試體期程延宕，延至11 月 12 日完成驗收，後續配合大型 力學實驗室規劃使用空間及排程，於11 月 30 日開始進行 RC 柱試體之撓曲試驗， 並於12 月 25 日完成試驗結果之整理與分析。 三 、 重 要 發 現 (1)傳統繫筋目前普遍使用於實際工程，安裝時通常先將 135 度彎鉤勾住對面的主 筋，然後再旋轉繫筋將 90 度彎鉤扣住這一面的主筋。在彎鉤及彎鉤延伸段都符 合規範規定的情況下，柱主筋應有 80~100 mm 之淨間距才比較容易施作。土木 401-96 規定柱主筋的淨間距不得小於 1.5 倍主筋直徑、1.33 倍骨材最大粒徑及 40 mm。以 D32(#10)鋼筋為例，主筋之淨間距可能僅有 48 mm，繫筋之安裝將相當 困難。設計者在配筋時往往僅考慮到設計規範對主筋淨間距的要求，而忽略了 安裝傳統繫筋所需之施工間距，因此工地常有繫筋安裝困難、施工品質不佳的 現象發生。 (2)在工地安裝 180 度彎鉤一體繫筋時，通常需要由主筋上端往下套，不但安裝較 為困難，且常需要額外的施工架，實際工程很少使用。 (3)組合繫筋的安裝由柱之對邊往柱內插入，主筋淨間距只要滿足設計規範的要 求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，施工相當方便。安裝時每一 J 形鋼筋之 180 度彎鉤都可以和主筋密接，J 形鋼筋直線端架在外箍筋上，不但方便 J 形鋼筋 之固定，並可避免混凝土澆置時J 形鋼筋移位。使用組合繫筋一方面可以增進韌 性，另一方面施工簡便且施工品質容易控制，可以大幅提升鋼筋施工品質。 (4)對於十字形及井字形的組合繫筋配置，可以發揮方形柱繫筋類似的圍束效應，納 入橫向鋼筋等值體積比計算。對於十字形的組合繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體

摘 要 積比時，可加入1 根繫筋的圍束效應。而對於井字形的組合繫筋配置，計算橫向 鋼筋等值體積比時，可加入2 根繫筋的圍束效應。 四 、 主 要 建 議 事 項 以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。 本研究案之研究成果，可供工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之 參考，以解決國內工程實務問題。－立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 本研究發現組合繫筋不僅施工性良好，且圓形柱的組合繫筋可以發揮方形柱繫 筋類似的圍束效應。對於十字形的組合繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積比時，可 加入1 根繫筋的圍束效應；而對於井字形的組合繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積 比時，可加入2 根繫筋的圍束效應，研究成果可提供工程實務界應用，以及「混凝 土結構設計規範」研修訂時之參考，以解決國內工程實務問題。 本研究案僅針對 8 座大尺寸鋼筋混凝土圓柱同時承受軸向及側向力之行為進行研 究，並獲得初步的結果，試體數量明顯不足，後續應持續進行相關研究，以提高研 究成果之可信度。－長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 本研究案僅針對 8 座大尺寸鋼筋混凝土圓柱同時承受軸向及側向力之行為進 行研究，並獲得初步的結果，試體數量明顯不足，建議後續針對高軸力及軸拉力作 用下之RC 圓柱撓曲韌性行為，持續進行相關研究，以提高研究成果之可信度。

ABSTRACT

Keywords： Lap-spliced crosstie, RC circular columns, Seismic performance

In reinforced concrete columns, major roles of transverse reinforcement are developing shear strength, preventing compressive longitudinal reinforcement from buckling, and confining core concrete. Especially in seismic region, last two roles are considered as very important. Therefore, large amount of strictly detailed transverse reinforcement should be provided, in order to develop strength and performance of members against cyclic loads in seismic region. These details with hooks and bend crossties lead to congestion problems in members especially for large-diameter reinforced concrete column sections.

Eight sets of large-scale circular reinforced concrete columns were tested under constant axial compression and cyclic lateral loading. The primary variables are the crosstie layout type, the confinement ratio of crosstie, and the direction of lateral loading. The tests confirmed crossties in circular columns can provide confining forces like those in rectangular columns. In addition, in single-cross crossties, the equivalent volumetric ratio of transverse reinforcement can be calculated by adding the confinement effectiveness of one crosstie cross-sectional area. In double-cross crossties, the equivalent volumetric ratio of transverse reinforcement can be calculated by adding the confinement effectiveness of two crosstie cross-sectional areas.

第一章 緒 論

第一章 緒 論

第一節 研究緣起與背景

鋼筋混凝土由於具有工程造價較低、勁度高、受風力或地震力作用下，側向 位移較小等優點，因此臺灣地區以鋼筋混凝土做為建築結構材料的情形相當普 遍。依據內政部營建署 102 年營建統計年報[1]核發建築物建造執照資料顯示，國 內鋼筋混凝土造建築樓地板面積約佔總樓地板面積的 78%。相對於鋼筋混凝土(RC) 矩形柱而言，國內建築上部結構較少採用圓形柱，而建築的下部樁基礎及橋梁則 較常採用，此外現行混凝土工程設計規範與解說僅針對螺箍筋圓形柱之箍筋尺 寸、淨間距、續接長度及螺箍筋體積比有所規定。然而對於國內常用的圓形閉合 箍筋柱之相關設計細部，則無相關規定，使得國內設計者及施工者無所適從，莫 衷一是，因此實有必要加以研究與釐清，以保障人民生命財產之安全。 有鑒於此，本所曾於98 及 99 年度分進行 9 組(18 支)及 6 組(12 支)大尺寸 RC 圓形短柱軸壓試驗[2,3]，探討在各種箍、繫筋配置方式下，其軸向受壓之行為， 以評估各類箍、繫筋配置方式的可行性及實用性，嘗試解決國內工程實務的問 題，並獲致初步具體結論。然而，這兩年的研究皆為軸壓試驗，並未考量側向反覆 力的作用，因此仍需做進一步的研究，以驗證RC 圓柱的耐震性能。本(104)年度將 賡續規劃8 組大尺寸(直徑：70 cm)RC 圓柱，針對國內圓形柱圓形閉合箍筋及繫筋 之設計及施工實務問題，進行撓曲實驗研究。 本研究之預期成果包括：(1)驗證大尺寸 RC 圓形柱在不同箍筋及繫筋配置方 式下，RC 柱受撓曲作用之行為，提供國內工程實務界參考；(2)依據本研究之結 論，提出兼顧圍束效果及施工性較佳之箍筋及繫筋配置方式之建議，提供國內工 程實務界參考；(3)檢討現行 RC 構造設計規範柱箍筋與繫筋之相關規定，並且提出 適用於大尺寸RC 圓柱箍筋與繫筋施工方式之規範條文建議。

第二節 研究方法及進度說明

本計畫之工作內容包括相關文獻之回顧與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、

RC 柱試體之製作、試驗及試驗結果之整理及分析、以及舉辦期中與期末簡報會 議，邀請國內專家學者與相關業界人士與會，以進行意見交流。經由本案之研 究，希望可將國內結構工程整體水準向上提升，使RC 圓形柱箍、繫筋之規劃及設 計更有依循的參考，以確實達到提高結構物耐震能力之預期目標，並使工程設計 單位能充分瞭解正確的繫筋之設計及施工。本研究已完成相關文獻之回顧與蒐集 與RC 柱試體之規劃及設計，並於 104 年 7 月 7 日及 7 月 21 日辦理第 1 次及第 2 次RC 柱試體之採購開標作業，於 7 月 21 日完成決標，預計於 10 月 10 日完成驗收 作業，惟因承包廠商製作試體期程延宕，延至11 月 12 日完成驗收，後續將配合大 型力學實驗室規劃使用空間及排程，於11 月 30 日開始進行 RC 柱試體之撓曲試驗， 並於12 月 25 日完成試驗結果之整理與分析。

