耐震鋼梁新型防挫屈裝置之實驗研究
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(3) ＰＧ９９０６－０００６. ０９９３０１０７００００Ｇ２０３５. 在不同軸力下填充混凝土箱型鋼柱 之撓曲行為研究(1/2). 研究人員： 陶其駿、蔡煒銘. 內政部建築研究所自行研究報告 中華民國 99 年 12 月.
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(5) 目 次. 目. 次. 表次 ............................................................................................................ III 圖次 .............................................................................................................. V 摘要 .............................................................................................................IX 第一章. 第二章. 第三章. 第四章. 緒論............................................................................................... 1 第一節. 研究緣起與背景........................................................... 1. 第二節. 文獻回顧....................................................................... 3. 第三節. 研究方法與進度說明 .................................................. 4. 第四節. 研究目的....................................................................... 5. 試驗計劃....................................................................................... 9 第一節. 試體設計....................................................................... 9. 第二節. 試體製作..................................................................... 10. 第三節. 材料試驗..................................................................... 10. 第四節. 試驗裝置及架設流程 ................................................ 11. 第五節. 量測系統與載重歷程 ................................................ 11. 試驗結果與討論......................................................................... 25 第一節. 試驗觀察..................................................................... 25. 第二節. 不同軸壓載重作用之影響 ........................................ 27. 第三節. 主軸與非主軸彎曲之影響 ........................................ 29. 第四節. 尺寸效應之影響......................................................... 30. 結論與建議................................................................................. 57 第一節. 結論............................................................................. 57. 第二節. 建議............................................................................. 58. 附錄 A 期初審查之會議紀錄................................................................. 59 附錄 B 期中審查之會議紀錄 ................................................................. 63. I.
(6) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 附錄 C 期末審查之會議紀錄................................................................. 67 參考書目 ..................................................................................................... 73. II.
(7) 表 次. 表. 次. 表 1.1 預定之研究進度............................................................................. 6 表 2.1 實驗試體規劃............................................................................... 13 表 2.2 試體鋼板拉力試片平均試驗強度............................................... 13 表 2.3 混凝土圓柱試體平均抗壓強度................................................... 13 表 3.1 試體試驗行為觀察記錄............................................................... 32 表 3.2 強度變化試驗結果....................................................................... 33 表 3.3 轉角試驗結果............................................................................... 33 表 3.4. R32-00 遲滯迴圈消能能力計算結果 ........................................ 34. 表 3.5. R32-20 遲滯迴圈消能能力計算結果 ........................................ 35. 表 3.6. R32-35 遲滯迴圈消能能力計算結果 ........................................ 36. 表 3.7. R32-45 遲滯迴圈消能能力計算結果 ........................................ 37. 表 3.8. R32-20-45 遲滯迴圈消能能力計算結果 ................................... 38. 表 3.9. R32A-20 遲滯迴圈消能能力計算結果 ..................................... 39. III.
(8) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). IV.
(9) 圖 次. 圖. 次. 圖 1.1. 填充混凝土箱型鋼柱(CFBC)之斷面形式 ................................. 7. 圖 1.2. 研究流程圖................................................................................... 7. 圖 2.1. 試體斷面圖................................................................................. 14. 圖 2.2. 試體立體圖................................................................................. 14. 圖 2.3. R32A 試體設計圖 ..................................................................... 15. 圖 2.4. R32A 剖面細部圖 ..................................................................... 16. 圖 2.5. R32 系列試體設計圖................................................................ 17. 圖 2.6. R32 系列剖面細部圖................................................................ 18. 圖 2.7. R32-20-45 試體立體圖 ............................................................. 19. 圖 2.8. 試體製作完成............................................................................. 19. 圖 2.9. 超音波(UT)非破壞性銲道檢測 ................................................ 20. 圖 2.10. 完成填充混凝土箱型鋼柱試體............................................... 20. 圖 2.11. 試驗裝置示意圖 ....................................................................... 21. 圖 2.12. 試體實際架設完成圖............................................................... 21. 圖 2.13. 量測儀器配置示意圖............................................................... 22. 圖 2.14. 試體應變片貼設位置............................................................... 22. 圖 2.15. 反覆載重位移歷時圖............................................................... 23. 圖 3.1. R32-00 試體在側位移角 3%時產生局部挫屈 ....................... 40. 圖 3.2. R32-00 試體在側位移角 7%時西北、東南及東北角落產生橫 向裂縫......................................................................................... 40. 圖 3.3. R32-20 試體在側位移角 3%時產生局部挫屈 ....................... 41. 圖 3.4. R32-20 試體在側位移角 7%時西南角落產生縱向裂縫 ....... 41. 圖 3.5. R32-20 試體在側位移角 7%時東北角落產生橫向裂縫 ....... 41. 圖 3.6. R32-35 試體在側位移角 3%時產生局部挫屈 ....................... 42. 圖 3.7. R32-35 試體在側位移角 5%時已嚴重局部挫屈 ................... 42 V.
(10) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 3.8. R32-45 試體在側位移角 2%時產生局部挫屈 ....................... 43. 圖 3.9. R32-45 試體在側位移角 4%時已嚴重局部挫屈 ................... 43. 圖 3.10. R32-20-45 試體在側位移角 4%時產生局部挫屈寸............ 44. 圖 3.11. R32-20-45 試體在側位移角 6%時西南與東北角落產生橫向 裂縫........................................................................................... 44. 圖 3.12. R32A-20 試體在側位移角 3%時產生局部挫屈 .................. 45. 圖 3.13. R32A-20 試體在側位移角 7%時東南、西南與西北角落皆產 生縱向裂縫 ............................................................................... 45. 圖 3.14. R32-00 試體遲滯迴圈 ............................................................ 46. 圖 3.15. R32-20 試體遲滯迴圈 ............................................................ 46. 圖 3.16. R32-35 試體遲滯迴圈 ............................................................ 47. 圖 3.17. R32-45 試體遲滯迴圈 ............................................................ 47. 圖 3.18. R32-20-45 試體遲滯迴圈 ....................................................... 48. 圖 3.19. R32A-20 試體遲滯迴圈.......................................................... 48. 圖 3.20. R32-00 試體遲滯迴圈包絡線 ................................................ 49. 圖 3.21. R32-20 試體遲滯迴圈包絡線 ................................................ 49. 圖 3.22. R32-35 試體遲滯迴圈包絡線 ................................................ 50. 圖 3.23. R32-45 試體遲滯迴圈包絡線 ................................................ 50. 圖 3.24. R32-20-45 試體遲滯迴圈包絡線 ........................................... 51. 圖 3.25. R32A-20 試體遲滯迴圈包絡線.............................................. 51. 圖 3.26. R32 系列試體之軸力-彎矩互制曲線圖 ................................ 52. 圖 3.27. R32 與不同軸力試體之軸力-彎矩互制曲線圖 .................... 52. 圖 3.28. 塑性轉角之定義....................................................................... 53. 圖 3.29. R32-20-45 試體之軸力-彎矩互制曲線圖.............................. 53. 圖 3.30. 試驗值標示於 R32-20-45 試體之軸力-彎矩互制曲線圖 .... 54. 圖 3.31. R32A-20 試體之軸力-彎矩互制曲線圖 ................................ 54. VI.
(11) 圖 次. 圖 3.32. 試驗值標示於 R32A-20 試體之軸力-彎矩互制曲線圖....... 55. 圖 3.33. 消能能量計算之定義............................................................... 55. VII.
(12) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). VIII. VI.
(13) 摘 要. 摘. 要. 關鍵詞：填充混凝土銲接箱型鋼柱、鋼骨鋼筋混凝土、合成柱 一、研究緣起 國內現行 SRC 構造設計規範對填充混凝土箱型鋼柱之設計規定，主要參考 美、日等國有關鋼管混凝土 (Concrete-Filled Tube，簡稱為 CFT)柱之試驗成果，並 且 CFT 柱之斷面形式大都採用無縫鋼管或由兩個槽鋼銲接而成。但是，國內較常 採用由四片鋼板銲接組合而成之箱型鋼柱(CFBC)， 甚少使用無縫鋼管，兩者間之 結構行為亦應有所差異，故需進行填充混凝土箱型鋼柱之實體試驗，藉以瞭解其 破壞模式之差異性，以及驗證其耐震性能之有效性。. 二、研究方法及過程 在研究方法上的工作，包括國內外文獻資料蒐集與整理、試體設計與製作、 柱撓曲行為試驗、材料機械性質試驗、實驗數據整理與分析模型之建立及報告撰 寫等步驟。針對實驗成果將對以下問題做進一步的探討及暸解： 1. 探討不同軸壓載重作用之影響。 2. 探討主軸與非主軸彎曲之影響。 3. 尺寸效應之影響。. 三、重要發現 依據本研究實驗結果顯示，相關重要發現說明如下： 1. 當柱鋼骨斷面寬厚比(b/t)為 32，並且軸壓載重比(P/P no )為 20 至 45%間，試體 M exp /M之比值，大約隨著試體軸壓載重之增加而減小，但是差異不是很大。 2. 試驗結果顯示柱斷面鋼骨肢材寬厚比為 32 時，試體軸壓載重愈大者，所對應 之塑性轉角容量 p 愈小，具有的變形能力愈差；當試體軸壓載重比(P/P no )大於 35%時，其塑性轉角容量 p 甚至可能低於 3% rad，須特別留意。 3. 試體軸壓載重愈大，所對應之撓曲韌性比 μ 愈小，顯示試體軸壓載重對塑性變 形能力的影響，是非常明顯的。. IX.
