大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究
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(3) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行 為之分析研究. 研究主持人：李台光 研究員 協同主持人：薛凱元 研發替代役研究員. 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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(7) 目次 表次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅲ 圖次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅴ 誌謝‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧XI 摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧XIII 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 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析‧‧‧‧‧‧9 第一節 試體之規劃‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9 第二節 試體細部設計及強度檢核‧‧‧‧‧‧‧9 第三節 試體軸向試驗結果分析‧‧‧‧‧‧‧‧11 第三章 實驗試體之規劃設計及製作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27 第一節 試體之規劃設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27 第二節 鋼筋混凝土圓柱試體之發包作業‧‧‧‧27 第三節 試體之施工、組模及澆置混凝土‧‧‧‧30 第四章 試驗過程與結果之分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧57 第一節 試驗過程與觀察結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧57 第二節 試體軸向變形能力之討論‧‧‧‧‧‧‧57 第五章 結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧87 第一節 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧87 第二節 建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧87 附錄一 期中簡報審查意見會議紀錄‧‧‧‧‧‧‧89 附錄二 期末簡報審查意見會議紀錄及回應表‧‧‧‧95.
(8) 參考資料‧‧‧‧･‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧101. II.
(9) 表次. 表次 表 2-1 本研究(98 年)之圓形柱試體規劃‧‧‧‧‧‧‧‧13 表 2-2 本研究(98 年)之圓形柱軸向變形性能彙整表‧‧‧14 表 3-1 本研究試體規劃彙整表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32 表 3-2 竹節鋼筋試驗表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33 表 3-3 本研究混凝土配合比例設計表‧‧‧‧‧‧‧‧‧34 表 3-4 圓形柱試體 14 天混凝土強度彙整表‧‧‧‧‧‧35 表 3-5 圓形柱試體 28 天混凝土強度彙整表‧‧‧‧‧‧36 表 3-6 圓形柱試體鋼筋應變值彙整表‧‧‧‧‧‧‧‧‧37 表 3-7 本研究之圓形柱試體鋼筋應變值彙整表‧‧‧‧‧43 表 4-1 圓形柱試體試驗時混凝土強度彙整表‧‧‧‧‧‧59 表 4-2 圓形柱軸向變形性能彙整表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧61. III.
(10) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. IV.
(11) 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 橋梁耐震設計規範草案建議圓柱示意圖‧‧‧‧‧‧8 圖 2-1 本研究(98 年)圓形柱試體之立面及剖面圖‧‧‧‧15 圖 2-2 本研究(98 年)RC1 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧16 圖 2-3 本研究(98 年)RC2 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧16 圖 2-4 本研究(98 年)RC3 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧17 圖 2-5 本研究(98 年)RC4 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧17 圖 2-6 本研究(98 年)RC5 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧18 圖 2-7 本研究(98 年)RC6 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧18 圖 2-8 本研究(98 年)RC7 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧19 圖 2-9 本研究(98 年)RC8 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧19 圖 2-10 本研究(98 年)RC9 試體之中央試驗段斷面圖‧‧20 圖 2-11 本研究(98 年)圓形柱應變計位置圖‧‧‧‧‧‧20 圖 2-12 本研究(98 年)RC1 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧21 圖 2-13 本研究(98 年)RC2 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧21 圖 2-14 本研究(98 年)RC3 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧22 圖 2-15 本研究(98 年)RC4 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧22 圖 2-16 本研究(98 年)RC5 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧23 圖 2-17 本研究(98 年)RC6 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧23 圖 2-18 本研究(98 年)RC7 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧24 圖 2-19 本研究(98 年)RC8 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧24 圖 2-20 本研究(98 年)RC1 試體軸向力與位移圖‧‧‧‧25. V.
(12) 繫筋細部對大尺寸鋼筋混凝土柱行為影響之驗證研究. 圖 3-1 圓形柱試體之立面及剖面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39 圖 3-2 RC4a 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧40 圖 3-3 RC5a 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧40 圖 3-4 RC5b 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧41 圖 3-5 RC5c 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧41 圖 3-6 RC6a 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧42 圖 3-7 RC9a 試體之中央試驗段斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧42 圖 3-8 圓形柱應變計位置圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43 圖 3-9 圓形柱試體鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44 圖 3-10 RC4a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧44 圖 3-11 RC4a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧45 圖 3-12 RC5a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧45 圖 3-13 RC5a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧46 圖 3-14 RC5b-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧46 圖 3-15 RC5b-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧47 圖 3-16 RC5c-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧47 圖 3-17 RC5c-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧48 圖 3-18 RC6a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧48 圖 3-19 RC6a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧49 圖 3-20 RC9a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧49 圖 3-21 RC9a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖‧‧‧‧‧‧50 圖 3-22 圓形柱鋼筋組立完成圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧50 圖 3-23 預埋鋼筋應變計施工圖(1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51 圖 3-24 預埋鋼筋應變計施工圖(2)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51 圖 3-25 圓形柱試體組模圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 VI.
(13) 圖次. 圖 3-26 試體澆置混凝土圖(1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 圖 3-27 試體澆置混凝土圖(2)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53 圖 3-28 混凝土圓柱試體製作圖(1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53 圖 3-29 混凝土圓柱試體製作圖(2)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54 圖 3-30 RC 柱試體拆模後之照片(1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54 圖 3-31 RC 柱試體拆模後之照片(2)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55 圖 3-32 試體頂部無收縮水泥漿施工圖(1)‧‧‧‧‧‧‧‧55 圖 3-33 試體頂部無收縮水泥漿施工圖(2)‧‧‧‧‧‧‧‧56 圖 3-34 鋼筋試樣試驗圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧56 圖 4-1 圓形柱試體外掛軸向變位計圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧62 圖 4-2 外掛拉線式位移計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧62 圖 4-3 圓形柱試體典型破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧63 圖 4-4 圓形柱試體典型破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧63 圖 4-5 RC4a-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧64 圖 4-6 RC4a-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧64 圖 4-7 RC4a-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧65 圖 4-8 RC4a-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧65 圖 4-9 RC5a-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧66 圖 4-10 RC5a-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧66 圖 4-11 RC5a-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧67 圖 4-12 RC5a-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧67 圖 4-13 RC5b-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧68 圖 4-14 RC5b-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧68 圖 4-15 RC5b-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧69 圖 4-16 RC5b-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧69 VII.
(14) 繫筋細部對大尺寸鋼筋混凝土柱行為影響之驗證研究. 圖 4-17 RC5c-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧70 圖 4-18 RC5c-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧70 圖 4-19 RC5c-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧71 圖 4-20 RC5c-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧71 圖 4-21 RC6a-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧72 圖 4-22 RC6a-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧72 圖 4-23 RC6a-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧73 圖 4-24 RC6a-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧73 圖 4-25 RC9a-1 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧74 圖 4-26 RC9a-1 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧74 圖 4-27 RC9a-2 試體中央測試段破壞圖(1)‧‧‧‧‧‧‧75 圖 4-28 RC9a-2 試體中央測試段破壞圖(2)‧‧‧‧‧‧‧75 圖 4-29 圓形柱試體軸向載重與變位關係圖(1)(MTS)‧‧‧76 圖 4-30 圓形柱試體軸向載重與變位關係圖(2)(MTS)‧‧‧76 圖 4-31 RC4a 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧77 圖 4-32 RC5a 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧77 圖 4-33 RC5b 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧78 圖 4-34 RC5c 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧78 圖 4-35 RC6a 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧79 圖 4-36 RC9a 試體中央測試段軸向載重與變位關係圖‧‧79 圖 4-37 RC4a-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧80 圖 4-38 RC4a-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧80 圖 4-39 RC5a-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧81 圖 4-40 RC5a-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧81 圖 4-41 RC5b-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧82 VIII.
(15) 圖次. 圖 4-42 RC5b-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧82 圖 4-43 RC5c-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧83 圖 4-44 RC5c-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧83 圖 4-45 RC6a-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧84 圖 4-46 RC6a-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧84 圖 4-47 RC9a-1 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧85 圖 4-48 RC9a-2 試體中央測試段軸向與橫向鋼筋應變圖‧85. IX.