第三節 蒐集之資料、文獻分析

本研究將針對美國、日本及國內 RC 圓柱箍、繫筋相關研究文獻，進行蒐 集、整理與分析。

1.3.1 美國之相關文獻

由 於 國 內 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 一 直 以 來 ， 皆 參 考 美 國 混 凝 土 學 會(ACI, American Concrete Institute) 之 ACI 318 規 範 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary)而研訂，因此儘管國內與美國的工程環境未必相 同，其相關研究實值得國內參考借鏡，相關重要文獻分述如下：

(1) ACI 318M-14 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 2014)

本規範[4]係由美國混凝土學會(ACI)所研訂，為鋼筋混凝土建築結構設計及施 工的重要參考依據，對於國內常採用的圓形閉合箍筋柱之相關設計細部，相關規 定如下：

第一章 緒 論 另第 25.7.2.4.1 節之規定：(a)圓形閉合箍筋端部應至少疊接 150 mm；(b)圓形 閉合箍筋端部應有 90 度標準彎鉤，並圍繞於縱向鋼筋；(c)相鄰圓箍筋疊接處沿縱 向鋼筋應交錯配置。 此外，對於承受高軸力比(軸力比超過 30%)或混凝土強度超過 70 MPa 螺箍或 圓形閉合箍筋之體積比_s除不得小於原有規定兩個限制式之值外，另於表 18.7.5.4 額外增加以下限制式： ch yt u f s A f P k 35 . 0   (1) 其中 0 . 1 6 . 0 175    c f f k 。   c f 混凝土規定抗壓強度(MPa)。  u P 設計軸力。  yt f 橫向鋼筋之規定降伏強度。  ch A 螺箍筋或圓形閉合箍筋外緣以內之斷面積。

(2) PEER structural performance database user’s manual (version 1.0) (M. Berry, M. Parrish, and M. Eberhard, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, USA, 2004)

本研究[5]共蒐集 274 支矩形箍筋柱及 160 支圓形螺箍筋柱試體，承受反覆側向 載重之試驗資料庫，提供包括試體的基本設計資料、側向載重與位移數位歷時資 料、重要材料性質及試驗裝置等。本資料庫提供豐富的既有研究成果，供研究者 參考比對，但其缺點在於僅有螺箍筋圓柱的資料且柱試體斷面尺寸較小(圓形螺箍 筋柱最大直徑：60 cm)。

(3) Performance of circular reinforced concrete bridge columns under bidirectional earthquake loading (M. M. Hachem, S. A. Mahin, and J. P. Moehle, Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER 2003/6, University of California, Berkeley, USA,

2003) 本研究[6]係於美國加州大學柏克萊分校地震工程研究中心進行，針對 4 支直 徑為40 cm 之鋼筋混凝土橋梁圓柱進行震動台試驗，此外並以有限元素分析結果與 試驗行為進行比對，圓柱為螺箍筋配置並採用光面鋼線，其螺箍筋體積比為0.0054 且無配置繫筋。

1.3.2 日本相關文獻

(1) Kawashima Earthquake Engineering Laboratory 網 站 (Tokyo Institute of Technology)

日本東京工業大學 Kawashima Earthquake Engineering Laboratory 網站 Cyclic Loading Test Data of Reinforced Concrete Bridge Piers(鋼筋混凝土橋柱側向反覆載重 試驗)資料庫[7]中，其中 TP-54~61 等 8 支圓柱試體之直徑為 40 cm，TP-60~61 試體

採用螺箍筋，另 TP-54~59 試體採用圓形閉合箍筋彎鉤直接續接，其螺箍筋體積比

為0.00745，參見圖 1-1 所示。

(2) Shake table experiment on circular reinforced concrete bridge column under multidirectional seismic excitation (J. Sakai and S. Unjoh；日本獨立行政法人土木研究 所，2007 年) 本研究[8]主要係針對橋梁鋼筋混凝土圓柱進行振動台多方向試驗，其圓柱試體 之直徑為60 cm，採用組合圓箍筋之配置，此外並以有限元素分析結果與試驗行為 進行比對，其螺箍筋體積比為0.0031，如圖 1-2 所示。

1.3.3 國內相關文獻

(1) 交通部「公路橋梁耐震設計規範」 本規範[9]主要係針對現有公路橋梁耐震設計規範條文進行探討與修訂，對於圓

第一章 緒 論

柱而言，螺箍筋或閉合圓箍筋之配置細部要求可參考日本道路橋示方書中之規定， 如圖1-3 所示。

(2) 內政部「混凝土結構設計規範」

本規範[10]主要係依據美國混凝土學會(ACI, American Concrete Institute)之 ACI 318-05 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary)[11]而研 定，其中第十三章設計細則有關受壓構材之螺箍筋配置細部規定如下： 第13.9.4.2 節：現場澆置受壓構材之螺箍筋不得小於 D10。 第13.9.4.3 節：螺箍筋之淨間距不得大於 7.5 cm，亦不得小於 2.5 cm 或粗粒料 標稱最大粒徑之1.33 倍。 第13.9.4.4 節：螺箍筋應於兩端再加 1.5 圈以為錨定。 第 13.9.4.5 節：螺箍筋需續接時，搭接長度不小於 30 cm 與48 (無粘裹竹節d_b 鋼棒或鋼線)之大者。(d 為螺箍筋之標稱直徑) _b 另第十五章耐震設計之特別規定有關鋼筋混凝土柱橫向鋼筋配置之規定如下： 第15.5.4.1 節： (1)螺箍或圓形閉合箍筋之體積比_s不得小於以下兩式之值： yt c ch g s f f A A         0.45 1  (2) yt c s f f   120.  (3) 其中  g A 鋼筋混凝土總斷面積。 (3)橫向鋼筋可採用單個或重疊閉合箍筋。與閉合箍筋相同大小與間距之繫筋應 可使用。繫筋的兩端均須圍繞於縱向鋼筋，並間隔換端。 第15.2 節： 耐震彎鉤：凡肋筋、箍筋或繫筋中之彎鉤，若其彎角不少於135 度，且彎後至