(14) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 4. 在柱斷面鋼骨肢材之寬厚比為 32，試體軸壓載重比為 20%之時，當斷面寬度由 31cm增大至 41cm時，試體尺寸效應對斷面M exp /M之值，並沒有明顯的影響。 在研究範圍內，試體斷面寬度愈大者，所對應之撓曲韌性比μ愈小，亦即試體 斷面之尺寸效應，將可能影響試體塑性變形之能力。. 四、主要建議事項 立即可行建議—賡續辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為研究。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會 本研究實驗結果顯示，當柱斷面鋼骨寬厚比為 32，試體軸壓載重比大於 35%時，試體塑性轉角容量 p 已無法滿足 3% rad 之需求，顯示試體軸壓載重 對塑性變形能力的敏感性，應該再進行更詳盡的驗證與探討，所以建議後續 能夠辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為的研究。. 立即可行建議—賡續辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會 本研究實驗結果顯示，當柱試體斷面由 31cm增加至 41cm時，雖然試體 尺寸效應對M exp /M值並沒有明顯的差異，但是當改變試體的斷面尺寸後，將 會影響柱試體的塑性變形能力與遲滯能量消散行為，建議對於相關研究應該 規劃大尺寸柱之斷面，以期盼能更符合實際的工程狀態。. 14 X.
(15) 摘 要. ABSTRACT Keywords: Concrete filled box column, Steel reinforced concrete, Composite column 1. Purpose SRC constructs the design specification to the design regulation packing the concrete case type steel column, consult such countries as U.S.A. and Japan,etc. mainly relevant steel tubes concrete (Concrete-Filled Tube, abbreviates as CFT) Research results of the post, and the form of the post section of CFT, the majority adopted the seamless steel tube or welded by two channels. But often adopted and welded in but the case type steel column that become by four blocks of stencil plates making (CFBC) ,Use few seamless steel tubes, the structure behavior between the two, there should also be differences, so need to carry on the test of the entity, the difference by way of understanding it destroys, and prove it is able to bear validity of shaking performance.. 2.Method and Steps On the research approach, including the collection and arrangement of Taiwan and foreign documents and materials, the body is designed and made, the post bend behavior testing, material mechanical nature testing, experimental data to try and put in order and set up and analyse such steps as the model and report are written. Direct against the experiment achievement, will direct against the following problem, will do the further discussion and understand： (1) Do not probe into the influence of pressing load function of the axle. (2) It is and not the crooked influence of main shafts to probe into the main shaft. (3) Influence of the size effect. 3. Main Finding XI.
(16) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) According to this research experimental result to show that, sum up several important discoveries and do the following explanation. 1. When the with-to-thickness ratio of steel shape is 32 , and the ratio of axial load (P/P no ) is 20 to 45%, the M exp /M value of specimens, probably reduce as try the increase that the axial load, but the difference is not very great. 2. This research experimental result shows, the with-to-thickness ratio of steel shape is 32 , when the ratio of axial load greater than 35%, plastic hinge rotation capacity. p of columns can't meet demand of 3% rad already, is show that it is must especially look out. 3. Axial load of specimens to be heavy, the ratio of flexural ductile μ to be little than, is it that axial load of specimens to the impact on ability out of deformation of plasticity to show, it is very obvious. 4. When the with-to-thickness ratio of steel shape is 32 , and the ratio of axial load is 20%, the section of columns to increase from 31cm to 41cm, though does not have obvious difference to M exp /M value to the sized effect, there is no obvious influence.. 4. Major suggestion Short term suggestion—Plan on highly axial force with concrete filled box. columns. which seismic behavior in research Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office：The Architects Association, Professional Civil Engineers Association, Professional Structural Engineers Association, and the Civil, Architecture This research experimental result shows, the with-to-thickness ratio of steel shape is 32 , when the ratio of axial load greater than 35%, plastic hinge rotation capacity. p of columns can't meet demand of 3% rad already, is show that capability of plastic deformation to the ratio of axial load out of shape sensitiveness of ability, should carry 16 XII.
(17) 摘 要 on exhaustive verification and discussion to show, so propose handling the. highly. axial force in concrete filled box columns is able to bear the research which seismic behavior in follow-up. Short term suggestion—Plan on larger size of concrete filled box columns which seismic behavior in research Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office：The Architects Association, Professional Civil Engineers Association, Professional Structural Engineers Association, and the Civil, Architecture. This research experimental result shows, while the section of columns to increase from 31cm to 41cm, though does not have obvious difference to M exp /M value to the sized effect, but after changing the size of section of columns, capability of deformation of plasticity and energy dissipation of behavior that will influence the columns, propose that should plan the section of the large size columns to relevant research, in order to look forward to the project state that can correspond to reality condition of engineering .. XI XIII.
(18) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 18 XIV.
(19) 第一章 緒 論. 第一章 緒 論 第一節 研究緣起與背景 一、研究緣起 台灣都會地區地稠人廣，近年來建築物為求得更寬裕的使用面 積，興 建 的 高 度 越 來 越 高。隨 著 國 內 工 程 科 技 的 持 續 進 步，以 致 陸 續 開發出更高性能的營建材料及新穎施工方法，但由於環保意識的高 漲，使 得 建 築 結 構 領 域 的 發 展 趨 勢，必 須 思 考 如 何 提 供 永 續 的 建 築環 境。 將 混 凝 土 直 接 填 充 於 箱 型 鋼 柱 之 中，由 於 不 需 另 外 架 設 模 板，因 施 工 性 與 經 濟 性 均 佳，並 且 未 來 建 築 物 於 拆 除 施 工 之 階 段，混 凝 土與 鋼 板 回 收 方 便，且 混 凝 土 與 鋼 板 均 可 回 收 重 複 使 用 性，因 此 在 國 內 逐 漸 受 到 重 視 。 然 而 ， 國 內 現 行 SRC 構 造 設 計 規 範 對 填 充 混 凝 土 箱型 鋼柱之設計規定，主要參考美、日等國有關鋼管混凝土 (Concrete-Filled Tube， 簡 稱 為 CFT)柱 之 試 驗 成 果 ， 並 且 CFT 柱 之 斷 面 形 式 大 都 採 用 無 縫 鋼 管 或 由 兩 個 槽 鋼 銲 接 而 成。但 是，國 內 較 常採 用 由 四 片 鋼 板 銲 接 組 合 而 成 之 箱 型 鋼 柱 (CFBC)，如 圖 1.1 所 示，甚 少 使 用 無 縫 鋼 管，兩 者 間 之 結 構 行 為 亦 應 有 所 差 異，故 需 進 行 填 充 混凝 土 箱 型 鋼 柱 之 實 體 試 驗，藉 以 瞭 解 其 破 壞 模 式 之 差 異 性，以 及 驗 證其 耐震性能之有效性。. 1.
(20) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 二、研究背景 箱 型 鋼 柱 具 有 高 韌 性、高 強 度 且 施 工 便 利 等 特 性，已 為 國 內 高 樓 建 築 結 構 之 發 展 主 力。然 而，箱 型 鋼 柱 在 高 軸 力 之 作 用 下，柱 面 板 易 產 生 面 外 局 部 挫 屈 而 導 致 柱 構 件 之 提 早 破 壞，因 此 若 於 箱 型 鋼 柱 內 填 充 混 凝 土，除 可 提 升 柱 軸 向 之 承 載 力 外，適 當 設 計 後 亦 可 延 緩 柱 面 板 局 部 挫 屈 之 發 生，且 澆 置 混 凝 土 時 不 必 使 用 模 板，亦 可 節 省 建 造 成 本。 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 優 點 摘 述 如 后 ： （ 1） 箱 型 鋼 柱 之 製 作 比 圓 柱 容 易 ； （ 2） 相 較 於 填 充 混 凝 土 圓 形 鋼 柱 ， 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 梁 柱 接 頭 容 易 施 工 且 價 格 比 較 便 宜 ； （ 3） 不 必 使 用 模 板 ， 可 降 低 營 建 材 料 之 使 用 量 ； （ 4） 防 火 性 能 比 純 箱 型 鋼 柱 為 佳 ， 可 以 節 省 防 火 材 料 ； （ 5） 箱 型 柱 提 供 混 凝 土 圍 束 ， 混 凝 土 則 提 供 箱 型 柱 柱 板 之 側 向 支 撐 ， 可 以 提 升 構 材 之 強 度 與 韌 性 ； （ 6） 只 要 切 開 箱 型 鋼 柱 之 面板，混凝土就可以很快取出，混凝土回收比較高。 國 內 現 階 段 所 推 廣 之 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱，對 於 材 料 之 選 擇 應 以 國 內 有 能 夠 量 產 者 為 優 先 考 慮。在 鋼 板 材 料 部 分，國 內 目 前 可 以 量產 的 結 構 用 鋼 以 3.5 tf/cm 2 等 級（ A572 Gr.50、A992、SM490、SN490B、 SN490C） 為 主 ， 中 鋼 也 有 量 產 4.2 tf/cm 2 級 鋼 板 （ SM570） 的 能 力 ， 但 是 市 場 量 小 的 鋼 板 尺 寸 則 很 難 取 得。對 於 混 凝 土 材 料 部 分，國 內目 前 已 經 有 能 力 量 產 840 kgf/cm 2 級 的 混 凝 土，混 凝 土 材 料 之 取 得 相 對 的 比 較 容 易。而 本 研 究 為 能 與 相 關 文 獻 進 行 比 對，因 此 本 研 究 規 劃 採用 3.5 tf/cm 2 等 級 鋼 板 材 料 ， 及 420 kgf/cm 2 級 的 混 凝 土 材 料 。 填充混凝土箱型鋼柱中，柱面板之寬厚比（ b t ）為影響柱構材 受力行為的主要參數。 b t 越大，柱面板越容易發生挫屈，對混凝土 的 圍 束 效 果 也 較 差，進 而 影 響 柱 構 件 強 度 與 韌 性 行 為 之 發 揮。根 據國. 2.