(16) 繫筋細部對大尺寸鋼筋混凝土柱行為影響之驗證研究. X.
(17) 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。. XI.
(18) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. XII.
(19) 摘 要. 摘. 要. 關鍵詞：鋼筋混凝土圓柱、繫筋、設計規範 一、研究緣起 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，本所曾於去(98)年度進行 9 組 18 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。本(99) 年度賡續規劃 6 組 12 支大尺寸(直徑：85 cm)RC 圓形短柱，持續針對國內圓形柱圓 形閉合箍筋及內繫筋之設計及施工實務問題，做進一步的研究。 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 柱受軸壓力之行為，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、期末簡報會議 與工作會議，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 圓柱箍筋及繫筋之規 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. XIII.
(20) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、召開第 1 次工作會議(5 月 27 日)、RC 柱試體之 採購及製作(6 月 28 日決標；7 月 23 日完成所有試體混凝土澆置；並於 9 月 1 日完 成驗收)、召開期中簡報會議(8 月 26 日)、RC 柱試體試驗(於 9 月 28、29、30 日及 10 月 1 日等 4 個工作天完成)與試驗結果之整理及初步分析，後續將持續進行試驗 結果之詳細分析與歸納及提出結論與建議，供工程實務界參考。. 三、重要發現 (1)採用彎鉤( 12d b )直接鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接( 48d b )之螺箍筋 圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 80%。 (2)搭接( l dh )及彎鉤( 12d b )一端鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接( 48d b )之 螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 24%。 (3)搭接( l dh )及彎鉤( 6d b )一端鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接( 48d b )之螺 箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 72%。 (4)搭接( l dh )及彎鉤( 12d b )一端鉤主筋，上下錯開 2l dh 續接之圓箍筋較搭接( 48d b )之 螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 116%。 (5)彎鉤( 12d b )不鉤主筋彎鉤，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋柱較搭接( 48d b )之螺箍筋 柱為佳，柱軸向受壓變形能力可增加約 36%。 (6)內繫筋(十字形及井字形)，應可比照矩形柱，納入圓柱等值橫向鋼筋體積比。 (7)圓箍筋應可發揮其降伏強度之圍束效果。. 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 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. XIV.
(21) 摘 要. 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。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。 本研究案僅針對大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為進行探討，後續應進一步針對鋼筋 混凝土圓柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究。－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 本研究案僅針對大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為進行探討，後續應進一步針對 鋼筋混凝土圓柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究，以真實模擬建築結構柱構材 之受力情形。. XV.
(22) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. ABSTRACT Keywords：Reinforced concrete circular columns, Crossties, Design code Circular columns are popularly utilized in reinforced concrete buildings and bridges. ACI 318M-08 (ACI 2008) does not provide sufficient design details of transverse reinforcement like those of rectangular columns, especially for exterior circular hoop and interior crosstie. Therefore, the main purpose of this study is to evaluate the confinement effectiveness of circular hoop and interior crosstie of circular columns with different design details. An experimental research of large-scale circular reinforced concrete column specimens was carried out at the Architecture and Building Research Institute (ABRI) Ministry of the Interior. Totally, nine sets of large-scale circular stocky reinforced concrete columns, are tested by monotonically increasing axial compression. The primary variables are circular hoop and crosstie types. Recommendations for practical design are proposed.. XVI.
(23) 第一章 緒 論. 第一章 緒 第一節. 論. 研究緣起與背景. 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，本所曾於去(98)年度進行 9 組 18 支大尺寸 RC 圓形短柱軸壓試驗 [1]，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。 本(99)年度將賡續規劃 6 組 12 支大尺寸(直徑：85 cm)RC 圓形短柱，持續針對國內 圓形柱圓形閉合箍筋及內繫筋之設計及施工實務問題，做進一步的研究。 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 柱受軸壓力之行為，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、期末簡報會議 與工作會議，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 圓柱箍筋及繫筋之規 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. 1.
(24) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、召開第 1 次工作會議(5 月 27 日)、RC 柱試體之 採購及製作(6 月 28 日決標；7 月 23 日完成所有試體混凝土澆置；並於 9 月 1 日完 成驗收)、召開期中簡報會議(8 月 26 日)、RC 柱試體試驗(於 9 月 28、29、30 日及 10 月 1 日等 4 個工作天完成)與試驗結果之整理及初步分析，後續將持續進行試驗 結果之詳細分析與歸納及提出結論與建議，供工程實務界參考。. 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 圓柱繫、箍筋相關研究文獻，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) 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[2]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，惟其缺點在於並無單純承受軸壓之試體、只有螺箍筋圓柱的資料及柱試體 較小等缺點(圓形螺箍筋柱最大直徑：60 cm)。. (2) Performance of circular reinforced concrete bridge columns under bidirectional earthquake loading (M. M. Hachem, S. A. Mahin, and J. P. Moehle, Pacific Earthquake 2.
(25) 第一章 緒 論. Engineering Research Center, PEER 2003/6, University of California, Berkeley, USA, 2003) 本研究[3]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。. (3) ACI 318M-08 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 2008) 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，但該規範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，然而對於國內常採用的圓形閉合箍筋柱之相關設計細 部，則無相關規定。 另依據本規範之第 12.5.1、12.5.2 及 12.5.3 節之規定： 拉力鋼筋標準彎鉤伸展長度為 l dh = (0.24ψ e λf y /. f c′ )d b ，其中對於環氧樹脂塗. 布鋼筋ψ e 值取 1.2，對於輕質混凝土 λ 值取 1.3。其他情形：ψ e 及 λ 皆為 1.0。 l dh 可乘以以下適用的修正因數予以折減，但不得小於 8d b 或 15 cm: 對於#11(D36)或較小鋼筋，其側面保護層(垂直彎鉤平面) ≥ 6.5 cm，且若 90 度 彎鉤直線延長段 ≥ 5 cm，修正因數可取 0.7。. l dh. 因此可得 0.168 f y = db f c′. (1). (4) ACI Committee 105 (Reinforced Concrete Column Investigations) -- ACI Journal, Proceedings: Vol. 26, April 1930, 601-612; Vol. 27, February 1931, 675-676; Vol. 28, November 1931, 157-578; Vol. 29, September 1932, 53-56; Vol. 30, September-October 1933, 78-90; November-December 1933, 153-156. ACI 105 技術委員會[5]依據伊利諾大學(University of Illinois)及里海大學 (Lehigh University)於 1927 至 1933 年進行 564 支鋼筋混凝土柱試驗之結果，研訂鋼 筋混凝土柱極限軸向強度公式： P0 = 0.85 f c′( Ag − Ast ) + f y Ast ，其中 f c′ = 混凝土之規. 3.
(26) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 定抗壓強度； Ag = 總斷面積； Ast = 縱向鋼筋斷面積及 f y = 縱向鋼筋之規定降伏 強度。其試驗圓形柱直徑約為 20 cm ( 8 − 1 4 in.)，與工程實務應用之鋼筋混凝土柱 尺寸相去甚遠。. 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[6]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[7]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) 公路橋梁耐震設計規範修訂草案之研究(張國鎮等，國家地震工程研究中心研究 報告：NCREE-07-055，2007 年) 本研究報告[8]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，根 據本研究報告建議，對於圓柱而言，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。. 4.
(27) 第一章 緒 論. (2) 中國土木水利工程學會(土木 401-93) 本規範草案[9]主要係依據美國混凝土學會(ACI, American Concrete Institute)之. ACI 318-02 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary)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 48d b (無粘裹竹節 鋼棒或鋼線)之大者。( d b 為螺箍筋之標稱直徑) 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 ρ s 不得小於以下兩式之值： ⎛A ⎞ f′ ρ s = 0.45⎜⎜ g − 1⎟⎟ c ⎝ Ac ⎠ f yh. ρ s = 0.12. f c′ f yh. (2). (3). 其中. Ac = 螺箍筋柱螺箍外緣以內之斷面積。 f yh = 橫向鋼筋之規定降伏強度。. (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 6d b (但不得小於 7.5 cm)，彎鉤必須圍繞縱向鋼筋後進入肋筋或箍筋所圍束區域 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 6d b 。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. 5.