少延伸6 (但不得小於 7.5 cm)，彎鉤並須圍繞縱向鋼筋後進入肋筋或箍筋所圍束區d_b 域之內部。 繫筋：一連續鋼筋，其一端具耐震彎鉤；另一端為至少 90 度之彎鉤，且彎後 至少直線延伸6 。各彎鉤均須圍繞縱向鋼筋。鉤住同一主筋相鄰各繫筋之 90 度與d_b 135 度彎鉤應交替排置。 (3) 圓柱橫箍筋搭接長度之合理性探討 (技師月刊第 48 期第 39~43 頁，台北市 土木技師公會2008 年 3 月發行) 現行「結構混凝土設計規範」對於鋼筋混凝土圓形柱或基樁之箍筋的搭接長 度，僅對採用螺箍筋時有作規定，對於採用一般橫箍筋時，其搭接長度究應採用多 少長度並無明確之規定，導致設計與施工者無所適從。本研究[12]嘗試從「結構混 凝土設計規範」之既有條文中整理歸納出可依循的方向，供工程師設計參考，也希 望建築主管機關及學術單位能儘速進行相關實驗，提供一套可靠安全之箍筋搭接長 度供設計者遵循，以維公共安全。 (4) 一筆箍及年年發預製箍筋之研發(潤弘精密工程事業股份有限公司網站: http://www.ruentex.com.tw) 國內預鑄廠[13]有鑒於鋼筋現場綁紮常常是最費工，也是最容易因為人為的疏 失導致施工結果與設計不符的情形，嘗試進行預製箍筋的研發，所謂的一筆箍，即 指箍筋在鋼筋廠中將一根鋼筋，依據設計連續彎折成箍筋的形狀，箍筋已事先從工 廠中彎折成設計之大小，運至工地後僅需將箍筋套入，省去工地現場許多箍筋加工 的工項，加快施工之速度，而年年發則是一種採用螺旋箍筋新工法。

第一章 緒 論

圖 1-1 日本東京工業大學 TP-54~59 試體斷面圖(單位：mm)

(資料來源：參考文獻[7])

圖 1-2 日本土木研究所圓形橋柱試體圖

(資料來源：參考文獻[8])

(a)

(b)

圖 1-3 公路橋梁耐震設計規範建議圓柱圍束鋼筋示意圖

(資料來源：參考文獻[9])

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

臺灣地區以鋼筋混凝土(RC)做為建築結構材料的情形相當普遍，RC 柱的箍、 繫筋在圍束核心混凝土及柱撓曲韌性發展上扮演重要的角色。為了降低施工困難 度傳統繫筋安裝時通常先將 135 度彎鉤勾住對面的主筋，然後再旋轉繫筋將 90 度 彎鉤扣住這一面的主筋。但是工程實務上，尤其是高樓結構，由於柱主筋較多， 傳統繫筋的施工還是時常遇到困難，降低了施工的品質。此外，依據美國混凝土 學會(ACI)最新版設計規範(ACI 318M-14)[4]的規定，承受高軸力的 RC 柱基本上所 有的主筋均需被繫筋勾住，這讓傳統繫筋的安裝更形困難，雪上加霜。 本所與國立臺灣科技大學營建系積極構思研發組合繫筋，來降低繫筋施工的 困難度。組合繫筋是由二支一端為180 度彎鉤另一端為直線的 J 形鋼筋搭接組合而 成。組合繫筋的安裝由柱之對邊往柱內插入，主筋淨間距只要滿足設計規範的要 求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，施工相當方便。安裝時每一 J 形鋼筋之 180 度彎鉤都可以和主筋密接，同時J 形鋼筋直線端架在外箍筋上，不但方便 J 形鋼筋 之固定，並可避免混凝土澆置時J 形鋼筋移位。 針對組合繫筋，本所與臺科大的合作研究團隊，利用臺北景美建置的材料實 驗中心大型力學設備，完成一系列完整的實驗研究。共計以 3000 噸萬能試驗機完 成 24 支大尺寸 RC 方形柱與 30 支圓柱試體軸壓試驗，並以大型試驗構架完成 26 支RC 柱試體撓曲試驗，完整探討高軸壓力、軸拉力以及搭接長度對組合繫筋的影 響。研究成果證實使用組合繫筋可增進RC 柱的韌性，施工簡便且施工品質容易控 制，可以大幅提升矩形及圓形柱鋼筋施工品質。以下將針對本所與臺科大合作研 究團隊發表的4 篇相關論文之重要研究成果簡要說明，並做為今(104)年度規劃試體 之參考依據。

第一節 含組合繫筋 RC 方形柱之軸壓行為

Lee 等人[14]針對 6 組 12 個大尺寸柱試體進行軸向載重試驗，並驗證柱構材內 數種不同組裝方式之橫向繫筋的性能，試驗的結果如表 2-1 至 2-2 及圖 2-1 至 2-5 所示，並可得以下5 點結論： (1) 6 組試體中的 5 組其相應於最大載重的平均軸向應變遠大於 0.004，這表示大部

份的試體在表層的混凝土剝落的情形下，仍能恢復其強度，而另一組的試體仍 能保有一定大小的塑性變形，因此，本研究中所配置的橫向鋼筋能適當地發揮 其圍束效能。 (2) 在本研究中，繫筋彎鉤與縱向鋼筋間 20 mm 以內的間距，並不會對圍束效應產 生顯著的影響。 (3) 繫筋彎鉤同時鉤住箍筋及縱向鋼筋上的效果會優於彎鉤僅鉤住縱向鋼筋，但這 種做法會增加施工時的困難度。 (4) 對於柱構材的圍束效果而言，二端均為 180 度彎鉤的繫筋較二端分別為 90 度及 135 度彎鉤的繫筋為佳，但在施工組裝時會較為困難。 (5) 對於柱構材的圍束效果而言，二端均為 180 度彎鉤的繫筋較二端分別為 90 度及 135 度彎鉤的繫筋為佳，但在施工組裝時會較為困難。在所有型式的繫筋中，2 件式 180 度彎鉤的組合繫筋表現最佳，且其具有施工組裝簡便的好處。然而， 其在側向反復載重作用下的效果，仍需更進一步的研究。

第二節 含組合繫筋 RC 方形柱之撓曲行為

組合繫筋為由兩支一端為180 度彎鉤另一端為直線的 J 形鋼筋搭接組合而成； 組合內箍筋為由兩支 U 形鋼筋搭接組合而成。本研究[15]完成 4 支大尺寸鋼筋混凝 土柱試體之反復側向載重試驗，探討組合繫筋及組合內箍筋在圍束核心混凝土及提 供柱韌性的效果，並與使用一端 90 度彎鉤一端 135 度彎鉤之傳統繫筋及兩端皆為 180 度彎鉤之一體繫筋做比較。此外，檢討組合繫筋、組合內箍筋、傳統繫筋的施 工性及其對施工品質的影響，如表2-3 至 2-6 及圖 2-6 至 2-12 所示。綜合本研究之結 果，可以得到結論如下： (1) 使用組合繫筋之柱試體，其層間位移角容量及塑性轉角容量，分別比使用傳統 繫筋者高出18%及 23%，顯示組合繫筋圍束混凝土之效應明顯比傳統繫筋優異。 以組合繫筋取代傳統繫筋，可以顯著提升柱桿件之耐震性能。 (2) 傳統繫筋容易受到施工空間的不足，而產生施工困難的問題，進而影響到施工 品質。採用組合繫筋，可以大幅降低施工空間之需求，不但施工簡便、施工誤 差可降到很低，且彎鉤可以和主筋密接，可有效提升RC 柱之施工品質。

第二章 內政部建築研究所過去相關研究 (3) 使用組合內箍筋之柱試體，其層間位移角容量及塑性轉角容量，分別比使用傳 統繫筋者高出23%及 29%，顯示組合內箍筋圍束混凝土之效應明顯比傳統繫筋優 異。傳統內箍筋之安裝需由主筋頂部往下套，施工性差，國內甚少使用。組合 內箍筋可以由柱兩對邊往內插入進行安裝，可以大幅改善內箍筋之施工性，有 效提升RC 柱鋼筋之施工品質及耐震性能。 (4) 過去的研究結果顯示，僅有外箍筋之角落、內箍筋之角落、繫筋之 135 度彎鉤 及繫筋之 180 度彎鉤，才被認定為有效彎鉤。依此觀之，一個組合繫筋具有兩 個有效彎鉤，而一個傳統箍筋僅有一個有效彎鉤，組合繫筋的有效性是傳統繫 筋的兩倍。而本文的試驗結果也支持有效彎鉤的論點。 (5) 組合繫筋及組合內箍筋採用鋼筋拉力搭接組合而成，在常用的鋼筋強度與混凝 土強度之組合以及混凝土保護層厚度的情況下，當柱寬等於或大於 470 mm，即 可使用 D10(#3)鋼筋做成之組合繫筋及組合內箍筋，而當柱寬等於或大於 570 mm，即可使用 D13(#4)鋼筋做成之組合繫筋及組合內箍筋。