(21) 第一章 緒 論 內 SRC構 造 結 構 設 計 規 範 對 耐 震 構 材 柱 板 寬 厚 比 的 限 制 為 3E s Fy ， 使 用 3.5 tf/cm 2 等 級 的 鋼 材 時，柱 面 板 之 b t 不 得 大 於 42 而 由 Varma et. al. (2002) 的 研 究 顯 示，當 b t 為 48 時 桿 件 之 撓 曲 延 展 性 不 佳，當 b t 為 32 時，桿 件 之 撓 曲 延 展 性 改 善 很 多，此 顯 示 國 內 SRC 構 造 設 計 規 範 對 耐震肢材之設計規定仍在合理之範圍。由於台灣處於還太平洋地震 帶，填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 基 本 上 均 應 滿 足 耐 震 規 定 的 要 求，因 此 柱面 板 的 b t 宜 控 制 在 42 以 下； 然 而 很 多 建 築 師 基 於 美 觀 及 裝 修 方 便 之 考 量，高 樓 層 與 低 樓 層 柱 之 寬 度 均 採 用 固 定 之 外 觀 尺 寸，但 高 樓 層 柱之 軸 力 與 彎 矩 需 求 皆 遠 低 於 低 樓 層 柱，因 此 若 採 用 之 柱 板 厚 度 太 薄 將 無 法滿足規範之需求，柱板太厚又會造成材料之浪費。 針 對 上 述 主 要 的 課 題 進 行 研 究，可 以 進 一 步 釐 清 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 應 用 之 可 行 性 及 可 靠 性，讓 工 程 師 可 以 更 合 理 且 安 全 的 使 用 此種 銲接組合之構材，以降低建築結構建設對環境的衝擊。. 第二節 文獻回顧 有關本研究收集之相關文獻資料說明如下：. 一、 混 凝 土 箱 型 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 ( 陳 正 誠 ， 2009) 根 據 國 內 SRC 結 構 設 計 規 範，使 用 3.5tf/cm 2 等 級 之 鋼 材 時，柱 板 之 b/t 不 得 大 於 42 ； 且 工 程 師 基 於 強 柱 弱 梁 之 考 量 ， 採 用 結 實 斷 面 寬 厚 比 限 制 (b/t 為 61)，使 的 箱 型 柱 板 厚 度 太 薄 無 法 使 用 電 熱 熔 渣 銲 銲 接 柱 內 橫 隔 板。本 研 究 係 以 實 驗 方 式 探 討 填 充 型 箱 型 柱 之 軸 壓 及 撓 曲 行 為 試 驗 ， 並 發 展 新 的 柱 內 橫 隔 板 銲 接 細 節 。 此 試 驗 總 共 製 作 20 支試 體，其 中 7 支 含 圍 束 繫 桿，內 橫 隔 板 焊 接 方 式 不 同 之 試 體 有 3 支。試 驗 主 要 參 數 有 柱 鋼 板 寬 厚 比 (32 、 40 、 48 、 60) 、 內 橫 隔 板 銲 接 方 式 、. 3.
(22) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 剪力釘及圍束繫桿所提供的圍束應力。 實 驗 結 果 顯 示：(1) 新 的 箱 型 柱 內 橫 隔 板 銲 接 細 節 及 製 作 方 式 尚 可 以 符 合 耐 震 需 求。(2) 箱 型 柱 柱 板 寬 厚 比 介 於 40~60 之 間 之 試 體，其 塑 性 層 間 轉 角 皆 能 符 合 規 範 規 定 之 3% 。 (3) 剪 力 釘 可 以 增 加 彎 矩 強 度 及 撓 曲 韌 性 容 量 ， 但 增 量 有 限 。 (4) 圍 束 繫 桿 可 以 提 升 混 凝 土 的 圍 束 效 果，且對箱型柱柱板抵抗局部挫屈有幫助。. 二、 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 ( 陳 正 誠 ， 2010) 本 研 究 欲 探 討 柱 板 寬 厚 比 的 限 制 放 寬 至 結 實 斷 面 寬 厚 比 限 制（ 等 於 61 ） 對 構 件 撓 曲 韌 性 之 影 響 ， 故 規 劃 10 之 試 體 之 寬 厚 比 範 圍 介 於. 32 至 60 之 間 的 箱 型 柱 進 行 撓 曲 行 為 試 驗 。 且 工 程 界 已 使 用 填 充 型 箱 型柱，其在施工時必須加上繫桿，避免箱型柱因混凝土壓力向外變 形，可以將繫桿作為結構用途，應可降低柱板厚度需求。 實 驗 結 果 顯 示 ： (1) 寬 厚 比 為 60 之 試 體 ， 於 實 驗 中 提 早 產 生 局 部 挫 屈 ， 導 致 無 法 發 揮 預 期 之 理 論 彎 矩 強 度 。 (2) 寬 厚 比 為 48 之 試 體 ， 若 圍 束 繫 桿 所 提 供 的 圍 束 應 力 達 66.2 kgf cm 2 ， 且 繫 桿 之 間 寬 比 為. 0.33 ， 則 有 良 好 的 韌 性 行 為 。 (3) 寬 厚 比 為 60 之 試 體 ， 若 使 用 單 排圍 束 繫 桿 所 提 供 的 圍 束 應 力 達 135 kgf cm 2 以 上，或 雙 排 圍 束 繫 桿 所 提 供 的 圍 束 應 力 達 86 kgf cm 2 以 上 ， 且 繫 桿 之 間 寬 比 為 0.33 ， 則 有 良 好 的 撓曲韌性容量行為。. 第三節 研究方法與進度說明 本 案 研 究 方 法 為：(1) 文 獻 蒐 集 與 整 理；(2) 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 行 為 實 驗 ； (3) 鋼 板 及 混 凝 土 之 材 料 實 驗 ； (4) 報 告 之 撰 寫 。 流 程 如 圖 1.2 所 示 ， 本 研 究 預 定 之 進 度 ， 如 表 1.1 所 示 。. 4.
(23) 第一章 緒 論. (1)文 獻 蒐 集 與 整 理 蒐集並整理國內外相關文獻，一方面避免本研究之內容與現有 成果重複，另一方面所收集之資料可作為分析模型建立及規範檢討 的參考或補充資料。 (2)填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 之 撓 曲 行 為 實 驗 由於國內尚缺乏填充混凝土箱型鋼柱之試驗結果做為參考根 據，因此本研究擬採用結構實驗之方式，探討其結構行為，且因填 充混凝土箱型鋼柱受彎矩至破壞階段，涉及到材料與幾何之非線性 反應，其行為非常複雜故無法單由理論分析得到合理之結果。本研 究將進行填充混凝土箱型鋼柱試體之撓曲行為試驗，柱試體將同時 受 到 不 同 軸 力 及 反 覆 側 向 彎 矩 之 載 重，可 得 到 軸 力 - 彎 矩 之 試 驗 曲 線 及填充混凝土箱型鋼柱試體之耐震性能。 (3)鋼 板 及 混 凝 土 之 材 料 實 驗 藉 由 不 同 材 料 之 應 力 - 應 變 關 係 曲 線，用 於 建 立 材 料 分 析 模 型 ， 如 混 凝 土 受 壓 之 應 力 - 應 變 曲 線，以 及 不 同 鋼 板 厚 度 鋼 板 受 拉 之 應 力. -應 變 曲 線 。 (4)報 告 之 撰 寫 本研究包含兩次報告之撰寫，第一次為期中報告目的在說明本 案之執行進度；第二次為期末報告目的在說明本案之研究成果。. 第四節 研究目的 本研究之目的在於探討試體在不同軸力下受撓曲載重破壞之行 為 ， 並 討 論 符 合 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 。 另. 5.
(24) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 觀 察 主 軸 與 非 主 軸 受 側 向 撓 曲 載 重 之 破 壞 行 為，供 日 後 研 究 參 考 之 依 據。及 探 討 尺 寸 效 應 之 影 響，可 提 供 未 來 設 計 大 尺 寸 填 充 混 凝 土 箱型 鋼柱試體之參考方向 表 1.1 預 定 之 研 究 進 度. 註. 工作項目. 備. 第十二月. 第十一月. 第十月. 第九月. 第八月. 第七月. 第六月. 第五月. 第四月. 第三月. 月次. 文獻蒐集與 整理 試體設計 試體製作與 養護 柱撓曲行為試 驗 材料機械性質 試驗 實驗數據整理 與分析 報告撰寫 8/26. ※. 期中報告. 研究進度百分 比 預定查核點. 11/30. ※. 期末報告 10. 20. 25. 30. 40. 50. 60. 75. 85. 100. 第 1 季：無 第 2 季：期中報告 第 3 季：期末報告. 說明： １ . 工 作 項 目 請 視 計 畫 性 質 及 需 要 自 行 訂 定，預 定 研 究 進 度 以 粗 線 表 示 其 起 訖 日期。 ２ . 預 定 研 究 進 度 百 分 比 一 欄，係 為 配 合 追 蹤 考 核 作 業 所 設 計。請 以 每 一 小 格 粗 組 線 為 一 分，統 計 求 得 本 計 畫 之 總 分，再 將 各 月 份 工 作 項 目 之 累 積 得 分 (與 之 前 各 月 加 總 )除 以 總 分 ， 即 為 各 月 份 之 預 定 進 度 。 ３. 科技計畫請註明查核點，作為每一季所預定完成工作項目之查核依據。. (資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ). 6.
(25) 第一章 緒 論. 圖 1.1 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 (CFBC)之 斷 面 形 式. (資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ). 圖 1.2 研 究 流 程 圖. (資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ). 7.
(26) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 8.
(27) 第二章 試驗計劃. 第二章 試驗計劃. 第一節 試體設計 國 內 現 今 高 樓 建 築 使 用 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 的 比 例 越 來 越 高，但 國 內 現 行 規 範 對 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 構 材 之 規 定，大 部 分 係 參 考 鋼管 混 凝 土 (CFT) 柱 構 材 ， 然 而 鋼 管 與 箱 型 鋼 柱 之 製 作 方 式 截 然 不 同 ， 需 要 進 行 相 關 試 驗，以 驗 證 其 可 行 性 及 可 靠 性。本 研 究 目 的 係 探 討 填充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 在 不 同 軸 力 作 用 下 進 行 反 覆 載 重 撓 曲 行 為 試 驗，求得 軸 力 -彎 矩 曲 線 之 相 互 關 係 。 本 研 究 共 規 劃 6 支 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 ， 試 體 設 計 如 表 2.1 所 示，以 施 加 不 同 軸 向 力、試 體 斷 面 寬 度 及 柱 斷 面 方 向 為 試 體 研 究 參 數。試 體 名 稱 規 劃 為 R 系 列，試 體 編 號 代 表 意 義 為：系 列 名 稱 - 試 體 寬 厚 比 - 軸 向 標 稱 強 度 百 分 比 - 柱 旋 轉 角 度，例：試 體 名 稱 R32-20-45 表 示 寬 厚 比 為 32 ， 其 軸 力 加 載 為 20% 之 標 稱 強 度 ， 柱 旋 轉 45 度 。. R系 列 試 體 為 填 充 混 凝 土 箱 鋼 型 柱 下 方 接 H型 鋼 梁 及 橫 隔 板 之 試 體 ， 填 充 型 箱 型 鋼 柱 試 體 東 、 西 面 下 方 接 H型 鋼 梁 ， 與 實 際 情 形 較 相 近。試 體 斷 面 圖、立 體 圖 及 設 計 圖 如 圖 2.1 至 2.7 所 示，鋼 板 採 用 ASTM. A572 Gr.50 或 SN490B 鋼 材 ， 降 伏 強 度 約 為 3.5tf/cm 2 ； 混 凝 土 標 稱 抗 壓 強 度 為 0.35tf/cm 2 (5000psi) 。. 9.