(28) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 與 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[10]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[11]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。. 6.
(29) 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[6]). 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[7]). 7.
(30) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. (a). (b) 圖 1-3 橋梁耐震設計規範草案建議圓柱示意圖 (資料來源：參考文獻[8]). 8.
(31) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析 本所於去(98)年度已完成 9 組 18 支圓形短柱試體的軸壓試驗，以下將針對試驗 結果詳加說明，並做為今(99)年度規劃試體之參考依據。. 第一節 試體之規劃 由第一章之相關文獻回顧得知，對於 RC 圓柱，美國 ACI 規範及相關設計、施 工皆以螺箍筋為主，尚未發現有採用圓形閉合箍筋及內部繫筋之研究文獻。而日本 則對於橋梁 RC 柱，發現採用螺箍筋、圓形閉合箍筋及內部繫筋之研究資料。由於 國內長期以來，皆參考 ACI 規範研訂國內規範，但因臺灣與美國國情不盡相同，國 內常有使用圓形閉合箍筋的需求，致使設計者及施工者無所依據。因此首先規劃螺 箍筋 RC 圓柱 2 組(ACI 續接長度 48d b 及日本東京工業大學彎鉤直接續接方式)，另 設計圓形閉合箍筋 RC 圓柱 5 組(ACI 續接長度 48d b、日本東京工業大學彎鉤直接續 接、ACI 拉力彎鉤續接、彎鉤直接續接但不鉤住主筋及彎鉤直接續接但僅鉤住輔助 鋼筋)。最後規劃圓形閉合箍筋搭配 2 根標準繫筋 RC 圓柱 1 組(橫向鋼筋體積比與 標準試體接近)，以及圓形閉合箍筋搭配 4 根繫筋 RC 圓柱 1 組(135 度繫筋且橫向鋼 筋體積比與標準試體相同)。去(98)年度研究之圓形 RC 柱試體彙整表，參見表 2-1。. 第二節. 試體細部設計及強度檢核. 本研究選定之圓柱試體直徑為 85 cm，高寬比選定為 3，因此試體的總高度為. 258 cm (其中混凝土的高度為 255 cm；另含頂部及底部之 1.5 cm A572 Grade 50-直 徑 85 cm 圓鋼板)，以下為試體設計之詳細資料：. (1)材料強度： f c′ = 28 MPa (280 kgf/cm2)；主筋： f y = 414 MPa (4200 kgf/cm2)； 箍筋及繫筋： f yt = 414 MPa (4200 kgf/cm2)。. (2)柱試體斷面直徑為 85 cm；混凝土之保護層厚度= 5 cm；總高度為 258 cm。 (3)主筋設計：. 9.
(32) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 採用 ρ st = 0.02 ；因此所需之主筋面積為 Ast = 0.02 × 0.25 × π × 85 × 85 = 113.5. cm2。考慮 24 根主筋均勻排列；主筋採用#8(D25)， Ast = 24 × 5.067 = 121.608 cm2 ≈ 113.5 cm2。. (4)檢核柱之軸壓力強度： P0 = [28 × (0.25 × π × 85 × 85 − 121.608) + 414 ×121.608] / 1000 = 20.58. MN < 30. MN 為本所材料實驗中心 3000 噸萬能試驗機之最大壓力能量(OK) 另假設混凝土強度有 15%之變異性，其最大軸壓力強度約為 23.66 MN，應屬 可行之設計。. (5)橫向鋼筋之設計： 本研究設計之柱體高寬比為 3，其中規劃高度中央 3 分之 1 的區域為試驗段(亦 即預期試體破壞發生的區域)，對於上部及下部 3 分之 1 的區域，其設計強度高於試 驗段，以確保試體破壞於中央試驗段(因內繫筋對於圓形 RC 柱的圍束效果尚有疑 慮，本研究對於非中央試驗段，採取縮小箍筋間距的設計方式)。本研究之中央試驗 段標準斷面螺箍筋或圓形閉合箍筋採用#3(D10)–每一斷面配置 2 個箍筋，間距為 8. cm (滿足螺箍筋之淨間距不得大於 7.5 cm 之要求)，計算所需的橫向鋼筋體積比是 否滿足規範之要求：. ⎛ 0.25 × π × 85 × 85 ⎞ 28 = 0.0087 Code 1: ρ s = 0.45 × ⎜ − 1⎟ × ⎝ 0.25 × π × 75 × 75 ⎠ 414 28 Code 2: ρ s = 0.12 × = 0.0081 414 (a) 對於螺箍筋或圓形閉合箍筋 2-#3(D10)@8 cm： 0.71× π × 74.05 × 2 ρs = = 0.0093 (符合規範之要求) 0.25 × π × 75 × 75 × 8 此外，本研究對於繫筋之等值橫向鋼筋體積比，採用參考文獻[12]之觀念計算 之(考慮斷面半圓自由體之混凝土側向擴張力與橫向鋼筋拉力成平衡狀態)。 (b) 對於圓形閉合箍筋#4(D13)配合 2 個#3(D10)135 度繫筋@8 cm： 73.73 × π × 1.29 ρs = + 0.25 × 0.0093 = 0.0108 (與標準斷面橫向鋼筋比相近) 0.25 × π × 75 × 75 × 8 (c) 對於圓箍筋#3(D10)與 4 個 135 度繫筋@8 cm： ρ s = 0.0093 (與標準斷面橫向鋼筋體積比相同). (6)箍筋、繫筋之設計： 本研究有關箍筋及繫筋之細部尺寸及續接長度，皆參考混凝土工程設計規範草 案[9]、ACI 318-08 規範[4]及日本東京工業大學資料庫[6]進行設計與施工。其中對 於#3 螺箍筋及圓箍筋( d b = 0.95 cm)之直線續接長度為 l d = 48 × 0.95 = 45.6 cm，採用. 10.
(33) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 50 cm；90 度彎鉤直線延伸段為 12d b = 12 × 0.95 = 11.4 cm，採用 12 cm。另對於#4 圓 箍筋( d b = 1.27 cm)之 90 度彎鉤直線延伸段為 12d b = 12 ×1.27 = 15.24 cm，採用 16. cm。對於#3 繫筋( d b = 0.95 cm)之 90 及 135 度彎鉤直線延伸段為 6d b = 6 × 0.95 = 5.7 cm(但不得小於 7.5 cm)，採用 8 cm。 對於#3 鋼筋： d b = 0.95 cm、 f y = 414 MPa 及 f c′ = 28 MPa 0.168 × 414 l dh = × 0.95 = 12.49 cm，採用 15 cm。 28 對於#4 鋼筋： d b = 1.27 cm、 f y = 414 MPa 及 f c′ = 28 MPa 0.168 × 414 l dh = × 1.27 = 16.7 cm，採用 17 cm。 28 本研究圓形 RC 柱試體之細部，參見圖 2-1 至圖 2-11。. 第三節. 試體軸向試驗結果分析. 本研究除預埋的鋼筋應變計之外(參見圖 2-11)，另由資料擷取器經由 MTS 3000 噸萬能試驗機之控制箱，讀取該系統軸力及軸向變位之資料，並於中央試驗段(85 cm) 之四側架設四支 LVDT(衝程為 50 mm，Kyowa DTH-A-50)及利用預埋吊環與輪軌式 運載台車承壓板佈設 1 支較大衝程拉線式位移計(Displacement Transducer)(衝程為. 500 mm，Kyowa DTP-05-MDS)。 本研究之試驗流程以位移控制模式(Displacement Control Mode)進行，其中軸向 位移速率為 2.25 mm/min，其所對應軸向位移速率約為 0.0009 /min (ASTM C39-96 對於混凝土圓柱試驗之軸向位移速率為 0.0043 /min [13])，另設定本試驗停止的條件 為當軸向載重大約衰減至最大載重之一半時，即停止試驗，本研究柱試體之軸壓試 驗，於 98 年 12 月 14 日至 28 日以 11 個工作天完成。 試驗結果發現所有 18 支試體其主要破壞皆發生於中央試驗段，符合研究預期 構想。依據 MTS 軸向力、LVDT 及系統軸向位移(初期採用 4 支 LVDT 之平均值； 後期則以系統軸向位移為準，並考量試體非測試段及載重系統彈性變形之影響)的歷 時資料，本研究 9 組 18 支試體之中央試驗段軸向力及位移圖，參見圖 2-12 至 2-20； 此外，本研究以試體軸向力衰減至 P0 及 0.8P0 所對應之中央試驗段軸向位移值，做 為軸向變形性能的判斷依據，彙整結果參見表 2-2，初步可獲得如下的結論：. 11.