第三節 含圓形閉合箍筋 RC 圓柱之軸壓行為

本研究[16]針對 8 組大尺寸鋼筋混凝土圓形短柱，進行軸壓試驗，探討各種圓 形橫向鋼筋配置的軸壓行為。各組試體主要的參數為橫向鋼筋的型式(螺箍筋及圓 箍筋)、橫向鋼筋的續接型式、端部彎鉤直線延伸長度與相鄰圓箍筋疊接處的交錯 距離。由試驗結果得知，ACI 318M-11 提出的新式圓箍筋，應具有足夠的耐震性 能。此外，本文亦針對設計與施工實務，提出相關的結論及建議，供國內工程界 參考，如表2-7 至 2-9 及圖 2-13 至 2-17 所示，根據試驗的結果，可得以下 7 點結論： (1) ACI 318M-11 提出的新式圓箍筋，亦即端部必須疊接至少 150 mm，同時兩端標 準彎鉤需圍繞縱向鋼筋，應有足夠的耐震性能。 (2) 採用類似矩形箍筋的續接方式，90 度彎鉤直線延伸長度為 12 倍鋼筋直徑，且 圍繞於縱向鋼筋的改良式ACI 螺箍筋比傳統搭接式 ACI 螺箍筋，能提供較大圍 束力。 (3) 圓箍筋端部 90 度彎鉤採用 ACI 規定之肋筋與箍筋標準彎鉤的直線延伸長度(6 倍鋼筋直徑)是恰當的。

(4) 相 鄰 圓 箍 筋 疊 接 處 的 交 錯 距 離 愈 大 ， 可 以 提 供 較 大 圍 束 力 。 因 此 ， ACI 318M-11 要求相鄰圓箍筋疊接處必須沿圓周相互交錯之規定應是合理的。 (5) 圓箍筋採用類似矩形箍筋的續接方式，兩端的 90 度彎鉤直接錨定於核心混凝 土與圍繞於輔助鋼筋的性能相差不大，但明顯比傳統搭接式 ACI 螺箍筋優異並 與改良式ACI 螺箍筋相接近。 (6) 螺箍筋與圓箍筋同時採用類似矩形箍筋的續接方式，90 度彎鉤直線延伸長度為 12 倍鋼筋直徑，且圍繞於縱向鋼筋時，則圓箍筋的性能較為優異。 (7) 本研究針對 ACI 318M-11 新式圓箍筋稍做改良，僅要求 1 支 90 度彎鉤圍繞縱向 鋼筋，而另外 1 支彎鉤則直接錨定於核心混凝土中，主要是基於施工方便性的 考量。但因此種改良型式不符合現行耐震彎鉤之規定，且本研究的試體僅使用 D10 較小號的箍筋，此外，本研究為軸壓試驗並未考量側向反覆力的作用。因 此，雖然本研究中此種改良型式的圓箍筋圍束性能良好，其耐震性能仍需做進 一步的研究驗證。

第四節 含圓形閉合箍筋及繫筋 RC 圓柱軸壓行為

本研究[17]針對 6 組大尺寸鋼筋混凝土圓形短柱，進行軸壓試驗，探討各種圓 形橫向鋼筋配置的軸壓行為。各組試體主要的參數為橫向鋼筋的型式(螺箍筋及圓 箍筋)、橫向鋼筋的續接型式與繫筋形式。由試驗結果得知，圓箍筋與十字型及井 字型繫筋配置，亦可提供適當的耐震性能。此外，本文亦針對設計與施工實務， 提出相關的結論及建議，供國內工程界參考，如表 2-10 至 2-11 及圖 2-18 至 2-19 所示，根據試驗的結果，可得以下3 點結論： (1) 圓箍筋兩端 90 度彎鉤直線延伸長度為 12 倍鋼筋直徑，且圍繞於同一縱向鋼筋 時，則其性能較傳統搭接式圓箍筋優異。 (2) 圓柱的繫筋可以發揮方柱繫筋類似的圍束效應。 (3) 對於十字形的繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積比時，可加入 1 根繫筋的圍束效 應。 (4) 對於井字形的繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積比時，可加入 2 根繫筋的圍束 效應。

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表 2-1 文獻[14]之試體分組表

組別 繫筋鉤住型式 繫筋型式 位置偏移量 (mm) M1 M 1 -- MH1 MH 1 -- M2 M 2 -- M3 M 3 -- M1-10 M 1 10 M1-20 M 1 20

(資料來源：文獻[14])

表 2-2 文獻[14]之試驗結果

組別 試體 Ppeak P 0 peak u Ppeak/P₀ peak _u

 

1 / u u M   M1 M1a 1.14 0.0029 0.019 1.12 0.0030 0.019 1.00 M1b 1.10 0.0030 0.019 MH1 MH1a 1.06 0.0087 0.026 1.08 0.0087 0.024 1.26 MH1b 1.10 0.0087 0.022 M2 M2a 1.06 0.0091 0.026 1.09 0.0069 0.025 1.32 M2b 1.11 0.0046 0.023 M3 M3a 1.13 0.0134 0.035 1.11 0.0133 0.031 1.63 M3b 1.09 0.0132 0.027 M1-10 M1-10a 1.13 0.0053 0.020 1.10 0.0070 0.019 1.00 M1-10b 1.07 0.0087 0.018 M1-20 M1-20a 1.08 0.0071 0.019 1.07 0.0079 0.020 1.05 M1-20b 1.06 0.0087 0.021

(資料來源：文獻[14])

表 2-3 文獻[15]試體繫筋型式及混凝土實測抗壓強度

試體 繫筋與內箍筋型式 混凝土實際抗壓強度 (MPa) C-90/135 90/135 33.5 C-180/180 180/180 32.9 C-LS/180 LS/180 35.5 C-LS/cn LS/cn 38.5

(資料來源：文獻[15])

表 2-4 文獻[15]試體側向強度

試體  peak H (MN)  peak H (MN) peak H (MN) XTRACT H (MN)  (%) C-90/135 1.04 1.05 1.05 0.89 118 C-180/180 1.14 1.14 1.14 0.88 130 C-LS/180 1.07 1.15 1.11 0.90 123 C-LS/cn 1.15 1.17 1.16 0.91 127

(資料來源：文獻[15])

表 2-5 文獻[15]試體側向位移、側向位移角及塑性轉角容量

試體  y  (mm)  y  (mm)  u  (mm)  u  (mm)  u  (%rad.)  u  (%rad.) u  (%rad.) p  (%rad.) C-90/135 15.8 13.8 62.3 65.3 3.9 4.1 4.0 3.1 C-180/180 14.6 20.5 69.6 76.5 4.4 4.8 4.6 3.5 C-LS/180 12.4 17.5 73.5 76.5 4.6 4.8 4.7 3.8 C-LS/cn 13.9 13.3 76.3 78.3 4.8 4.9 4.9 4.0