(28) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 第二節 試體製作 試 體 之 箱 型 鋼 柱 由 四 片 鋼 板 採 全 滲 透 銲 接 所 組 立 而 成，其 銲 接 材 料 為 E70XX 系 列 之 銲 條 。 另 外 鋼 柱 試 體 底 部 與 頂 部 銲 上 內 橫 隔 板， 橫 隔 板 上 有 ψ 200 mm 之 圓 孔 以 利 灌 漿 。 等 鋼 柱 組 立 完 成 並 將 鋼 梁 銲 接 於 鋼 柱 ， 即 完 成 此 試 體 製 作 ， 如 圖 2.8 。 試 體 製 作 完 成 後 ， 採 全 滲 透 銲 接 之 銲 道 皆 進 行 超 音 波 (UT) 非 破 壞 性 檢 測 以 確 保 銲 接 之 品 質，如 圖 2.9 。 待 試 體 運 送 至 實 驗 室 後 ， 鋼 柱 內 部 將 進 行 混 凝 土 之 澆 置 ， 即 完 成 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 試 體 ， 如 圖 2.10 。. 第三節 材料試驗 試 體 鋼 柱 所 使 用 之 鋼 板 厚 度 分 別 為 0.9cm 與 1.2cm 兩 種，鋼 梁 翼 板 厚 度 為 1.2cm ， 腹 板 厚 度 為 2.2cm ， 而 橫 隔 板 厚 度 為 2.2cm 。 依 據. CNS2112 規 定 製 作 拉 力 試 片 ， 其 基 本 機 械 性 質 如 表 2.2 所 示 。 箱 型 柱 內 填 充 之 混 凝 土 標 稱 抗 壓 強 度 為 0.35tf/cm 2 (5000psi) ， 在 灌 漿 完 之 後 的 第 14 天 測 試 圓 柱 試 體 抗 壓 強 度 ， 之 後 每 隔 7 天 持 續 測 試 抗 壓 強 度，觀 察 混 凝 土 強 度 發 展 情 況。所 使 用 之 圓 柱 試 體 模 型 尺 寸 為 15 × 30( 試 體 直 徑 為 15cm 試 體 高 度 為 30cm) 之 圓 柱 試 體 。 關 於 混 凝 土 圓 柱 試 體 之 養 護，考 慮 到 銲 接 箱 型 因 為 是 在 箱 型 柱 內 灌 混 凝 土，不 同 於 一 般 SRC 外 灌 混 凝 土 或 RC 結 構 可 灑 水 養 護，因 此，此 次 試 驗 所 澆 鑄 的 15 × 30 圓 柱 試 體 只 使 用 保 鮮 膜 將 試 體 包 住 ， 而 不 加 以 灑 水 養 護 ， 以期模擬試體內部混凝土狀況。 於 試 驗 開 始 之 前，依 照 各 試 體 載 重 試 驗 當 天 齡 期，決 定 其 混 凝 土 強 度 ， 混 凝 土 平 均 抗 壓 強 度 如 表 2.3 所 示 。. 10.
(29) 第二章 試驗計劃. 第四節 試驗裝置及架設流程 本研究在探討不同軸力作用下柱撓曲行為試驗，故試體軸向方向 裝 置 300 噸 MTS 油 壓 致 動 器，藉 由 施 加 不 同 軸 向 力 探 討 其 試 體 行 為 ； 側 向 方 向 則 裝 置 200 噸 MTS 油 壓 致 動 器 ， 藉 由 側 向 施 加 反 覆 加 載，模擬地震時產生之側向位移情況。 架設試體時，以夾具及螺桿將 H 型鋼樑、基座及地梁先行固定， 每 支 螺 桿 施 加 15 噸 預 拉 力 ， 接 著 使 用 鋼 板 將 兩 側 三 角 座 與 試 體 間的 縫 隙 塞 滿 。 將 200 噸 MTS 油 壓 致 動 器 用 4 根 螺 桿 與 試 體 連 接 ， 於 試 體頂端先倒入高強度石膏並蓋上蓋板確保試體頂面為水平面，並將. 300 噸 MTS 油 壓 致 動 器 裝 設 於 試 體 頂 面，而 後 安 裝 反 力 座 將 8 根 螺 桿 固 定 於 鉸 支 承 上，即 完 成 試 體 試 驗 裝 置。試 驗 裝 置 與 試 體 實 際 架 設完 成 情 形 如 圖 2.11 及 圖 2.12 所 示 。. 第五節 量測系統與載重歷程 量 測 儀 器 配 置 如 圖 2.13 所 示 ， 本 研 究 共 安 裝 3 個 角 度 計 、 10 支 位 移 計 及 12 個 應 變 計 。 於 200 噸 油 壓 致 動 器 上 方 設 置 一 個 角 度 計 用 以 量 測 致 動 器 之 轉 動 角 度；於 上 橫 隔 板 高 程 處 設 置 一 個 角 度 計 用 以 量 測 試 體 上 端 之 角 度，另 一 個 角 度 計 置 於 鉸 接 頭 上。於 上 橫 隔 板 高 程處 （ 致 動 器 之 高 程 ）、鋼 梁 上 翼 板 處 及 混 凝 土 基 座 下 表 面 置 至 水 平 向 位 移 計，用 以 量 測 柱 試 體 及 基 座 之 側 向 位 移 量，另 外 架 設 六 支 垂 直 向 位 移 計，以 量 測 軸 向 變 形 並 可 換 算 不 同 高 程 之 轉 角，且 確 保 不 會 變 形過 大 造 成 危 險。從 鋼 梁 翼 板 上 缘 往 上 0.5D、D、1.5D 之 位 置 貼 設 應 變 計， 四 個 角 落 共 計 12 片 ， 如 圖 2.14 所 示 ， 預 計 可 藉 此 計 算 各 試 體 塑 鉸 的 範圍。 本 試 驗 於 軸 向 方 向 施 加 軸 向 力，於 側 向 方 向 施 加 反 覆 載 重。側 向. 11.
(30) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 反 覆 加 載 程 序 採 位 移 歷 時 控 制 ， 其 位 移 歷 時 係 依 據 AISC2005 規 範 之 建 議 而 加 以 修 改 。 考 量 側 位 移 角 在 1% 以 內 時 ， 試 體 行 為 仍 在 彈 性 階 段，故 將 AISC2005 規 範 規 定 1% 以 內 之 側 位 移 角 迴 圈 數 由 6 個 迴 圈 修 改 為 3 個 迴 圈，側 位 移 角 1.5% 至 8% 則 分 別 施 加 2 個 迴 圈，如 圖 2.15 所示。. 200 噸 油 壓 致 動 器 所 提 供 之 側 向 位 移 量 是 由 側 位 移 角 乘 上 致 動 器 中 心 至 試 體 鋼 樑 上 緣 之 高 度 所 求 得。例 如：致 動 器 中 心 至 試 體 鋼 樑上 圓 之 高 度 為 H=181 cm ， 而 0.25 % 之 側 位 移 角 所 對 應 之 側 位 移 量 為. 0.4525 cm 。. 12.
(31) 第二章 試驗計劃. 表 2.1 實 驗 試 體 規 劃. Specimen R32-00 R32-20 R32-35 R32-45 R32-20-45 R32A-20. D. t. cm. cm. 31 31 31 31 31 41. 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1.2. H. b/t. 32 32 32 32 32 32. Fy. f’ c. cm. tf/cm. 181 181 181 181 181 181. 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5. 2. tf/cm. P 2. 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35. P no. tf. tf. 0 116 205 281 116 205. 633 633 633 633 633 1112. M P/P no. 0% 4821 20% 5182 35% 5046 45% 4823 20% 5182 20% 12061. (資料來源：本研究製作 ) 表 2.2 試 體 鋼 板 拉 力 試 片 平 均 試 驗 強 度 鋼板厚度. (cm). 降伏強度. 材料. 2. F u (tf/cm 2 ). 4.08. 5.35. 3.75. 4.78. 3.75. 5.60. 0.9 1.2. 極限強度. F y (tf/cm ). A572 Gr.50. 2.2. (資料來源：本研究製作 ) 表 2.3 混 凝 土 圓 柱 試 體 平 均 抗 壓 強 度 齡期. 平均抗壓強度. 天. kgf/cm 2. 28. 285.8. 37. 305.5. 42. 307.7. tf-cm. (資料來源：本研究製作 ). 13.
(32) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). b t. D 圖 2.1 試 體 斷 面 圖. (資料來源：本研究製作 ). 圖 2.2 試 體 立 體 圖. (資料來源：本研究製作 ). 14.
(33) 第二章 試驗計劃. 單位：mm 圖 2.3 R32A 試 體 設 計 圖. (資料來源：本研究製作 ). 15.
(34) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 2.4 R32A 剖 面 細 部 圖. (資料來源：本研究製作 ). 16. 單位：mm.
(35) 第二章 試驗計劃. 單位：mm 圖 2.5 R32 系 列 試 體 設 計 圖. (資料來源：本研究製作 ). 17.