(34) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. (1) 經觀察本研究之 9 組 18 支圓柱試體之破壞情形，所有試體皆發現有螺箍及 圓箍筋斷裂於非搭接或續接處的情況，與矩形柱之破壞情形不同(皆於角隅續接處被 拉開)，推論應為螺箍及圓箍筋的圍束效果較矩形箍筋為佳。. (2) 採用彎鉤( 12d b )直接鉤主筋較搭接( 48d b )之螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可 增加柱軸向受壓之變形能力約 27%。. (3) 採用彎鉤( 12d b )直接鉤主筋續接較搭接( 48d b )之圓箍筋圓柱，可增加柱軸 向受壓之變形能力約 21%。. (4) 搭接( 48d b )之圓箍筋柱較搭接( 48d b )之螺箍筋柱為優，可增加鋼筋混凝土 柱軸向受壓之變形能力約 7%。. (5) 搭接( l dh )及彎鉤( 12d b )一端鉤主筋與彎鉤( 12d b )直接鉤主筋圓箍筋之柱為 差，減少鋼筋混凝土柱軸向受壓之變形能力約 4%。. (6) 彎鉤( 12d b )不鉤主筋之圓箍筋柱較搭接( 48d b )之螺箍筋柱為佳，柱軸向受 壓變形能力可增加約 7%。. (7) 彎鉤( 12d b )鉤補助筋之圓箍筋柱較搭接( 48d b )之螺箍筋柱為佳，柱軸向受 壓變形能力可增加約 16%。. (8) 內繫筋(十字形及井字形)，應可比照矩形柱，納入圓柱等值橫向鋼筋體積 比。 然而，尚有待釐清之重點包括：. (1) 因前述研究中 5 組雙箍圓箍筋柱其雙箍筋皆自身錯開約四分之一的園周距 離，無法反映單箍圓箍筋之受壓行為，實有必要進行進一步研究加以澄清。. (2) 一般箍筋之彎鉤長度採用 6d b ，而非 12d b 需進一步澄清。 (3) 應進一步探討連續圓箍筋之合理錯開距離，以避免箍筋續接過於集中，而 造成圓柱之提前破壞。. 12.
(35) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 表 2-1 本研究(98 年)之圓形柱試體規劃 編號 RC1. 箍筋型式 螺箍筋. 箍筋量 2-#3＠8cm. 續接方式 每 4.5 圈搭接 50cm；自己 不錯開續接；螺箍筋間錯 開續接。 每 4.5 圈 12cm 彎鉤直接鉤 主筋；自己不錯開續接； 螺箍筋間錯開續接。 每圈搭接 50cm；自己錯開 續接，上下也錯開續接 每圈 12cm 彎鉤直接鉤主 筋；自己錯開續接，上下 錯開續接。 每圈搭接 15cm 並 12cm 彎 鉤一端鉤主筋；自己錯開 續接，上下錯開續接。 每圈 12cm 彎鉤（不鉤主 筋）；自己錯開續接，上下 錯開續接。 每圈 12cm 彎鉤直接鉤補助 鋼筋；自己不錯開續接， 上下不錯開續接。 每圈搭接 17cm 並 16cm 彎 鉤；上下錯開續接。. RC2. 螺箍筋. 2-#3＠8cm. RC3. 圓橫箍. 2-#3＠8cm. RC4. 圓橫箍. 2-#3＠8cm. RC5. 圓橫箍. 2-#3＠8cm. RC6. 圓橫箍. 2-#3＠8cm. RC7. 圓橫箍. 2-#3＠8cm. RC8. 圓橫箍 繫筋. RC9. 圓橫箍 繫筋. 1-#4＠8cm 2-#3(90-135)(十 字形) 1-#3＠8cm 每圈搭接 15cm 並 12cm 彎 4-#3(135-135)(井 鉤；上下錯開續接。 字形). (資料來源：本研究) 註 1：混凝土強度：28 MPa；鋼筋降伏強度：414 MPa。 註 2：每種編號製作 2 支試體。 註 3：鋼筋應變計採用 TML(FLA-5-120-11-3L)或類似型號應變計。 註 4：螺箍筋應於兩端再加 1.5 圈以為錨定。. 13.
(36) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 表 2-2 本研究(98 年)之圓形柱軸向變形性能彙整表 Average axial Ratio to Axial Average Specimen Axial Average axial Ratio to designation displacement displacement benchmark displacement displacement benchmark ratio of P0 (RC1) at and 0.8 P at 0.8 P0 at 0.8 P0 at P0 (mm) at P0 (mm) (RC1) at 0 P0 0.8 P0 (mm) (mm) 0.5[(1)+(2)] (1) (2) RC1-1 11.1 24.0 12.3 1.00 23.0 1.00 1.00 RC1-2 13.5 21.9 RC2-1 11.5 27.8 14.0 1.14 32.1 1.40 1.27 RC2-2 16.4 36.3 RC3-1 13.0 22.0 14.5 1.18 21.9 0.95 1.07 RC3-2 15.9 21.7 RC4-1 15.7 25.6 15.1 1.23 31.0 1.35 1.29 RC4-2 14.5 36.3 RC5-1 14.0 33.3 13.3 1.08 31.3 1.36 1.22 RC5-2 12.6 29.2 RC6-1 12.1 32.6 11.9 0.97 26.7 1.16 1.07 RC6-2 11.7 20.8 RC7-1 10.9 24.0 12.2 1.00 29.5 1.28 1.14 RC7-2 13.5 34.9 RC8-1 27.6 36.6 25.2 2.05 38.3 1.67 1.86 RC8-2 22.7 39.9 RC9-1 7.64 25.8 9.82 0.80 26.2 1.14 0.97 RC9-2 12.0 26.6. 14.
(37) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 85 A572 Grade 50 steel plate. A. A. 85. 3.5. 1.5. (85 cm Diameter). 5. 85. 1.6 cm hole. 85. 258. 40. Hole Diameter = 40 cm. LVDT. Longitudinal rebar welded with plate. 3.5. 1.5. 85. Section A-A. A572 Grade 50 steel plate (85 cm Diameter). Unit： cm. 圖 2-1 本研究(98 年)圓形柱試體之立面及剖面圖 (資料來源：本研究). 15.
(38) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 5 85. Concrete cover = 5 cm. 24 Longitudinal reinforcement (D25) Spiral 2-#3 (D10) @ 8 cm lap splice = 50 cm. Unit：cm. Note：Spiral 2-#3 (D10) @ 6cm and lap splice = 50 cm for top and bottom regions. Specimen RC1 圖 2-2 本研究(98 年)RC1 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5. 85. 12. 57 .3. ≈. 4l. dh. Splice rotation. Unit：cm. Spiral 2-#3 (D10) @ 8 cm. Note：Spiral 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC2 圖 2-3 本研究(98 年)RC2 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 16.
(39) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 5. 85 Splice rotation. 50. 50. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm lap splice = 50 cm. Unit：cm. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm and lap splice = 50 cm for top and bottom regions. Specimen RC3 圖 2-4 本研究(98 年)RC3 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5 85. 57 .3 h. 4l d. 12. ≈. Splice rotation Unit：cm. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC4 圖 2-5 本研究(98 年)RC4 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 17.
(40) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 5 85. .2 32. 12. Splice rotation. ≈ h 2l d. Unit：cm. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. 15. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC5 圖 2-6 本研究(98 年)RC5 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5. 3 57.. 12. 85. ≈4 l dh. Splice rotation Unit：cm Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC6 圖 2-7 本研究(98 年)RC6 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 18.