(資料來源：文獻[15])

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表 2-6 文獻[15]滿足搭接長度之最小柱尺寸

橫向鋼筋 強度 (MPa) 混凝土 強度 (MPa) D10(#3)鋼筋 D13(#4)鋼筋 所需搭接長度 (mm) 所需柱寬 (mm) 所需搭接長度 (mm) 所需柱寬 (mm) 280 28~70 390 470 390 470 420 28 390 470 483 570 35 390 470 432 520 42 390 470 394 480 49~70 390 470 390 470

(資料來源：文獻[15])

表 2-7 文獻[16]圓形橫向鋼筋的相關設計觀念

ACI 318M-11 章節 橫向鋼筋的 型式 橫向鋼筋的 續接型式 搭接或疊接 長度 端部90 度彎 鉤直線延伸 長度 相鄰圓箍筋疊 接處是否交錯 7.10.4.5 螺箍筋 搭接 以下較大者 (1) 300 mm (2) 48 d_b - - 7.10.5.4 圓箍筋 疊接  150 mm 以下較大者 (1) 6 d_b (2) 75 mm 是 12.5 圓箍筋 疊接 受拉鋼筋標 準彎鉤伸展 長度 b d 12 - 7.10.5.3 矩形箍筋 - - 以下較大者 (1) 6 d_b (2) 75 mm -

(資料來源：文獻[16])

表 2-8 文獻[16]試體分組表

組別 橫向鋼筋的 型式 橫向鋼筋的續 接型式 搭接或疊 接長度 端部90 度 彎鉤直線延 伸長度 相鄰圓箍筋 疊接處的交 錯距離 S-S1 S S1 500 mm - - S-S4 S S4 - 120 mm - CT-S2 CT S2 - 120 mm 160 mm CT-S3 CT S3 - 120 mm - CT-S4 CT S4 - 120 mm 160 mm CT-S5-6db CT S5 150 mm 60 mm 160 mm CT-S5 CT S5 150 mm 120 mm 160 mm CT-S5-2L CT S5 150 mm 120 mm 320 mm

(資料來源：文獻[16])

表 2-9 文獻[16]試驗結果

組別 試體 Ppeak P 0 peak u  0 / peak P P peak u u /

 

u SS1 S-S1 S-S1a 1.07 0.0027 0.028 _{1.07 0.0056 0.027 1.00} S-S1b 1.07 0.0084 0.026 S-S4 S-S4a 1.17 0.0021 0.033 1.15 0.0049 0.038 1.41 S-S4b 1.12 0.0077 0.043 CT-S2 CT-S2a 1.14 0.0080 0.034 1.12 0.0092 0.037 1.37 CT-S2b 1.10 0.0103 0.040 CT-S3 CT-S3a 1.06 0.0083 0.028 1.07 0.0053 0.035 1.30 CT-S3b 1.07 0.0022 0.041 CT-S4 CT-S4a 1.06 0.0037 0.043 1.08 0.0113 0.044 1.63 CT-S4b 1.10 0.0189 0.044 CT-S5-6db CT-S5-6dba 1.05 0.0155 0.038 _{1.05 0.0156 0.040 1.48} CT-S5-6dbb 1.04 0.0157 0.042 CT-S5 CT-S5a 1.10 0.0095 0.042 1.12 0.0072 0.039 1.44 CT-S5b 1.14 0.0048 0.036 CT-S5-2L CT-S5-2La 1.13 0.0154 0.040 1.15 0.0164 0.045 1.67 CT-S5-2Lb 1.17 0.0174 0.049

(資料來源：文獻[16])

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表 2-10 文獻[17]試體分組表

組別 橫向鋼筋的 型式 橫向鋼筋的續 接型式 搭接或疊 接長度 繫筋的型式 S-S1 S S1 500 mm - S-S2 S S2 150 mm - CT-S1 CT S1 500 mm - CT-S2 CT S2 150 mm - CT-S3-C CT S3 170 mm Single cross CT-S3-DC CT S3 150 mm Double cross

(資料來源：文獻[17])

表 2-11 文獻[17]試驗結果

組別 試體 Ppeak P 0 peak u  _{Ppeak/P0 peak u} _u /

 

_{u SS1} S-S1 S-S1a 1.07 0.0027 0.028 1.07 0.0056 0.027 1.00 S-S1b 1.07 0.0084 0.026 S-S2 S-S2a 1.17 0.0021 0.033 1.15 0.0049 0.038 1.41 S-S2b 1.12 0.0077 0.043 CT-S1 CT-S1a 1.12 0.0070 0.026 1.13 0.0080 0.026 0.96 CT-S1b 1.14 0.0090 0.025 CT-S2 CT-S2a 1.16 0.0078 0.030 1.12 0.0083 0.037 1.37 CT-S2b 1.08 0.0087 0.043 CT-S3-C CT-S3-Ca 1.09 0.0126 0.043 1.10 0.0123 0.045 1.67 CT-S3-Cb 1.10 0.0119 0.047 CT-S3-DC CT-S3-DCa 1.06 0.0022 0.030 _{1.05 0.0057 0.031 1.15} CT-S3-DCb 1.04 0.0092 0.031

(資料來源：文獻[17])

(b) Section A-A

750

75

0

One hoop plus 4 crossties (D13) spacing = 100 mm Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (D25) 24 Longitudinal reinforcement (D25) 2 standard D13 crossties 8 U-shaped D13 ties 750 75 0 (c) Section B-B 750 Unit： mm A A 75 0 22 50 Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) 75 0 750 Top Segment Bottom Segment Test Segment (a) Elevation 75 75 21 @ 10 0 mm B B (b) Section A-A 750 75 0

One hoop plus 4 crossties (D13) spacing = 100 mm

Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (D25)

One hoop plus 4 crossties (D13) spacing = 100 mm Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (D25) 24 Longitudinal reinforcement (D25) 24 Longitudinal reinforcement (D25) 2 standard D13 crossties 2 standard D13 crossties 8 U-shaped D13 ties 8 U-shaped D13 ties 750 75 0 (c) Section B-B 750 Unit： mm A A 75 0 22 50 Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15)Steel plate (750×750×15) 75 0 750 Top Segment Bottom Segment Test Segment (a) Elevation 75 75 21 @ 10 0 mm B B  

圖 2-1 文獻[14]試體立面及斷面圖

(資料來源：文獻[14])

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80 mm

80 m

m

135-deg hook 90-deg hook

80 mm 80 mm 180-deg hook 180-deg hook 80 mm 180-deg hook 80 mm 180-deg hook

Straight end rests on hoop

(a) Type 1 (b) Type 2 (c) Type 3 D13 steel bar D13 steel bar D13 steel bar 80 mm 80 m m

135-deg hook 90-deg hook

80 mm 80 mm 180-deg hook 180-deg hook 80 mm 180-deg hook 80 mm 180-deg hook

Straight end rests on hoop

(a) Type 1 (b) Type 2 (c) Type 3 D13 steel bar D13 steel bar D13 steel bar  

圖 2-2 文獻[14]繫筋型式

(資料來源：文獻[14])

圖 2-3 文獻[14]M1-10a 試體承受軸向載重時之情形

(資料來源：文獻[14])

M1-10a

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

圖 2-4 文獻[14]MH1a 試體移除塑膠布所顯示破壞情形

(資料來源：文獻[14])