(36) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 3.4 R32 系 列 剖 面 細 部 圖. 單位：mm 圖 2.6 R32 系 列 剖 面 細 部 圖. (資料來源：本研究製作 ). 18.
(37) 第二章 試驗計劃 E70 (Typ). E70 (Typ) E70 CO2 (Typ). 90 240 60. 0. 圖 2.7 R32-20-45 試 體 立 體 圖. (資料來源：本研究製作 ). 圖 2.8 試 體 製 作 完 成. (資料來源：本研究製作 ). 19.
(38) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 2.9 超 音 波 (UT)非 破 壞 性 銲 道 檢 測. (資料來源：本研究製作 ). 圖 2.10 完 成 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體. (資料來源：本研究製作 ). 20.
(39) 第二章 試驗計劃. P. 200噸萬能 試驗機 V. 300噸萬能試驗機. H=1810mm. 圖 2.11 試 驗 裝 置 示 意 圖. (資料來源：参考書目 [2]). 圖 2.12 試 體 實 際 架 設 完 成 圖. (資料來源：本研究製作 ). 21.
(40) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 2.13 量 測 儀 器 配 置 示 意 圖. (資料來源：参考書目 [2]) 2 cm. 2 cm. 2 cm. 0.5D. 0.5D. 0.5D. 梁上翼板. 圖 2.14 試 體 應 變 片 貼 設 位 置. (資料來源：本研究製作 ). 22. 2 cm.
(41) 第二章 試驗計劃. 10 8 6. Drift (%). 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0. 3. 6. 9. 12. 15. 18. 21. 24. 27. 30. No. of Cycles 圖 2.15 反 覆 載 重 位 移 歷 時 圖. (資料來源：本研究製作 ). 23.
(42) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 24.
(43) 第三章 試驗結論與討論. 第三章 試驗結果與討論. 第一節 試驗觀察 本試驗為了觀察柱鋼板降伏情況，在柱表面塗上石膏水，利用石膏水剝落的 情 形 來 判 定 試 體 的 降 伏 程 度；且 為 了 觀 察 塑 角 區 變 形 行 為，於 柱 表 面 繪 製 10 cm x. 10 cm 之 方 格 ， 方 便 記 錄 。 試驗完畢後之試體破壞行為模式，如試體裂縫位置、裂縫長度、鋼柱局部挫 屈 位 置 及 柱 內 背 墊 板 與 柱 板 分 離 情 形 ， 列 於 表 3.1 所 示 。 R32-00 試 體. R32-00 試 體 於 試 驗 開 始 之 前 ， 底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現 。 桿 件 側 位 移 角 (Drift) 達 到 1.5% 時 ， 試 體 南 、 北 面 開 始 出 現 降 伏 線 ， 當 側 位 移 角 增 加 至 3% 時 ， 試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈 ， 如 圖 3.1 所 示 ， 塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 8 cm ， 塑 鉸 區 西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 9.5 cm。在 側 位 移 角 達 到 4% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 36.8 tf；且 在 側 位 移 角 達 到 5% 時 試 體 產 生 最 大 側 拉 力 約 37.2 tf 。 桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 7% 第 2 個 迴 圈 時 ， 試 體 西 北 、 東 南 與 東 北 角 落 產 生 橫 向 裂 縫 ， 如 圖 3.2 所 示 。 此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85% ， 試 驗 停 止 。 R32-20 試 體. R32-20 試 體 於 試 驗 開 始 之 前 ， 底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現。桿 件 側 位 移 角 達 到 3% 時，試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈，如 圖. 3.3 所 示 ， 塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 10 cm ， 西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 11.5 cm 。 在 側 位 移 角 達 到 3% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 38.3 tf ； 且 在 側 位 移 角 達 到 4% 時 試 體 產 生 最 大 側 拉 力 約 38.4 tf。桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 7% 第 1 個 迴 圈 時 ， 試 體 於 西 南 角 落 出 現 縱 向 裂 縫 ； 於 東 北 角 落 出 現 橫 向 裂 縫 ， 如 圖 3.4 25.
(44) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 及 圖 3.5 所 示 。 此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85% ， 故 試 驗 停 止 。 R32-35 試 體. R32-35 試 體 於 試 驗 開 始 之 前 ， 底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現。當 桿 件 側 位 移 角 達 2% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 35.7 tf。在 側 位 移 角 達 到 3% 時，試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈，如 圖 3.6 所 示，塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 9.5 cm，西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 10.2 cm。且 在 此 時 試 體 產 生 最 大 側 拉 力 約 38.9 tf。桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 5% 第 1 個 迴 圈 時，試 體 受 撓 曲 壓 力 側 已 嚴 重 局 部 挫 屈，如 圖 3.7 所 示。此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85% ， 故 試 驗 停 止 。 R32-45 試 體. R32-45 試 體 於 試 驗 開 始 之 前 ， 底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現。桿 件 側 位 移 角 達 到 1% 時，試 體 南、北 面 開 始 出 現 降 伏 線，當 桿 件 側 位移 角 達 1.5% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 34.9 tf。在 側 位 移 角 達 到 2% 時，試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈，如 圖 3.8 所 示，塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約. 11.5 cm，西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 11.7 cm。且 在 此 時 試 體 產 生 最 大 側 拉 力 約 36.7 tf。桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 4% 第 1 個 迴 圈 時，試 體 受 撓 曲 壓 力 側 已 嚴 重 局 部 挫 屈，如 圖 3.9 所 示。此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85%，故 試 驗 停 止。 R32-20-45 試 體. R32-20-45 試 體 於 試 驗 開 始 之 前，底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現。桿 件 側 位 移 角 達 3% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 36.3 tf 與 最 大 側 拉 力 約 36.6. tf 。 在 側 位 移 角 達 到 4% 時 ， 試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈 ， 如 圖 3.10 所 示 ， 塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 9.4 cm ， 北 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 10 cm ， 西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 11.6 cm ， 南 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 9.8 cm。桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 6% 第 1 個 迴 圈 時，試 體 於 西 南 與 東 北 角 落 產 生 橫 向 裂 縫 ， 如 圖 3.11 所 示 。 此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85% ， 故試驗停止。 26.
(45) 第三章 試驗結論與討論 R32A-20 試 體. R32A-20 試 體 於 試 驗 開 始 之 前 ， 底 部 塑 鉸 區 鋼 板 與 混 凝 土 已 經 有 局 部 分 離 情 況 出 現。桿 件 側 位 移 角 達 到 0.75% 時，試 體 南、北 面 開 始 出 現 降 伏 線。在 側 位 移 角 達 到 3% 時，試 體 塑 鉸 區 東 面 及 西 面 開 始 產 生 局 部 挫 屈，如 圖 3.12 所 示，塑 鉸 區 東 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 12 cm ， 西 面 挫 屈 高 度 從 梁 上 翼 板 起 算 約 12.8 cm 。 當 桿 件 側 位 移 角 達 4% 時 試 體 產 生 最 大 側 推 力 約 82.1 tf 與 最 大 側 拉 力 約 81.5 tf。桿 件 側 位 移 角 持 續 增 加 至 7% 第 1 個 迴 圈 時，試 體 於 東 南、西 南 與 西 北 角 落 皆 產 生 縱 向 裂 縫，如 圖 3.13 所 示。此 時 試 體 強 度 已 下 降 低 於 最 大 側 力 之 85%，故 試 驗 停 止 。. 第二節 不同軸壓載重作用之影響 由試驗結果可得各位移歷時所對應之側向力強度，將各試體之實驗數據整理 成 遲 滯 迴 圈 圖 ， 如 圖 3.14 至 圖 3.19 及 遲 滯 迴 圈 包 絡 線 圖 ， 如 圖 3.20 至 圖 3.25 。 3.2.1 彎 矩 強 度 為 對 於 各 試 體 進 行 彎 矩 強 度 之 探 討，在 此 定 義 試 體 理 論 彎 矩 強 度 (M)，係 假 設 鋼 板 材 料 之 應 力 - 應 變 曲 線 為 完 全 塑 性 （ Fully plastic, FP ） 所 計 算 之 理 論 值 ； 而 試 驗 平 均 彎 矩 強 度 (M exp ) 為 致 動 器 施 加 拉 力 之 彎 矩 強 度 (M exp+ ) 與 施 加 推 力 之 彎 矩 強 度 (M exp- ) 的 平 均 值 。 相 關 理 論 計 算 值 與 試 驗 結 果 ， 整 理 於 表 3.2 中 。 有 關 CFBC 斷 面 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 之 建 立，鋼 板 材 料 之 應 力 - 應 變 行 為 多 假 設 為 完 美 彈 塑 性 （ Elastic-perfect plastic, EPP ） ， 而 本 研 究 亦 參 採 Varma et.(2002) 之 建 議 ， 另 增 列 假 設 鋼 板 為 完 全 塑 性 （ FP ） 之 材 料 。 R32 系 列 試 體 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 ， 如 圖 3.26 所 示 ， 再 將 試 體 R32-00 、 R32-20 、 R32-35 與 R32-45 等 之 試 驗 結 果 ， 點 繪 於 相 對 應 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 ， 如 圖 3.27 所 示 。 由 圖 3.27 顯 示 各 試 體 之 試 驗 值 大 多 落 於 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 之 外 側 ， 此 顯 示 由 理 論 公 式 所 推 求 彎 矩 強 度 之計算結果會偏保守。 試 體 R32-00 、 R32-20 、 R32-35 與 R32-45 等 彎 矩 強 度 之 試 驗 值 與 理 論 值 比. (M exp /M) ， 介 於 1.19 至 1.21 之 範 圍 ， 其 平 均 值 為 1.20 ， 如 表 3.2 所 示 ； 其 彎 矩 側 位 移 角 遲 滯 迴 圈 圖 。 顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 (b/t) 為 32 時 ， 當 試 體 軸 壓 載 重 27.