(41) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. 5. 85. 12. #6 (D19) @ for fastening hook. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. Unit：cm. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC7 圖 2-8 本研究(98 年)RC7 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5 85. 32 .2. ≈. 2l. dh. Splice rotation. 17. 8. 16. 8. Unit：cm. Circular hoop #4 (D13) plus 2-#3(D10) crossties @ 8 cm. Note： (1) Circular hoop #4 (D13) plus 2-#3(D10) crossties @ 6cm for top and bottom regions (2) Crosstie alternate end for end along the longitudinal reinforcement. Specimen RC8 圖 2-9 本研究(98 年)RC8 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 19.
(42) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 5. 2l d. h. 85. 15. 32 .2. ≈. Splice rotation. 12. Unit：cm. Circular hoop #3 (D10) plus 4 crossties @ 8 cm. Note：Circular hoop #3 (D10) plus 4 crossties @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC9 圖 2-10 本研究(98 年)RC9 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 50. 50. 850. 3. Specimen No. Strain gauges. 850. 3. 4. 4. 1 ~ 6. RC2. 1 ~ 6. RC3. 1 ~ 6. RC4. 1 ~ 6. RC5. 1 ~ 6. RC6. 1 ~ 6. RC7. 1 ~ 6. RC8. 1 ~ 10. RC9. 1 ~ 8. 7 9. 7. 1. 2. 10. 2. 1. 8 5. RC1. 8 5. 6. 6. Unit：mm. RC1 - RC8. RC9. Note： Strain gauges of 3 , 4 , 5 , and 6 are installed on longitudinal reinforcement. 圖 2-11 本研究(98 年)圓形柱應變計位置圖 (資料來源：本研究). 20.
(43) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC1-1. RC1-2. 圖 2-12 本研究(98 年)RC1 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究) Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC2-1. RC2-2. 圖 2-13 本研究(98 年)RC2 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究). 21.
(44) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC3-1. RC3-2. 圖 2-14 本研究(98 年)RC3 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究) Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. Axial Displacement (mm) RC4-1. RC4-2. 圖 2-15 本研究(98 年)RC4 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究). 22. 45.
(45) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC5-1. RC5-2. 圖 2-16 本研究(98 年)RC5 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究) Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC6-1. RC6-2. 圖 2-17 本研究(98 年)RC6 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究). 23.
(46) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC7-1. RC7-2. 圖 2-18 本研究(98 年)RC7 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究) Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. Axial Displacement (mm) RC8-1. RC8-2. 圖 2-19 本研究(98 年)RC8 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究). 24. 45.
(47) 第二章 98 年 9 組大尺寸圓柱試體試驗結果分析. Axial Load-Displacement Curves 1.2 1. P/Po. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. Axial Displacement (mm) RC9-1. RC9-2. 圖 2-20 本研究(98 年)RC9 試體軸向力與位移圖 (資料來源：本研究). 25.
(48) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 26.
(49) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 第三章 實驗試體之規劃設計及製作 第一節. 試體之規劃設計. 本所已於去(98)年度針對 18 支 RC 圓形短柱，進行軸壓試驗，以探討各種箍、 繫筋配置下之軸向韌性行為，雖已獲致初步的研究成果，然而尚有若干疑點有待 釐清(參見第二章)。為方便未來分析比對，本研究將以去(98)年度之試體編號為依 據，並以相同的材料強度及試體尺寸，規劃相關的試體。本研究首先針對 RC4 試 體，規劃 1 組相關試體(RC4a)，其目的為檢核彎鉤直接鉤主筋( 12d b )圓箍筋圓柱之 合理錯開距離( l dh )。另針對 RC5 試體，設計 3 組相關試體(RC5a、RC5b 及 RC5c)， 其目的為檢核搭接 ( l dh = 15 cm) 並有一彎鉤鉤主筋圓箍筋圓柱之合理錯開距離. ( l dh 及 2l dh )及箍筋之合理彎鉤長度( 6d b 及 12d b )。最後針對 RC6 及 RC9 試體，各 設計 1 組試體(RC6a 及 RC9a)，以驗證合理錯開距離及井字型標準繫筋配置的軸向 行為。本研究之 RC 圓形柱試體規劃表，參見表 3-1，另 RC 柱試體之細部，參見 圖 3-1 至圖 3-8。. 第二節. 鋼筋混凝土圓柱試體之發包作業. 本研究共計 12 支鋼筋混凝土圓柱試體之製作(除預埋 80 片鋼筋應變計之材料 與施工，由本所委託三聯科技股份有限公司辦理外)，依據政府採購法相關規定，以 上網公開招標的方式，徵選廠商辦理。本案於 6 月 28 日辦理第 2 次招標開標作業， 共有 1 家廠商參與投標，由伍寬營造有限公司(台中縣梧棲鎮)以 61 萬元得標。本標 案之時程要求為得標廠商應於決標次日起 30 日曆天內完成本案所有試體之混凝土 澆置，並於 60 日曆天內報請本所辦理驗收。為確保本研究試體製作之品質及精確 度，合約之試體製作注意事項規定如下：. 1. 施工前試體底座所在區域須先行整平，才能施工，且底模鋪設前須由本所 人員驗收其水平完成後，才能施工。. 2. 試驗場中的施工，需由本所人員許可後方能進行。 3. 廠商於施工過程及完工後須負責維護場地清潔。. 27.
(50) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 4. 廠商須負責現場之安全衛生之設計及施工作業。 5. 在試體適當位置需加設試體吊鉤，以便利試體之移動，試體吊鉤位置應配 合本所人員要求。. 6. 在試體適當位置需預埋螺桿或鐵件，以便利日後變位計之架設，預埋螺桿 或鐵件位置應配合本所人員要求。. 7. 試體裝置應變計部分由本所負責施作，廠商於施工過程中應預先知會本所 何時可派員進場黏貼應變計。. 8. 本案所有柱試體之縱向鋼筋應以適當之設計及施工方式與上、下端板銲接 固定，且上、下端板不可產生翹曲，必須保持完全水平。. 9. 模板工程精確與否為實驗的重要因素，其包括組裝與支撐等的施作精度必 須良好，尤其各軸線、角度及水準面都要兼顧。另一方面，須配合工程進 度，不得延誤。. 10. 進行模板工程前，應於 24 小時前通知本所人員，以方便本所人員進行最 後之檢核，未經允許不得施工。. 11. 試體製造過程中，因研究需要有可能於試體施工進行中，為配合實驗目的 而進行部份修改，請廠商予以配合。若有超過或減少其承包價之 10%則依 實際數量增減帳目；未達 10%者，則不予以計價。. 12. 澆置混凝土應於 24 小時前通知本所人員，未經允許不得澆置。 13. 所有混凝土澆置於模板內 15 分鐘內應即使用頻率至少每分鐘 4000 次之高 頻率內部振動器振實之，振動器使用地點、方法及振動時間，須保證混凝 土得到最大密度而不使水泥漿及粒料產生離析，且不致引起表面有浮水現 象，並需分層澆置。. 14. 試體完成拆除模板後，待試體進行試驗前，本所將另行通知廠商將所有試 體漆上白色油漆。. 15. 本案所有柱試體上部端板與混凝土澆置完成面之間應預留 2 cm 之間隙， 並以至少 56 MPa 強度無收縮水泥漿灌實，再將直徑 40 cm 之圓形灌漿鋼 板填回、銲接固定及磨平，同時上部端板 4 個直徑 1.6 cm 之通氣孔亦須滿 銲並磨平。. 16. 本案所有完成之柱試體須有明顯的標記，足以識別其試體編號(如對 RC4a 試體型式，編為 RC4a-1 及 RC4a-2，其餘類推)。. 28.