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0

0 0.01Axial Strain (mm/mm)0.02 0.03 0.04 0.05 0.01Axial Strain (mm/mm)0.02 0.03 0.04 0.05

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 M1a M1b MH1a MH1b M2a M2b M3a M3b M1-10a M1-10b M1-20a M1-20b (a) (b) (c) (d) (e) (f) Axial Load-Deformation Curves

圖 2-5 文獻[14]所有試體載重及軸向變形關係曲線

(資料來源：文獻[14])

第二章 內政部建築研究所過去相關研究 搭接長度 外箍筋 外箍筋 組 合內箍 筋 縱向主筋 直線端架在外箍筋上 U形鋼筋 直線端架在外箍筋上 柱寬

圖 2-6 文獻[15]組合內箍筋組成示意圖

(資料來源：文獻[15])

80 m

m

直線端架在外箍筋上

80 mm

80 mm

80 mm

80 mm

中央主筋

中央主筋

` (a) 傳統繫筋(90/135) (b) 180 度彎鉤一體繫筋(180/180) (c)組合繫筋(LS/180) (d)組合內箍筋(LS/cn)

圖 2-7 文獻[15]試體所使用之繫筋或內箍筋型式

(資料來源：文獻[15])

第二章 內政部建築研究所過去相關研究 基礎 D13橫向鋼筋@100 2200 90 0 19 76 A A 50 600 L = 160 0

Top Steel Plate

Bottom Steel Plate

_ ₊ H , δ 柱 100 500 1000 500 100 15 0 500 15 0 2200 800 W N E S Φ70螺桿孔 (a)立面圖 (b) Section A-A

圖 2-8 文獻[15]試體尺寸及鋼筋配置示意圖(單位：mm)

(資料來源：文獻[15])

(a) 示意圖 (b) 試驗安裝完成的情況

圖 2-9 文獻[15]試驗裝置

(資料來源：文獻[15])

反力牆 6-MN油壓致動器 柱試體 強力樓板 基礎 反力架 反力架鉸接端 基座 2-MN油壓致動器

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

-6

-4

-2

0

2

4

6



(%ra

d)

5

10

15

20

25

30

35

40

Number of Cycles

1% 2% 3% 4% 5% 0.5% 1.5%

圖 2-10 文獻[15]側向位移加載歷程圖

(資料來源：文獻[15])

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

(mm)

-1200 -800 -400 0 400 800 1200

H

(kN)

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

(mm)

-800 -400 0 400 800 1200

H

(k

N

)

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Drift Ratio (%)

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

Drift Ratio (%)

-120 -80 -40 0 40 80 120

H

(T

on

)

-80 -40 0 40 80 120

H

(T

on

)

(a) C-90/135 (c) C-LS/180 (b) C-180/180 (d) C-LS/cn

圖 2-11 文獻[15]所有試體之側向載重與位移遲滯迴圈

(資料來源：文獻[15])

第二章 內政部建築研究所過去相關研究 -120 -80 -40 0 40 80 120

Late

ral Lo

ad

(T

on)

-6 -5 -4 -3

Drift Ratio (%)

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 -1200 -800 -400 0 400 800 1200

La

te

ra

l L

oad

(

kN

)

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Lateral Displacement (mm)

C-90/135 C-180/180 C-LS/180 C-LS/cn

圖 2-12 文獻[15]所有試體側向載重與位移包絡線

(資料來源：文獻[15])

850 Unit： mm A A 35 35 850 850 850 2580

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter)

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) Top segment Test segment Bottom segment 14 @ 60 m m 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 850 Unit： mm A A 35 35 850 850 850 850 850 850 2580

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) A572 Grade 50 steel plate

(850 mm Diameter)

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) Top segment Test segment Bottom segment 14 @ 60 m m 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 14 @ 60 m m 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 850 Unit： mm A A 35 35 850 850 850 2580

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter)

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) Top segment Test segment Bottom segment 14 @ 60 mm 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 850 Unit： mm A A 35 35 850 850 850 850 850 850 2580

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) A572 Grade 50 steel plate

(850 mm Diameter)

A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) A572 Grade 50 steel plate (850 mm Diameter) Top segment Test segment Bottom segment 14 @ 60 mm 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 14 @ 60 mm 10 @ 80 mm 14 @ 60 mm 850 50

Note：Spiral or circular tie 2-No.10 @ 60 mm for top and bottom segments

Concrete cover = 50 mm

24 Longitudinal reinforcement (No.25)

Spiral or circular tie 2-No.10 @ 80 mm 850

50

Note：Spiral or circular tie 2-No.10 @ 60 mm for top and bottom segments

Concrete cover = 50 mm

24 Longitudinal reinforcement (No.25)

Spiral or circular tie 2-No.10 @ 80 mm

圖 2-13 文獻[16]試體立面及斷面圖

(資料來源：文獻[16])

(a) Spiral elevation (b) Circular tie elevation

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

500 mm

12

0 m

m

(a) Type S1 (b) Type S2

auxiliary longitudinal rebar main longitudinal rebar (c) Type S3 (d) Type S4

120

m

m

(e) Type S5

圖 2-14 文獻[16]橫向鋼筋續接圖

(資料來源：文獻[16])

圖 2-15 文獻[16]CT-S5-2Lb 試體承受軸向載重時之情形

(資料來源：文獻[16])

CT-S5-2Lb

第二章 內政部建築研究所過去相關研究

圖 2-16 文獻[16]CT-S2a 試體移除塑膠布所顯示破壞情形

(資料來源：文獻[16])

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Axial Strain (mm/mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06Axial Strain (mm/mm) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06Axial Strain (mm/mm)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/P 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 S-S1a S-S1b S-S4a S-S4b CT-S2a CT-S2b CT-S3a CT-S3b CT-S4a CT-S4b CT-S5-6d_ba CT-S5-6dbb CT-S5a CT-S5b CT-S5-2La CT-S5-2Lb (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

Axial Load-Deformation Curves

圖 2-17 文獻[16]所有試體載重及軸向變形關係曲線

(資料來源：文獻[16])

第二章 內政部建築研究所過去相關研究 yt bf A yt cr f A c d yt cr f A yt bf A c yt cr yt b l sd f A f A f  2 2 yt b yt cr yt b tie circular s equivalent s f A f A f A 2 ) 2 2 ( ) ( ) (







  yt bf A yt cr f A c d yt cr f A yt bf A c yt cr yt b l sd f A f A f  2 2 yt b yt cr yt b tie circular s equivalent s f A f A f A 2 ) 2 2 ( ) ( ) (







  yt bf A yt bf A yt crf A c yt cr yt b l sd f A f A f 2  c d yt b yt cr yt b tie circular s equivalent s f A f A f A 2 ) 2 ( ) ( ) (     yt b f A yt bf A yt crf A c yt cr yt b l sd f A f A f 2  c d yt b yt cr yt b tie circular s equivalent s f A f A f A 2 ) 2 ( ) ( ) (    

(a) Single cross crosstie type

(b) Double cross crosstie type Figure 3 Types of crosstie

圖 2-18 文獻[17]繫筋形式

(資料來源：文獻[17])

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P0

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06Axial Strain (mm/mm) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06Axial Strain (mm/mm)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 S-S1a S-S1b S-S2a S-S2b CT-S1a CT-S1b CT-S2a CT-S2b CT-S3-Ca CT-S3-Cb CT-S3-DCa CT-S3-DCb (a) (b) (c) (d) (e) (f) Axial Load-Deformation Curves