(46) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 比 (P/P no ) 在 20 至 45% 之 間，試 體 M exp /M 之 比 值，約 略 顯 示 隨 著 試 體 軸 壓 載 重 之 增 加而減小，但是差異不大；並且試體斷面之試驗彎矩強度，大於理論彎矩強度約. 20% ， 顯 示 試 體 斷 面 彎 矩 強 度 之 理 論 值 ， 會 偏 向 保 守 。 3.2.2 撓 曲 韌 性 為 探 討 各 試 體 於 試 驗 中 所 呈 現 之 塑 性 變 形 之 能 力 ， 在 此 定 義 降 伏 側 位 移 角 yn 為 由 原 點 與 第 一 迴 圈 包 絡 線 上 昇 段 對 應 於 0.75 倍 理 論 彎 矩 強 度 (0.75M) 之 延 伸 直 線 ， 再 與 理 論 彎 矩 強 度 M 水 平 直 線 之 交 點 ， 所 對 應 之 側 位 移 角 ， 如 圖 3.28 所 示 ； 而 極 限 側 位 移 角 ( u ) 之 定 義 ， 為 於 遲 滯 迴 圈 包 絡 線 之 下 降 段 ， 對 應 試 驗 彎 矩 強 度 降 低 至 0.85M exp 所 對 應 之 側 位 移 角 。 若 遲 滯 迴 圈 包 絡 線 下 降 段 未 能 低 於 0.85M exp 時，則 取 最 後 變 形 所 對 應 之 側 位 移 角。另 定 義 塑 性 轉 角 容 量 ( p ) 為 極 限 側 位 移 角 u 與 降 伏 側 位 移 角 yn 之 差，如 式 (3-1) 所 示。定 義 撓 曲 韌 性 比 (μ) 為 極 限 側 位 移 角 與 降 伏 側 位 移 角 之 比 值 ， 如 式 (3-2) 所 示 。. p u yn . u yn. (3-1) (3-2). 由 表 3.3 可 以 發 現 ， 試 體 R32-00 、 R32-20 、 R32-35 與 R32-45 之 平 均 塑 性 轉 角 容 量 p ， 依 序 分 別 為 5.41 、 4.42 、 2.95 與 1.83 %rad 。 顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比. (b/t) 為 32 時，當 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 在 20 至 45% 之 間，試 體 軸 壓 載 重 比 愈 大 者， 所 對 應 之 塑 性 轉 角 容 量 p 愈 小 ， 試 體 所 具 有 的 變 形 能 力 愈 差 ； 其 中 ， R32-35 與. R32-45 之 塑 性 轉 角 容 量 p ， 甚 至 低 於 3% rad ， 值 得 特 別 留 意 。 如 表 3.3 所 示，試 體 R32-00、R32-20、R32-35 與 R32-45 之 平 均 撓 曲 韌 性 比 μ， 依 序 分 別 為 4.03、 4.88、 3.01 與 2.34。顯 示 試 體 軸 壓 載 重 比 愈 大 者，所 對 應 之 撓 曲 韌 性 比 μ 愈 小 。 換 句 話 說 ， 試 體 軸 壓 載 重 對 試 體 塑 性 變 形 能 力 的 影 響 ， 是 非常 明 顯的。. 28.
(47) 第三章 試驗結論與討論 3.2.3 遲 滯 消 散 能 量 為 探 討 試 體 遲 滯 能 量 之 消 散 情 形，在 此 定 義 各 迴 圈 遲 滯 消 散 能 (E d ) 即 為 對 應 於 各 位 移 角 遲 滯 迴 圈 所 包 圍 之 面 積。試 體 R32-00 、 R32-20 、 R32-35 與 R32-45 於 各 位 移 角 所 對 應 遲 滯 消 散 能 量 ， 以 及 累 積 遲 滯 消 散 能 量 (E d,cum ) 之 計 算 結 果 ， 如 表 3-4 至 表 3-7 所 示 。 由 表 3-4 至 表 3-7 可 觀 察 試 體 R32-00、R32-20、R32-35 與 R32-45 於 第 19 迴 圈 時，所 累 積 之 遲 滯 消 散 能 量 (E d,cum )，依 序 分 別 為 1157.3、1284.1、1469.1 與 1708.4. tf-cm 。 顯 示 對 應 於 相 同 之 應 變 條 件 下 ， 試 體 軸 壓 載 重 比 愈 大 者 ， 各 迴 圈 所 能 累 積 之遲滯消散能量愈大。亦即隨著試體軸壓載重的增加，有助於試體釋體遲滯能量 之消散。. 第三節 主軸與非主軸彎曲之影響 3.3.1 彎 矩 強 度 為 探 討 主 軸 與 非 主 軸 彎 曲 對 CFBC 斷 面 之 影 響 ， 本 研 究 取 試 體 R32-20 與. R32-20-45 之 試 驗 結 果，進 行 實 驗 數 據 比 對 與 分 析。試 體 R32-20 與 R32-20-45 段 面 彎 矩 強 度 之 理 論 計 算 值 與 試 驗 結 果，整 理 於 表 3.2 中。試 體 R32-20 與 R32-20-45 彎 矩 強 度 之 M exp /M 值 ， 依 序 分 別 為 介 於 1.21 與 1.13 ， 如 表 3.2 所 示 。 由 表 3.2 顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 之 寬 厚 比 (b/t) 同 樣 為 32 時 ， 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 為 20% 之 狀 況 下，當 試 體 斷 面 對 非 主 軸 ( 由 強 軸 轉 45 度 角 ) 彎 曲 時，試 體 斷 面 之 Mexp/M 值，較 對 主 軸 彎 曲 時 小 約 7% 左 右。此 亦 表 示 試 體 斷 面 對 非 主 軸 彎 曲 時，試 體 斷 面 彎 矩 強 度 之試驗值，將更趨近於理論彎矩強度。 試 體 R32-20 與 R32-20-45 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 ， 如 圖 3.26 與 圖 3.29 所 示 ； 其 中 ， 試 體 R32-20-45 係 利 用 Xtract 軟 體 [12] 進 行 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 的 分 析 ， 並 藉 以 計 算 柱 斷 面 於 非 主 軸 時 之 理 論 值。將 試 體 R32-20-45 試 驗 結 果 點 繪 於 相 對 應 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線 。 如 圖 3.30 所 示 ， 各 試 體 之 試 驗 值 大 多 落 於 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線之外側，此顯示由理論公式所推求之計算結果會偏保守。. 29.
(48) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) 3.3.2 撓 曲 韌 性 由 表 3.3 可 以 發 現，試 體 R32-20 與 R32-20-45 之 平 均 塑 性 轉 角 容 量 p ，依 序 分 別 為 4.42 與 3.0 %rad。顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 (b/t) 為 32 時，試 體 軸 壓 載 重 比. (P/P no ) 為 20% 之 狀 況 下 ， 當 試 體 斷 面 對 非 主 軸 ( 由 強 軸 轉 45 度 角 ) 彎 曲 時 ， 所 對 應 之 塑 性 轉 角 容 量 p 愈 小 ， 試 體 的 變 形 能 力 愈 差 ； 其 中 ， R32-20-45 之 塑 性 轉 角 容 量 p 接 近 於 3 %rad ， 值 得 特 別 留 意 。 如 表 3.3 所 示 ， 試 體 R32-20 與 R32-20-45 之 平 均 撓 曲 韌 性 比 μ ， 依 序 分 別 為. 4.88 與 2.99。顯 示 試 體 斷 面 對 非 主 軸 彎 曲 時，所 對 應 之 撓 曲 韌 性 比 μ，將 較 對 對 主 軸彎曲時為小。換句話說，試體斷面對主軸彎曲與否，將影響試體斷面之塑性變 形能力。 3.3.3 遲 滯 消 散 能 量 由 表 3-5 與 表 3-8 可 觀 察 試 體 R32-20 與 R32-20-45 於 第 19 迴 圈 時 ， 所 累 積 之 遲 滯 消 散 能 量 (E d,cum ) ， 依 序 分 別 為 1284.1 與 1415.0 tf-cm 。 顯 示 對 應 於 相 同 之 應 變條件下，試體斷面對非主軸彎曲時，有助於試體遲滯能量之消散。. 第四節 尺寸效應之影響 3.4.1 彎 矩 強 度 為 觀 察 尺 寸 效 應 對 CFBC 斷 面 撓 曲 行 為 之 可 能 影 響，本 研 究 取 試 體 R32-20 與. R32A-20 之 試 驗 結 果，進 行 實 驗 數 據 比 對 與 分 析。試 體 R32-20 與 R32A-20 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 (b/t) 均 為 32，而 試 體 R32-20 之 斷 面 寬 度 與 鋼 板 厚 度 分 別 為 31 cm 與. 0.9 cm ， 試 體 R32A-20 之 斷 面 寬 度 與 鋼 板 厚 度 分 別 為 41 cm 與 1.2 cm 。 試 體 R32-20 與 R32A-20 斷 面 彎 矩 強 度 之 理 論 計 算 值 與 試 驗 結 果，整 理 於 表 3.1 中 。 試 體 R32-20 與 R32A-20 斷 面 彎 矩 強 度 之 M exp /M 值 ， 依 序 分 別 為 介 於 1.21 與. 1.20 ， 如 表 3.2 所 示 。 由 表 3.2 顯 示 試 體 斷 面 鋼 骨 肢 材 之 寬 厚 比 (b/t) 為 32 ， 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 為 20% 之 狀 況 下 ， 當 柱 斷 面 寬 度 由 31cm 增 大 至 41cm 時 ， 試 體 尺 寸 效 應 對 斷 面 M exp /M 之 值 ， 並 沒 有 明 顯 的 影 響 。 30.