(51) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 17. 如完成製作之試體有缺失之處，廠商有責任加以補強或重新製作以達預先 要求。. 18. 其餘未規定之事項，依內政部結構混凝土設計及施工規範與建築土木工程 施工慣例辦理。. 19. 材料要求： (A)混凝土： (1)拌合混凝土用之材料(水泥、骨材、水、添加劑)等均需按 CNS 規定辦 理。 c水泥：普通波特蘭水泥(TYPE I)，應符合 CNS-61 規定。 d骨材：粗骨材最大尺寸為 2.5 cm，細骨材用天然砂(未受污染者)或 其與軋製砂之混合材料，其含泥量不得超過 3%，FM 在 2.3 以上， 其含氯離子量需在 0.003%以下，依 JIS A5308 提出檢驗報告。粗 細骨材比重均應在 2.5 以上，堅硬潔淨。 e水：須潔淨，不得含有害的酸、鹼、油、鹽類有機物及懸游有害物 質。 f化學添加劑：須經本所人員同意其種類與用量，並先作試體合格後 始可使用。. (2)本案試體於混凝土澆置後 20 天內，不得吊裝。若於預鑄廠製作時， 混凝土強度達 12 MPa 以上，可進行脫模作業(將試體模具移除並搬運 至儲存場地儲放)。. (3)本案混凝土 28 天設計強度為 28 MPa。每一柱試體之混凝土材料針對 14 天(2 個)、28 天(2 個)及試驗當天(3 個)共提供 7 個抗壓試體(其中前 2 項須做溼布養護；最後 1 項則與柱試體養護條件相同)以供測試抗壓 強度( f c′ )，試體取樣位置由本所人員於現場指定之，混凝土強度試驗 須符合 ASTM 試驗規範及一般規定。每次澆置前，須提送配比至本所 審核，並於現場澆置時做坍度試驗，不合格者則予以退回，不得澆 置。混凝土抗壓強度，需至具 TAF 認證之實驗室進行混凝土抗壓試驗. (試驗費用由廠商支付)。每一柱試體混凝土 14 天之平均抗壓強度需大 於 18 MPa；28 天材齡試體之抗壓試驗強度需滿足(a)個別抗壓強度均 大於 28 MPa 且(b)平均抗壓強度小於 34 MPa 之合格標準，否則廠商必. 29.
(52) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 須拆除、重作，不得異議。. (B)鋼材、鋼筋、結合鐵件、銲接材料及五金： (1)鋼材：A572 Gr. 50 或類似鋼材。 (2)鋼筋：均應符合 JIS-G 3112 規格或竹節鋼筋 CNS 560 或 ASTM A706。 不得使用水淬鋼筋。鋼筋之降伏強度要求為 414 MPa 不可超過. 540 MPa)。使用竹節鋼筋#3 及#8，組筋前，須先行至具 TAF 認 證之實驗室做抗拉應力-應變曲線試驗(同批鋼筋料各號數鋼筋 各提供 3 支 100 cm 長之鋼筋試片試驗結果，試驗費用由廠商支 付)。. (3)結合鐵件：ASTM A572 Gr.50 之要求。 (4)銲接材料：ASTM. E7016 或同級材料。. (5)吊點：屬假設工程，能保吊裝安全因數至少 4 以上為原則。 (6)以上之鐵件不須做任何防銹處理；螺紋及空隙處在送入儲場前應塗以 黃油，吊裝前應將黃油消除乾淨；鐵件之加工精度，尺寸誤差不得超 過±3 mm。若有不同的處理方式，必先經設計者同意後才能更改。. 第三節. 試體之施工、組模及澆置混凝土. 本研究案 D10(#3) 鋼筋 (SD420) 由利瑋鋼鐵有限公司製造 ( 高雄市三民區 ) ；. D25(#8)鋼筋(SD420W)由海光企業股份有限公司(高雄市小港區)及豐興鋼鐵股份有 限公司製造(臺中縣后里鄉)，均提供無放射性污染證明。另本案由於施工期程較為 緊迫(決標次日起 30 日曆天內必須完成所有試體混凝土之澆置工作)，為爭取時效， 因此鋼筋的裁切及加工(鋼筋試片於 7 月 15 日進行試驗，結果參見表 3-2，符合合 約之要求)，於鋼筋加工廠進行(所有鋼筋之加工彎曲均在常溫下進行)。 此外，為求施工的便利及精確性，試體上端板於鋼構廠預先進行 24 個主筋銲 接孔之鑽孔，而下端板則於主筋位置銲接外徑 32 mm 之套筒。上端板中央另開直 徑 40 cm 之混凝土灌漿孔(保留開孔圓形鋼板，並於灌漿後蓋回)。另以去(98)年製 作圓形鋼模 3 套，供圓形柱試體組模用，並且以試體組立施工台，進行鋼筋籠組立. (主筋與上、下端板先以點銲固定)，以控制試體製作之精準度。. 30.
(53) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 本研究案之承包商於 7 月 16 日進場開始施作，三聯科技股份有限公司則於 7 月 18 日進場配合，7 月 20 日至 23 日連續 4 天澆置混凝土，每天澆置 3 支鋼筋混凝 土圓形柱試體。預拌混凝土廠為芳榮實業股份有限公司(新店市安平路)，混凝土配 合比例設計表參見表 3-3，並以混凝土吊桶由上端板中央之直徑 40 cm 混凝土灌漿 孔，分 4 次以垂直方式澆置，以模擬工地現場澆置情況。RC 柱試體之混凝土澆置 完成面約與上端鋼板底面相差 2 cm，並於 7 月 27 日進行無收縮水泥漿之 2 次施工， 同時將上端板圓形灌漿孔鋼板置回，再將主筋與上端板之空隙滿銲並磨平。本案 每支試體製作 9 個混凝土圓柱試體，供未來試體分析驗證用。混凝土圓柱試體於 8 月 6 日，進行 14 天混凝土抗壓強度試驗，試驗結果參見表 3-4，符合合約之要求。 另於 8 月 18 日及 20 日，分 2 次進行 28 天混凝土圓柱試體抗壓強度試驗，試驗結 果參見表 3-5，尚符合合約之要求，並於 9 月 1 日完成驗收。本案共預埋 80 片 2 線 式鋼筋應變計(KYOWA)，所有試體應變計均保持在正常的狀態下，另有 RC9a-2 試 體於鋼模拆除時，所有應變計連接線不慎被切除，後雖經銲接補救，但原有編號已 逸失，後續分析時，再視實際資料調整補救，量測結果參見表 3-6，另有關本研究 試體詳細製作施工細節，可參見圖 3-9 至 3-34。. 31.
(54) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 表 3-1 本研究試體規劃彙整表 項目 1. 圓形柱編號 RC4a. 箍筋型式 圓橫箍. 2. RC5a. 圓橫箍. 3. RC5b. 圓橫箍. 4. RC5c. 圓橫箍. 5. RC6a. 圓橫箍. 6. RC9a. 圓橫箍 繫筋. 箍筋量 2-#3＠8cm. 續接方式 每圈 12 cm 彎鉤直接鉤主筋 且不錯開續接，上下錯開 l dh 續接。 2-#3＠8cm 每圈搭接 15 cm 並以 12 cm 彎鉤之一端鉤主筋，且不錯 開 續 接 ， 上 下 錯 開 l dh 續 接。 2-#3＠8cm 每圈搭接 15 cm 並以 6 cm 彎 鉤之一端鉤主筋，且不錯開 續接，上下錯開 l dh 續接。 2-#3＠8cm 每圈搭接 15 cm 並以 12 cm 彎鉤之一端鉤主筋，且不錯 開 續 接 ， 上 下 錯 開 2l dh 續 接。 2-#3＠8cm 每 圈 12 cm 彎 鉤 ( 不 鉤 主 筋 ) ，且不錯開續接，上下 錯開 l dh 續接。 1-#3＠8cm 每圈搭接 15 cm 並以 12 cm 4-#3(90-135) 彎鉤之一端鉤主筋，上下錯 (井字形) 開 2l dh 續 接 ； 繫 筋 間 隔 換 端。. 註 1：混凝土強度：28 MPa；鋼筋降伏強度：414 MPa。 註 2：每種編號製作 2 支試體。 註 3：柱試體斷面之保護層厚度為 5 cm；縱向鋼筋為 24 支#8 主筋。. (資料來源：本研究). 32.