圖 2-19 文獻[17]所有試體載重及軸向變形關係曲線

(資料來源：文獻[17])

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

由第二章的討論，組合繫筋有明顯的發展潛力，且組合繫筋的安裝由柱之對邊 往柱內插入，主筋淨間距只要滿足設計規範的要求，即有足夠的空間來安裝組合繫 筋，施工相當方便。安裝時每一J 形鋼筋之 180 度彎鉤都可以和主筋密接，J 形鋼 筋直線端架在外箍筋上，不但方便J 形鋼筋之固定，並可避免混凝土澆置時 J 形鋼 筋移位。使用組合繫筋一方面可以增進韌性，另一方面施工簡便且施工品質容易控 制，可以大幅提升鋼筋施工品質。同時，最新ACI 318M-14 規範[4]，以有效圍束彎 鉤個數來決定橫向鋼筋量，有效圍束彎鉤個數越多，所需橫向鋼筋量就越小，而 僅有外箍筋之角落、內箍筋之角落、繫筋之135 度彎鉤及繫筋之 180 度彎鉤，才被 認定為有效彎鉤。依此定義，一支傳統繫筋僅具有 1 個有效彎鉤，而一支兩端為 180 彎鉤的組合繫筋則具有 2 個有效彎鉤，其有效性為傳統繫筋的兩倍，但尚需要 有進一步的研究成果，以印證其應用於圓柱之可行性及有效性，以下將就本研究之 試體規劃及設計事項詳加說明。

第一節 試體之規劃

本研究共規劃 R、S33、S17 及 D33 等 4 個系列，箍筋、繫筋總圍束力維持固 定，各組試體主要的參數為繫筋形式、繫筋圍束力比與側向載重的方向，預定施加 軸力比為30%。R 系列試體採用雙層高強度(SD 420W)圓形閉合箍筋，不配置繫筋， 做為本研究撓曲行為比較的基準。R 系列設計 2 個試體(R1 及 R2)，為符合現行規 範規定之試體。 S33 系列試體採用雙層低強度(SD 280W)圓形閉合箍筋，另配置十字形低強度 (SD 280W)雙層繫筋，繫筋圍束力比為 33%，依據其不同的側向載重方向，共設計 2 個試體(S33-d00 及 S33-d45)，側向載重方向分別為 0%及 45%。 S17 系列試體亦採用雙層圓形閉合箍筋(含低強度(SD 280W)及高強度(SD 420W)各 1 層)，另配置十字形低強度(SD 280W)單層繫筋，繫筋圍束力比為 17%， 依據其不同的側向載重方向，共設計2 個試體(S17-d00 及 S17-d45)，側向載重方向 分別為0%及 45%。 至於D33 系列試體則採用雙層低強度(SD 280W)圓形閉合箍筋，另配置井字形

低強度(SD 280W)單層繫筋，繫筋圍束力比為 33%，依據其不同的側向載重方向， 共設計2 個試體(D33-d00 及 D33-d45)，側向載重方向分別為 0%及 45%。本研究之 試體規劃，整理於表3-1。

第二節 試體之細部設計與製作

本研究選定之試體直徑為 700 mm，基座厚度為 900 mm，因模擬之剪力構架 樓層高為3200 mm，由固接端至反曲點(彎矩為零)的高度為 1600 mm，因此水平力 施力中心之高程為 2500 mm，此外，為配合大型試驗構架反力梁位置之限制，因 此試體之設計總高度為2876 mm，以下為試體設計之詳細資料：

(1)材料強度： f_c 28 MPa (4,000 psi)；主筋：f_y  420 MPa；箍筋及繫筋：f_yt  420 MPa 及 280 MPa (SD 420W 及 SD 280W)。 (2)柱試體之直徑為 700 mm；混凝土之保護層厚度= 40 mm；總高度為 2876 mm。 (3)主筋設計： 採用_st 0.02；因此所需之主筋面積為A_st 0.020.25700700 7697 mm2。考慮24 根主筋排列方式；主筋採用#7(D22)，A_st 24387.1 9290 mm2  7697 mm2。 (4)檢核柱之軸力比(最大預定軸力比採用 30%)：       _{0.3 28 0.25  (700 700)/10}6 P 3.23 MN < 6 MN (軸壓致動器最大能量) (OK) (5)測試段橫向鋼筋之設計： 本研究測試段之長度取700 mm。 本研究測試段之箍筋之標準配置，採用#3(D10，SD420W)–R 系列試體每一斷 面配置2 個箍筋，其最小垂直間距為 75 mm，因此採用垂直間距s80 mm。 計算所需的圓形閉合箍筋之體積比_s： yt c ch g s f f A A         0.45 1 

第三章 實驗試體之規劃設計與製作 yt c s f f   120.  其中     0.25  700 700 g A 384845 mm2     0.25  620 620 ch A 301907 mm2        _  420 28 1 301907 384845 45 . 0 s  0.0082   420 28 12 . 0 s  0.008 因此所需之橫向鋼筋體積比為0.0082。 可提供之橫向鋼筋體積比(2-D10 SD420W)為：      80 301907 2 620 33 . 71  0.0115  0.0082 (OK) 而本研究所配置的橫向鋼筋量與ACI 所需橫向鋼筋量的比值為 1.4。 此外箍筋90 度彎鉤之直線延伸段為6d_b 69.5357.2 mm，採用 60 mm。繫 筋180 度彎鉤之直線延伸段採用 80 mm。 (6)非測試段橫向鋼筋之設計： 本研究非測試段之箍筋之標準配置，採用#3(D10，SD420W)–每一斷面配置 2 個箍筋，採用垂直間距s80 mm。 (7) 基礎之彎矩與剪力強度之檢核 彎矩強度(僅考慮主筋部分)： 1.48 1.5 62 871 . 3 7 82 067 . 5 6 _{ }      Column Foundation (OK) 剪力強度： 61 1000 / 86 80 280 53 . 0 53 . 0       f b d V_{c c w} tf 366 1000 15 86 4200 067 . 5 3 _       s d f A V v yt s tf 320 ) 366 61 ( 75 . 0    n V  tf > 300 tf (OK) 本研究試體之細部參見圖3-1 至圖 3-10，試體製作過程參見圖 3-11 至圖 3-20。

表 3-1 圓形柱試體彙整表

柱編號 外箍筋 繫筋 總圍束_力(tf) 繫筋圍束_力比(%) 配筋 圍束力 _（tf） 配筋 圍束力 _（tf） R1 2-#3H 11.92 ─ ─ 11.92 ─ R2 2-#3H 11.92 ─ ─ 11.92 ─ S33-d00 2-#3L 7.96 2-#3L 3.98 11.94 33 S33-d45 2-#3L 7.96 2-#3L 3.98 11.94 33 S17-d00 1-#3H _1-#3L 9.94 1-#3L 1.99 11.93 17 S17-d45 1-#3H _1-#3L 9.94 1-#3L 1.99 11.93 17 D33-d00 2-#3L 7.96 1-#3L 3.98 11.94 33 D33-d45 2-#3L 7.96 1-#3L 3.98 11.94 33 註1：試體之立面及剖面圖，參見圖 3-1；試體柱斷面圖，參見圖 3-2 至圖 3-8；軸 力轉接座細部，詳見圖3-9。 註2：混凝土強度：28 MPa；柱主筋、基座及側力作用座鋼筋降伏強度：420 MPa (SD 420W)；柱箍筋、繫筋降伏強度：420 MPa (SD 420W)以“H＂表示或 280 MPa (SD 280W)以“L＂表示；箍筋彎鉤直線延伸長度為 60 mm，繫筋彎 鉤直線延伸長度為 80 mm；繫筋配置：R：無繫筋，S：十字形組合繫筋配 置，D：井字形組合繫筋配置。 註3：柱試體斷面之保護層厚度為 40 mm；縱向鋼筋為 24 支#7(SD 420W)主筋。 註4：柱試體上、下端板皆採用 A572 Gr. 50 鋼材。 註5：基座斷面 D25 主筋兩端皆銲接端部錨定鋼板 A572 Gr. 50(75*75*15 mm)。 註6：軸力轉接座採用 A572 Gr. 50 鋼材，銲接採用填角銲。 註 7：側力作用座之縱向鋼筋應以適當之設計及施工方式與上端板銲接固定，且縱 向鋼筋的下端應錨定於圓柱核心混凝土內。