(49) 第三章 試驗結論與討論 試 體 R32-20 與 R32A-20 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線，如 圖 3.26 與 圖 3.31 所 示，將 試 體 R32A-20 試 驗 結 果 點 繪 於 相 對 應 之 軸 力 - 彎 矩 互 制 曲 線。由 圖 3.32 顯 示 各 試 體 之 試 驗 值 大 多 落 於 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 之 外 側 ， 此 顯 示 由 理 論 公 式 所 推 求 之 計 算 結 果會偏保守。 3.4.2 撓 曲 韌 性 由 表 3.2 可 以 發 現 ， 試 體 R32-20 與 R32A-20 之 平 均 塑 性 轉 角 容 量 p ， 依 序 分 別 為 4.42 與 4.36 %rad 。 顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 (b/t) 為 32 時 ， 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 為 20% 之 狀 況 下 ， 當 柱 斷 面 寬 度 由 31cm 增 大 至 41cm 時 ， 所 對 應 試 體 之 塑性轉角容量 p ，約略顯示隨著試體斷面寬度之增加而減小。換句話說，在研究 範圍內，試體斷面尺寸愈大，試體塑性轉角之容量 p 反而較小，但是差異不大。 如 表 3.2 所 示，試 體 R32-20 與 R32A-20 之 平 均 撓 曲 韌 性 比 μ，依 序 分 別 為 4.88 與 4.53。顯 示 在 研 究 範 圍 內，試 體 斷 面 寬 度 愈 大 者，所 對 應 之 撓 曲 韌 性 比 μ 愈 小 。 亦即試體斷面之尺寸效應，將可能影響試體斷面塑性變形之能力。 3.4.3 遲 滯 消 散 能 量 由 表 3-5 與 表 3-9 可 觀 察 試 體 R32-20 與 R32A-20 於 第 19 迴 圈 時 ， 所 累 積 之 遲 滯 消 散 能 量 (E d,cum ) ， 依 序 分 別 為 1284.1 與 2399.4 tf-cm 。 顯 示 對 應 於 相 同 之 應 變 條件下，試體斷面寬度愈大，有助於試體遲滯能量之消散。 為探討試體斷面寬度不同對遲滯消散能量之影響，在此利用正規化累積消能 量 之 觀 念 ，並 導 入 彈 性 能 量 E st 之 參 數，將 各 位 移 角 對 應 遲 滯 迴 圈 所 包 圍 之 面 積 E d 除 上 彈 性 能 量 E st ； 其 中 ， E st 之 定 義 如 圖 3.33 所 示 之 斜 線 面 積 。 由 表 3-5 與 表 3-9 可 觀 察 試 體 R32-20 與 R32A-20 於 第 19 迴 圈 時 ， 所 累 積 之 正 規 化 遲 滯 消 散 能 量. (E d,cum / E st )，依 序 分 別 為 39.12 與 31.26 tf-cm。顯 示 對 應 於 相 同 之 應 變 條 件 下，試 體斷面寬度愈小者，遲滯能量之消散效率愈佳。. 31.
(50) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 表 3.1 試 體 試 驗 行 為 觀 察 記 錄. 試驗前. R32-00. R32-20. R32-35. R32-45. R32-20-45. R32A-20. △. △. △. △. △. △. 1.0% -1.0% 1.5% -1.5% 2.0%. ◆E. -2.0%. ◆W. 3.0%. ◆E. ◆E. ◆E. ◆ E、 N. ◆E. -3.0%. ◆W. ◆W. ◆W. ◆ W、 N 、 S. ◆W. 4.0%. ◆E. ◆E. ◆ E、 N、 S ◆ E、 N、 S. ◆ E、 N. ◆E. -4.0%. ◆W. ◆W. ◆ W、N、S ◆ W、 N、 S. ◆ W、 S. ◆W. 5.0%. ◆E. ◆ E、 S. ◆ E、 N、 S. ◆ E、 N. ◆ E、 N、 S. -5.0%. ◆W. ◆ W、 N. ◆ W、N、S. ◆ W、 S. ◆ W、 N、 S. 6.0%. ◆E. ◆ E、 N、 S. -6.0%. ◆W. ◆ W、N、S. 7.0%. ◆ E、 N、 S ◆ E 、 N 、 S ★ ES 、 EN. ★ EN. ◆ W、N、S ◆ W、N、S ○ WS ★ WS 註： △試驗前混凝土與鋼板有局部空心情況 ◆局部挫屈 ○銲道縱向開裂 ★角落橫向拉裂. -7.0%. (資料來源：本研究製作 ). 32. ◆ E、 N ★ EN. ◆ W、 S ★ WS. ◆ E、 N、 S ◆ W、 N、 S ◆ E、 N、 S ○ ES ◆ W、 N、 S ○ WN、○ WS.
(51) 第三章 試驗結論與討論. 表 3.2 強 度 變 化 試 驗 結 果 齡 P D t F y,exp f' c,exp 期 Specimen tf cm cm tf/cm 2 tf/cm 2 Day. R32-00. 31 0.9 4.08. 45 0.327. R32-20. 31 0.9 4.08. 35 0.300 116 659 17.6 5753 6930 6945 6938 1.21. R32-35. 31 0.9 4.08. 38 0.308 205 665 30.8 5638 6457 7049 6753 1.20. R32-45. 31 0.9 4.08. 43 0.322 281 675 41.6 5427 6323 6644 6483 1.19. R32-20-45 31 0.9 4.08. 49 0.341 116 689 16.8 5859 6579 6633 6606 1.13. R32A-20. 41 1.2 3.75. 0. P no M exp P / P no M M exp+ M expM exp tf tf-cm % tf-cm tf-cm tf-cm M. 679. 0 5537 6669 6731 6700 1.21. 29 0.284 205 1076 19.1 12373 14854 14756 14805 1.20. (資料來源：本研究製作 ). 表 3.3 轉 角 試 驗 結 果. Specimen. θ yn+. θ yn(% rad). θ yn. θ u+. θ u(% rad). θu. θ p+. θ p(% rad). θp. μ+. μ-. μ. R32-00. 1.90 1.68 1.79 7.46 6.93 7.20 5.56 5.25 5.41 3.93 4.12 4.03. R32-20. 1.12 1.17 1.14 5.61 5.51 5.56 4.50 4.34 4.42 5.03 4.72 4.88. R32-35. 1.54. R32-45. 1.37 1.36 1.36 3.39 3.00 3.19 2.02 1.64 1.83 2.47 2.21 2.34. R32-20-45. 1.46 1.56 1.51 4.63 4.39 4.51 3.17 2.83 3.00 3.18 2.81 2.99. R32A-20. 1.21 1.27 1.24 5.82 5.93 5.61 4.61 4.12 4.36 4.82 4.23 4.53. 1.4. 1.47 4.52 4.32 4.42 2.97 2.92 2.95 2.93 3.08 3.01. (資料來源：本研究製作 ). 33.
(52) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 表 3.4 R32-00 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.8 0.5 0.5 2.6 1.7 1.6 4.9 3.2 3.0 8.4 5.6 5.2 29.9 22.6 74.6 72.9 241.7 242.5 435.0 413.5 610.6 588.3 792.0 764.8 942.3. 0.8 1.3 1.8 4.4 6.1 7.7 12.6 15.8 18.8 27.2 32.8 38.0 67.9 90.6 165.1 238.0 479.8 722.3 1157.3 1570.7 2181.4 2769.6 3561.6 4326.4 5268.7. E st = 49.6 (tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 34. E d , cum /E st. 0.02 0.03 0.04 0.09 0.12 0.16 0.25 0.32 0.38 0.55 0.66 0.77 1.37 1.83 3.33 4.80 9.68 14.57 23.35 31.69 44.01 55.88 71.85 87.28 106.29.
(53) 第三章 試驗結論與討論. 表 3.5 R32-20 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.2 0.2 0.1 1.4 1.1 1.0 4.3 3.3 3.1 9.0 7.0 6.8 32.0 26.8 81.1 83.5 271.6 269.9 481.6 457.0 675.5 654.7 850.3 798.8 933.3. 0.2 0.4 0.6 1.9 3.0 4.0 8.3 11.6 14.7 23.8 30.7 37.6 69.5 96.3 177.4 261.0 532.6 802.5 1284.1 1741.1 2416.6 3071.3 3921.6 4720.3 5653.6. E d , cum /E st. 0.01 0.01 0.02 0.06 0.09 0.12 0.25 0.35 0.45 0.72 0.94 1.14 2.12 2.94 5.41 7.95 16.23 24.45 39.12 53.04 73.62 93.56 119.47 143.80 172.23. E st = 32.8 (tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 35.
(54) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 表 3.6 R32-35 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.8 0.6 0.6 3.3 2.8 2.7 7.4 6.2 5.9 13.3 10.6 10.3 39.6 32.2 98.7 102.8 308.1 298.1 525.0 490.5 679.2. 0.8 1.4 2.0 5.4 8.2 10.9 18.3 24.4 30.4 43.6 54.2 64.5 104.2 136.4 235.1 337.9 646.0 944.1 1469.1 1959.6 2638.8. E st = 41.5 (tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 36. E d , cum /E st. 0.02 0.03 0.05 0.13 0.20 0.26 0.44 0.59 0.73 1.05 1.31 1.56 2.51 3.29 5.67 8.15 15.58 22.76 35.42 47.25 63.63.
(55) 第三章 試驗結論與討論. 表 3.7 R32-45 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.8 0.7 0.6 3.0 2.5 2.3 7.5 6.2 5.8 15.7 12.2 12.1 58.3 44.3 263.8 127.8 344.4 325.2 475.3. 0.8 1.4 2.0 5.0 7.5 9.8 17.3 23.4 29.3 45.0 57.2 69.3 127.6 171.9 435.7 563.5 907.9 1233.1 1708.4. E d , cum /E st. 0.02 0.04 0.05 0.13 0.20 0.26 0.47 0.63 0.79 1.22 1.55 1.87 3.45 4.65 11.78 15.23 24.54 33.33 46.17. E st = 37.0(tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 37.
(56) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 表 3.8 R32-20-45 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.8 0.6 0.6 3.2 2.6 2.4 7.6 6.2 6.0 14.3 12.8 12.5 44.8 43.2 100.1 101..3 277.7 280.2 498.1 451.2 578..3 407.5 388.6 150.5. 0.8 1.5 2.1 5.3 7.9 10.2 17.8 24.1 30.0 44.3 57.1 69.6 114.4 157.7 257.8 359.1 636.7 916.9 1415.0 1866.2 2444.5 2852.0 3240.6 3391.0. E st = 44.3(tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 38. E d , cum /E st. 0.02 0.03 0.05 0.12 0.18 0.23 0.40 0.54 0.68 1.00 1.29 1.57 2.58 3.56 5.82 8.11 14.38 20.71 31.96 42.15 55.21 64.42 73.19 76.59.