(55) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 表 3-2 竹節鋼筋試驗表 鋼筋號數. 規格. 編號. f y (MPa). f y 之平均值 (MPa). D10 (#3). D25 (#8). D25 (#8). SD 420. 1. 428. 2. 469. 3. 472. SD 420W. 1. 478. (海光). 2. 487. 3. 490. SD 420W. 1. 449. (豐興). 2. 448. 3. 444. 456. 485. 447. 註 1： f y 為鋼筋之降伏強度；試驗方法： CNS 560 (2005)。 註 2：本試驗於 2010/07/15 假桂田土城實驗室(成田興業有限公司)進行。 註 3：見證人：內政部建築研究所(李台光)及伍寬營造(王文生)。. (資料來源：本研究). 33.
(56) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 表 3-3 本研究混凝土配合比例設計表. (資料來源：本研究). 34.
(57) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 表 3-4 圓形柱試體 14 天混凝土強度彙整表 f c′ (MPa). f c′ 之平均值 (MPa). 1. 26.1. 26.0. 2010/07/23. 2. 25.8. 1. 25.8. 25.7. 2010/07/22 2010/08/06. 2. 25.5. 1. 26.8. 26.5. 2010/07/23 2010/08/06. 2. 26.2. 1. 26.3. 26.4. 2010/07/23 2010/08/06. 2. 26.5. 1. 28.9. 29.2. 2010/07/21 2010/08/06. 2. 29.5. 1. 25.2. 25.1. 2010/07/20 2010/08/06. 2. 24.9. 1. 25.0. 24.5. 2010/07/20 2010/08/06. 2. 24.0. 1. 25.4. 25.2. 2010/07/20 2010/08/06. 2. 24.9. 1. 30.7. 30.3. 2010/07/21 2010/08/06. 2. 29.8. 1. 27.2. 27.2. 2010/07/21 2010/08/06. 2. 27.1. 1. 24.5. 24.6. 2010/07/22 2010/08/06. 2. 24.6. 1. 25.5. 25.7. 2010/07/22 2010/08/06. 2. 25.8. 試體編號 圓柱試體 編號. RC4a-1 RC4a-2 RC5a-1 RC5a-2 RC5b-1 RC5b-2 RC5c-1 RC5c-2 RC6a-1 RC6a-2 RC9a-1 RC9a-2. 試體混凝土 圓柱試體試 澆置日期 驗日期. 2010/08/06. (資料來源：本研究) 註 1： f c′ 為混凝土 14 天強度；試驗方法： CNS 1232 (2002)。 註 2：本試驗假豪鴻科技有限公司(新店材料實驗室)進行。 註 3：2010/08/06 見證人：內政部建築研究所(薛凱元)及伍寬營造(龔謙鼎)。. 35.
(58) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 表 3-5 圓形柱試體 28 天混凝土強度彙整表 f c′ (MPa). f c′ 之平均值 (MPa). 1. 29.5. 30.0. 2010/07/23. 2010/08/20. 2. 30.4. 1. 28.9. 29.0. 2010/07/22. 2010/08/20. 2. 29.1. 1. 29.1. 30.1. 2010/07/23. 2010/08/20. 2. 31.0. 1. 29.8. 29.7. 2010/07/23. 2010/08/20. 2. 29.5. 1. 30.8. 30.1. 2010/07/21. 2010/08/18. 2. 29.3. 1. 31.8. 32.0. 2010/07/20. 2010/08/18. 2. 32.1. 1. 31.3. 31.9. 2010/07/20. 2010/08/18. 2. 32.5. 1. 33.3. 32.9. 2010/07/20. 2010/08/18. 2. 32.4. 1. 32.2. 32.8. 2010/07/21. 2010/08/18. 2. 33.4. 1. 31.4. 32.2. 2010/07/21. 2010/08/18. 2. 33.0. 1. 29.4. 30.0. 2010/07/22. 2010/08/20. 2. 30.6. 1. 30.1. 29.3. 2010/07/22. 2010/08/20. 2. 28.4. 試體編號 圓柱試體 編號. RC4a-1 RC4a-2 RC5a-1 RC5a-2 RC5b-1 RC5b-2 RC5c-1 RC5c-2 RC6a-1 RC6a-2 RC9a-1 RC9a-2. 試體混凝土 圓柱試體試 澆置日期 驗日期. (資料來源：本研究) 註 1： f c′ 為混凝土 28 天強度；試驗方法： CNS 1232 (2002)。 註 2：本試驗假豪鴻科技有限公司(新店材料實驗室)進行。 註 3：2010/08/18 見證人：內政部建築研究所(薛凱元)及伍寬營造(龔謙鼎)。 註 4：2010/08/20 見證人：內政部建築研究所(李台光)及伍寬營造(龔謙鼎)。. 36.
(59) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 表 3-6(a) 圓形柱試體鋼筋應變值彙整表(單位： μ = 10 −6 ) RC4a-1 施工完成 灌漿後 RC5a-1 施工完成 灌漿後 RC5b-1 施工完成 灌漿後 1 507 394 1 304 66 1 302 246 2 643 478 2 882 645 2 219 164 3 313 138 3 476 260 3 928 880 4 680 533 4 299 -100 4 816 764 5 528 356 5 306 290 5 851 698 6 362 194 6 417 136 6 1413 1271 RC4a-2 施工完成 灌漿後 RC5a-2 施工完成 灌漿後 RC5b-2 施工完成 灌漿後 1 217 91 1 688 450 1 300 156 2 250 152 2 358 164 2 506 284 3 234 49 3 381 880 3 718 559 4 313 151 4 293 764 4 480 289 5 403 250 5 750 698 5 637 455 6 313 168 6 840 1271 6 347 92. (資料來源：本研究). 37.
(60) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 表 3-6(b) 圓形柱試體鋼筋應變值彙整表(單位： μ = 10 −6 ) RC5c-1 施工完成 灌漿後 RC6a-1 施工完成 灌漿後 RC9a-1 施工完成 灌漿後 1 297 96 1 366 336 1 299 214 2 478 214 2 638 591 2 273 121 3 687 495 3 358 166 3 341 176 4 780 616 4 188 350 4 108 -45 5 520 324 5 776 718 5 424 324 6 405 187 6 372 244 6 389 209 7 179 129 8 522 415 9 1625 523 10 -4039 -4139 RC5c-2 施工完成 灌漿後 RC6a-2 施工完成 灌漿後 RC9a-2 施工完成 灌漿後 1 316 138 1 335 275 1 1 -1355 2 265 286 2 244 225 2 66 -333 3 657 459 3 1061 1070 3 578 485 4 532 350 4 444 453 4 105 -316 5 347 144 5 805 710 5 620 2450 6 641 445 6 350 205 6 255 -48 7 414 -3 8 485 1838 9 -807 -1610 10 -3775 -4558. (資料來源：本研究). 38.
(61) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 85 A572 Grade 50 steel plate. A. A. 85. 3.5. 1.5. (85 cm Diameter). 5. 85. 1.6 cm hole. 85. 258. 40. Hole Diameter = 40 cm. LVDT. Longitudinal rebar welded with plate. 3.5. 1.5. 85. Section A-A. A572 Grade 50 steel plate (85 cm Diameter). Unit： cm. 圖 3-1 圓形柱試體之立面及剖面圖 (資料來源：本研究). 39.
(62) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 5 85 19.1 ≈ l. 12. dh. Splice rotation. Unit：cm Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC4a 圖 3-2 RC4a 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5 85. 12. Splice rotation 16. 7≈. Unit：cm. ld. h. 15. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC5a 圖 3-3 RC5a 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 40.
(63) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 5. 85. 6. Splice rotation 16.. 7≈. Unit：cm. ld. h. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. 15. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC5b 圖 3-4 RC5b 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5 85. Splice rotation. 12. .2 32 ≈ h. 2l d. 15. Unit：cm. Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm. Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC5c 圖 3-5 RC5c 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 41.
(64) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 5 85 19 .1. ≈l. 12. dh. Splice rotation. Unit：cm Circular hoop 2-#3 (D10) @ 8 cm Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC6a 圖 3-6 RC6a 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究) 5. 85. 15. 32 .2. ≈. 2l d. h. Splice rotation. 12. 8. Unit：cm Circular hoop 1-#3 (D10) @ 8 cm Note：Circular hoop 2-#3 (D10) @ 6cm for top and bottom regions. Specimen RC9a 圖 3-7 RC9a 試體之中央試驗段斷面圖 (資料來源：本研究). 42.