(資料來源：本研究)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作 Section B-B 100 500 1000 500 100 50 3@120 150 640 120 150 3@120 50 120 100 100 Section C-C D D Rebar D25 SD420W Bottom plate 700 15 A A C C Unit：mm Section D-D B B Section A-A  Rebar D25 800 700 90 0 Hole diameter = 300 mm Steel plate (950 950 15) 950 95 0 Closed D13 SD420W@80 24-D25 SD420W 15 0 50 0 15 0 197 6 90 0 160 0 37 6 2200 950 78 6 11 90 950 95 0 Steel Pipe  PL75*75*15 40 SD420W Steel Pipe  Inner tie 2-D13(SD420W)＠80mm

圖 3-1 圓形柱試體之立面及剖面圖

60

700 185

載重方向

Unit : mm

Circular hoop 2-#3(SD420W)

＠

80mm

R1~R2

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

圖 3-2 試體 R1 及 R2 斷面圖

60 700 185

載重方向

Unit : mm

Circular hoop 2-#3(SD280W)

＠

80mm

S33-d00

Inner tie 2-#3(SD280W)

＠

80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作 60 700 185

載重方向

Unit : mm

S33-d45

Circular hoop 2-#3(SD280W)

＠

80mm

Inner tie 2-#3(SD280W)

＠

80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

圖 3-4 試體 S33-d45 斷面圖

60 700 185

載重方向

Unit : mm

Circular hoop

S17-d00

Inner tie 1-#3(SD280W)

＠

80mm

﹛

1-#3(SD280W)

＠

80mm

1-#3(SD420W)

＠

80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

圖 3-5 試體 S17-d00 斷面圖

60 700 185

載重方向

Unit : mm

S17-d45

Inner tie 1-#3(SD280W)

＠

80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

Circular hoop

﹛

1-#3(SD280W)

＠

80mm

1-#3(SD420W)

＠

80mm

圖 3-6 試體 S17-d45 斷面圖

60 700 185

載重方向

Unit : mm

Circular hoop 2-#3(SD280W)

＠

80mm

D33-d00

Inner tie 1-#3(SD280W)

＠

80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

60

700 185

載重方向

Unit : mm Circular hoop 2-#3(SD280W)＠80mm

D33-d45

Inner tie 1-#3(SD280W)＠80mm

Longitudal rebar 24-#7(SD420W)

軸力轉接座上視圖 1138 144 365 120 365 144 19 19 144 365 120 365 144 19 19 軸力轉接座下視圖 1138 60 10 18 60 60 1018 60 19 19 19 19 21 0 22 12 0 200 450 200 850 494 494 988 軸力轉接座側視圖 850 1138 144 365 120 365 144 內車牙預留孔，計孔 45 21 0 70 50 附組F10T 螺栓(L=100mm) 內車牙預留孔 內車牙預留孔

圖 3-9 臨時軸力轉接座細部圖(單位：mm)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

圖 3-11 試體鋼筋組立圖(基礎)

(資料來源：本研究)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

圖 3-13 試體模板組立圖(基礎)

(資料來源：本研究)

圖 3-14 RC 試體混凝土澆置(基礎)

(資料來源：本研究)

圖 3-15 試體混凝土澆置後拆模圖(基礎)

(資料來源：本研究)

圖 3-16 試體應變規施工

(資料來源：本研究)

第三章 實驗試體之規劃設計與製作

圖 3-17 試體模板組立圖(柱)

(資料來源：本研究)

圖 3-18 RC 試體混凝土澆置(柱)

(資料來源：本研究)

圖 3-19 RC 試體混凝土澆置後拆模圖

(資料來源：本研究)

圖 3-20 RC 試體上漆及劃線

(資料來源：本研究)

第四章 RC 圓柱試體撓曲試驗結果分析

第四章 RC 圓柱試體撓曲試驗結果分析

本研究共製作8 座圓形柱試體，並配合本所之大型試驗構架及 600 噸與 200 噸 油壓致動器(參見圖 4-1)，進行撓曲試驗，探討大尺寸 RC 圓柱在不同繫筋配置方式 下之撓曲行為，提供國內工程實務界參考。本研究共規劃R、S33、S17 及 D33 等 4 個系列，R 系列試體採用雙層高強度圓形閉合箍筋，不配置繫筋。S33 系列試體採 用雙層低強度圓形閉合箍筋，另配置十字形低強度雙層繫筋。S17 系列試體亦採用 雙層圓形閉合箍筋(含低強度及高強度各 1 層)，另配置十字形低強度單層繫筋。至 於D33 系列試體則採用雙層低強度圓形閉合箍筋，另配置井字形低強度單層繫筋。 鋼筋試樣於9 月 21 日進行試驗，結果參見表 4-1。混凝土 28 天抗壓強度試驗結果 參見表4-2。

第一節 圓柱試體撓曲試驗結果

本研究撓曲試驗中所施加的軸力為標稱軸力強度30%，其中標稱軸力強度P ，₀ 以P₀  f_cA_g計算之，f  為混凝土 28 天標稱強度；_c A 為柱斷面積。計算而得之_g P 為₀ 10.78 MN，因此施加的軸力為 3.23 MN。 此外，撓曲試驗中所採用的側向位移歷時圖，如圖4-2 所示。本研究之試驗流 程為首先針對柱試體施加軸力(試驗過程中軸力維持不變)，再以位移控制模式 (Displacement Control Mode)進行側向位移歷時，其中側向位移速率為 1 mm/sec，另

設定本試驗停止的條件為當側向載重大約衰減至最大載重之75%時，即停止試驗。 藉由圖4-3，對於 R1 及 R2 試體細部破壞圖的觀察得知，R 系列試體的破壞現 象主要是由於主筋挫曲致使圓箍筋 90 度彎鉤脫離核心混凝土。R 系列試體側向載 重及位移關係圖及包絡圖，如圖4-4 及圖 4-5 所示。 S 系列試體(S33 及 S17)細部破壞圖，參見圖 4-6，S 系列試體的破壞，亦是由 於主筋挫曲致使圓箍筋 90 度彎鉤脫離核心混凝土，此外，組合繫筋直線段被混凝 土穩固地包覆住，並未發生滑移的現象。S 系列試體側向載重及位移關係圖及包絡 圖，如圖4-7 及圖 4-8 所示。 另D 系列試體(D33)細部破壞圖，參見圖 4-9，D 系列試體的破壞，亦是由於主 筋挫曲致使圓箍筋 90 度彎鉤脫離核心混凝土，組合繫筋直線段亦被混凝土穩固地