(57) 第三章 試驗結論與討論. 表 3.9 R32A-20 遲 滯 迴 圈 消 能 能 力 計 算 結 果. Cycles. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25. Drift ratio. Cumulative Energy energy dissipation per cycle dissipation ( E d , cum ) (E d ). %. tf-cm. tf-cm. 0.25% 0.25% 0.25% 0.50% 0.50% 0.50% 0.75% 0.75% 0.75% 1.00% 1.00% 1.00% 1.50% 1.50% 2.00% 2.00% 3.00% 3.00% 4.00% 4.00% 5.00% 5.00% 6.00% 6.00% 7.00%. 0.4 0.3 0.3 2.0 1.4 1.3 4.9 3.6 3.2 10.2 7.7 7.0 42.5 32.7 139.4 141.4 515.7 522.1 963.5 885.8 1451.3 1371.0 1820.2 1631.0 868.5. 0.4 0.7 1.0 3.0 4.4 5.7 10.6 14.2 17.4 2.76 35.3 42.2 84.7 117.4 256.8 398.2 913.8 1435.9 2399.4 3285.2 4736.5 6107.4 7927.7 9558.7 10427.2. E d , cum /E st. 0.01 0.01 0.01 0.04 0.06 0.07 0.14 0.18 0.23 0.36 0.46 0.55 1.10 1.53 3.35 5.19 11.91 18.71 31.26 42.81 61.72 79.58 103.30 124.55 135.87. E st = 76.7(tf-cm). (資料來源：本研究製作 ). 39.
(58) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 3.1 R32-00 試 體 在 側 位 移 角 3%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.2 R32-00 試 體 在 側 位 移 角 7%時 西 北 、 東 南 及 東 北 角 落 產 生 橫 向 裂 縫. (資料來源：本研究製作 ). 40.
(59) 第三章 試驗結論與討論. 圖 3.3 R32-20 試 體 在 側 位 移 角 3%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.4 R32-20 試 體 在 側 位 移 角 7%時 西 南 角 落 產 生 縱 向 裂 縫. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.5 R32-20 試 體 在 側 位 移 角 7%時 東 北 角 落 產 生 橫 向 裂 縫. (資料來源：本研究製作 ) 41.
(60) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 3.6 R32-35 試 體 在 側 位 移 角 3%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.7 R32-35 試 體 在 側 位 移 角 5%時 已 嚴 重 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ) 42.
(61) 第三章 試驗結論與討論. 圖 3.8 R32-45 試 體 在 側 位 移 角 2%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.9 R32-45 試 體 在 側 位 移 角 4%時 已 嚴 重 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ) 43.
(62) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 圖 3.10 R32-20-45 試 體 在 側 位 移 角 4%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.11 R32-20-45 試 體 在 側 位 移 角 6%時 西 南 與 東 北 角 落 產 生 橫 向 裂 縫. (資料來源：本研究製作 ). 44.
(63) 第三章 試驗結論與討論. 圖 3.12 R32A-20 試 體 在 側 位 移 角 3%時 產 生 局 部 挫 屈. (資料來源：本研究製作 ). 圖 3.13 R32A-20 試 體 在 側 位 移 角 7%時 東 南 、 西 南 與 西 北 角 落 皆 產 生 縱向裂縫. (資料來源：本研究製作 ) 45.
(64) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 80 R32-00. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 8. 10. Drift Angle (% rad) 圖 3.14 R32-00 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ). 80 R32-20. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. Drift Angle (% rad) 圖 3.15 R32-20 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ). 46. 4. 6. 8.
(65) 第三章 試驗結論與討論. 80 R32-35. 60 20 0 -20 -40 -60 -80 -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. Drift Angle (% rad) 圖 3.16 R32-35 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ). 80 60. R32-45. 40 M (t-m). M (t-m). 40. 20 0 -20 -40 -60 -80 -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. Drift Angle (% rad) 圖 3.17 R32-45 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ) 47.
(66) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 80 R32-20-45. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 8. 4. 6. 8. Drift Angle (% rad) 圖 3.18 R32-20-45 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ). 200 150. R32A-20. M (t-m). 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -8. -6. -4. -2. 0. 2. Drift Angle (% rad) 圖 3.19 R32A-20 試 體 遲 滯 迴 圈. (資料來源：本研究製作 ). 48.
(67) 第三章 試驗結論與討論. 80 R32-00. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 8. 10. Drift Angle (% rad) 圖 3.20 R32-00 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ). 80 R32-20. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 8. Drift Angle (% rad) 圖 3.21 R32-20 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ). 49.
(68) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 80 R32-35. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 4. 6. Drift Angle (% rad) 圖 3.22 R32-35 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ). 80 60. R32-45. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -6. -4. -2. 0. 2. Drift Angle (% rad) 圖 3.23 R32-45 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ) 50.
(69) 第三章 試驗結論與討論. 80 R32-20-45. 60. M (t-m). 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. 6. 8. 6. 8. Drift Angle (% rad) 圖 3.24 R32-20-45 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ). 200 150. R32A-20. M (t-m). 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -8. -6. -4. -2. 0. 2. 4. Drift Angle (% rad) 圖 3.25 R32A-20 試 體 遲 滯 迴 圈 包 絡 線. (資料來源：本研究製作 ) 51.
(70) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). R32 系列 700 600. P (tf). 500 400. FP EPP. 300 200 100 0 0. 20. 40 M (tf-m). 60. 80. 圖 3.26 R32 系 列 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ). 700. P (tf). 600 500. FP. 400. EPP. 300. R32-00 R32-20. 200. R32-35 R32-45. 100 0 0. 20. 40 M (tf-m). 60. 80. 圖 3.27 R32 與 不 同 軸 力 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ). 52.
(71) 第三章 試驗結論與討論 M Mexp+ + 0.85M M+ 0.75M+ Est. θu-. θp +. θynθyn+. θ DriftAngle (% rad). θu+. 0.75MM0.85MMexp-. 圖 3.28 塑 性 轉 角 之 定 義. (資料來源：本研究製作 ). R32-20-45 800 700. P (tf). 600 500. FP. 400. EPP. 300 200 100 0 0. 20. 40 M (tf-m). 60. 80. 圖 3.29 R32-20-45 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ). 53.
(72) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2) R32-20-45. 800 700 600 P (tf). 500 400. FP EPP. 300. R32-20-45. 200 100 0 0. 20. 40 M (tf-m). 60. 80. 圖 3.30 試 驗 值 標 示 於 R32-20-45 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ) R32A-20 1200 1000 800 P (tf). FP 600. EPP. 400 200 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. M (tf-m). 圖 3.31 R32A-20 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ). 54. 140.
(73) 第三章 試驗結論與討論 R32A-20. 1200 1000. P (tf). 800 FP. 600. EPP 400. R32A-20. 200 0 0. 50. 100. 150. 200. M (tf-m). 圖 3.32 試 驗 值 標 示 於 R32A-20 試 體 之 軸 力 -彎 矩 互 制 曲 線 圖. (資料來源：本研究製作 ) M Area of rectangular shape Ab (θ+peak ,M+peak ). θ. Energy dissipation In each cycles Ed. (θ-peak ,M-peak ). 圖 3.33 消 能 能 量 計 算 之 定 義. ( 資料來源：本研究製作 ) 55.
(74) 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2). 56.
(75) 第四章 結論與建議. 第四章 結論與建議. 第一節 結論 本 研 究 總 計 完 成 6 支 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 之 撓 曲 載 重 試 驗，試 體 斷 面 尺 寸 計 有 31×31 cm 與 、 41×41 cm 等 兩 種 ， 依 據 實 驗 結 果 顯 示 相 關 結 論如下。 一、在 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 (b/t) 為 32 時，當 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 為 20 至 45% 之 間 ， 試 體 M exp /M 之 比 值 ， 約 隨 著 試 體 軸 壓 載 重 之 增 加 而 減 小，但是差異不大；試驗結果顯示試體斷面彎矩強度之理論值，會偏向保 守。 二 、 試 驗 結 果 顯 示 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 寬 厚 比 為 32 時 ， 試 體 軸 壓 載 重 愈 大 者，所 對 應 之 塑 性 轉 角 容 量 p 愈 小，具 有 的 變 形 能 力 愈 差；當 試 體 軸 壓 載 重 比 (P/P no ) 大 於 35% 時，其 塑 性 轉 角 容 量 p 甚 至 可 能 低 於 3% rad，須 特 別留意。 三、 試 體 軸 壓 載 重 愈 大 ，所 對 應 之 撓 曲 韌 性 比 μ 愈 小， 顯 示 試 體 軸 壓 載重對塑性變形能力的影響，是非常明顯的。 四、在 研 究 範 圍，試 體 軸 壓 載 重 比 為 20% 之 狀 況 下，當 試 體 斷 面 對 非 主 軸 ( 由 強 軸 轉 45 度 角 ) 彎 曲 時 ， 試 體 斷 面 之 M exp /M 值 較 對 主 軸 彎 曲 時 為 小；所對應塑性轉角容量 p 愈小，試體的變形能力愈差。 五、在 柱 斷 面 鋼 骨 肢 材 之 寬 厚 比 為 32，試 體 軸 壓 載 重 比 為 20% 之 時 ， 當 斷 面 寬 度 由 31cm 增 大 至 41cm 時，試 體 尺 寸 效 應 對 斷 面 M exp /M 之 值，並 沒 有 明 顯 的 影 響 。 在 研 究 範 圍 內 ， 試 體 斷 面 寬 度 愈 大 者 ，所 對 應 之 撓 曲 韌 性 比 μ 愈 小，亦 即 試 體 斷 面 之 尺 寸 效 應，將 可 能 影 響 試 體 塑 性 變 形 之 能 力 。. 57.
數據
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![圖 2.13 量 測 儀 器 配 置 示 意 圖 (資料來源：参考書目 [2]) 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 0.5D 0.5D 0.5D 梁上翼板 圖 2.14 試 體 應 變 片 貼 設 位 置 (資料來源：本研究製作)](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8904901.258925/40.892.162.724.142.1058/書目DDD梁上翼板圖體應變片貼設位置資料.webp)
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