(65) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 5. 85. 3. 試體編號. Strain gauges. RC4a. 1 ~ 6. RC5a. 1 ~ 6. RC5b. 1 ~ 6. RC5c. 1 ~ 6. RC6a. 1 ~ 6. RC9a. 1 ~ 10. 4 9. 7. 2. 1. 10. 8 5. 6. Unit：cm Note： Strain gauges of 3 , 4 , 5 , and 6 are installed on longitudinal rebars. 圖 3-8 圓形柱應變計位置圖 (資料來源：本研究). 43.
(66) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-9. 圓形柱試體鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-10. RC4a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 44.
(67) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-11. RC4a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-12. RC5a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究) 45.
(68) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-13. RC5a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-14. RC5b-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究) 46.
(69) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-15. RC5b-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-16. RC5c-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究) 47.
(70) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-17. RC5c-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-18. RC6a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究) 48.
(71) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-19. RC6a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-20. RC9a-1 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究) 49.
(72) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-21. RC9a-2 試體中央測試段鋼筋組立圖. (資料來源：本研究). 圖 3-22 (資料來源：本研究) 50. 圓形柱鋼筋組立完成圖.
(73) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-23. 預埋鋼筋應變計施工圖(1). (資料來源：本研究). 圖 3-24. 預埋鋼筋應變計施工圖(2). (資料來源：本研究). 51.
(74) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-25. 圓形柱試體組模圖. (資料來源：本研究). 圖 3-26 (資料來源：本研究) 52. 試體澆置混凝土圖(1).
(75) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-27. 試體澆置混凝土圖(2). (資料來源：本研究). 圖 3-28. 混凝土圓柱試體製作圖(1). (資料來源：本研究) 53.
(76) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-29. 混凝土圓柱試體製作圖(2). (資料來源：本研究). 圖 3-30 (資料來源：本研究). 54. RC 柱試體拆模後之照片(1).
(77) 第三章 實驗試體之規劃設計及製作. 圖 3-31. RC 柱試體拆模後之照片(2). (資料來源：本研究). 圖 3-32. 試體頂部無收縮水泥漿施工圖(1). (資料來源：本研究) 55.
(78) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 3-33. 試體頂部無收縮水泥漿施工圖(2). (資料來源：本研究). 圖 3-34 (資料來源：本研究). 56. 鋼筋試樣試驗圖.
(79) 第四章 試驗過程與結果分析. 第四章 試驗過程與結果之分析 第一節. 試驗過程與觀察結果. 本研究除預埋的鋼筋應變計之外(參見圖 3-8)，另由資料擷取器經由 MTS 3000 噸萬能試驗機之控制箱，讀取該系統軸力及軸向變位之資料，並於中央試驗段(85 cm) 之四側架設四支 LVDT(衝程為 50 mm，Kyowa DTH-A-50)及利用試驗時在試體上下. 100 cm 見方之蓋板(3 cm 厚；ASTM A572 Grade 50)與磁力座，架設 1 支較大衝程拉 線式位移計(Displacement Transducer)(衝程為 500 mm，Kyowa DTP-05-MDS)，參見 圖 4-1 及 4-2。 本研究之試驗流程以位移控制模式(Displacement Control Mode)進行，其中軸向 位移速率為 2.25 mm/min，其所對應軸向位移速率約為 0.0009 /min (ASTM C39-96 對於混凝土圓柱試驗之軸向位移速率為 0.0043 /min [13])，另設定本試驗停止的條件 為當軸向載重大約衰減至最大載重之一半時，即停止試驗，本研究柱試體之軸壓試 驗，於 9 月 28、29、30 日及 10 月 1 日等 4 個工作天完成，進行試驗時之混凝土圓 柱試體強度(28 天設計強度為 28 MPa)整理如表 4-1。 試驗結果發現所有 12 支試體其主要破壞皆發生於中央試驗段，參見圖 4-3 及. 4-4，符合研究預期構想，另試驗之破壞照片參見圖 4-5 至 4-28，初步觀察整理如下： (1) 經觀察本研究之 6 組 12 支圓柱試體之破壞情形，大部分的試體 ( 除 RC4a-2、RC5b-1、RC5b-2 外)皆發現有圓箍筋斷裂於非搭接或續接處的情況，與矩 形柱之破壞情形不同(皆於角隅續接處被拉開)，推論彎鉤直線延伸長度 12d b 應可提 供足夠的錨定且圓箍筋的圍束效果較矩形箍筋為佳。. (2) RC5b-1 及 RC5b-2 試體之圓箍筋彎鉤直線延伸長度為 6d b，皆發現有彎鉤被 拔出的現象，推論應為彎鉤的錨定長度不足所致。. 第二節. 試體軸向變形能力之討論. 依據 MTS 軸向力及系統軸向位移的歷時資料，12 支試體之軸向力及位移圖參 見圖 4-29 及 4-30。本研究 6 組 12 支試體之中央試驗段軸向力及位移圖(初期採用 4. 57.
(80) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 支 LVDT 之平均值；後期則以系統軸向位移為準，並考量試體非測試段及載重系統 彈性變形之影響)，參見圖 4-31 至 4-36。 本研究以試體軸向力衰減至 P0 及 0.8P0 所對應之中央試驗段軸向位移值，做為 軸向變形性能的判斷依據，彙整結果參見表 4-2，初步可獲得如下的結論：. (1) 採用彎鉤( 12d b )直接鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接( 48d b )之螺 箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 80%。. (2) 搭接 ( l dh ) 及彎鉤 ( 12d b ) 一端鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接 ( 48d b )之螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 24%。 (3) 搭接 ( l dh ) 及彎鉤 ( 6d b ) 一端鉤主筋，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋較搭接 ( 48d b )之螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 72%。 (4) 搭接 ( l dh ) 及彎鉤 ( 12d b ) 一端鉤主筋，上下錯開 2l dh 續接之圓箍筋較搭接 ( 48d b )之螺箍筋圓柱，經試驗驗證，可增加柱軸向受壓之變形能力約 116%。 (5) 彎鉤( 12d b )不鉤主筋彎鉤，上下錯開 l dh 續接之圓箍筋柱較搭接( 48d b )之螺 箍筋柱為佳，柱軸向受壓變形能力可增加約 36%。. (6) 內繫筋(十字形及井字形)，應可比照矩形柱，納入圓柱等值橫向鋼筋體積 比。 另依據 12 支試體中央測試段軸向與橫向鋼筋(圓箍筋)應變圖(參見圖 4-37 至. 4-48，大部分圓箍筋可達其降伏應變(約為 0.00228)，發揮降伏強度之圍束效果。. 58.
(81) 第四章 試驗過程與結果分析. 表 4-1 圓形柱試體試驗時混凝土強度彙整表 f c′ (MPa). f c′ 之平均值 (MPa). 1. 28.5. 28.7. 2010/07/23. 2010/09/28. 2. 29.3. 3. 28.4. 1. 25.1. 24.3. 2010/07/22. 2010/09/28. 2. 22.7. 3. 25.2. 1. 29.0. 28.8. 2010/07/23. 2010/09/28. 2. 28.4. 3. 28.9. 1. 28.7. 29.0. 2010/07/23. 2010/09/29. 2. 28.7. 3. 29.5. 1. 22.4. 21.6(29.0). 2010/07/21. 2010/09/29. 2. 21.4. 3. 21.1. 1. 25.1. 26.8. 2010/07/20. 2010/09/29. 2. 28.3. 3. 26.9. 1. 21.2. 22.0. 2010/07/20. 2010/09/29. 2. 22.1. 3. 22.6. 1. 21.6. 22.0. 2010/07/20. 2010/09/30. 2. 21.8. 3. 22.7. 1. 29.4. 29.2. 2010/07/21. 2010/09/30. 2. 29.5. 3. 28.7. 1. 29.8. 28.7. 2010/07/21. 2010/09/30. 試體編號 圓柱試體 編號. RC4a-1. RC4a-2. RC5a-1. RC5a-2. RC5b-1. RC5b-2. RC5c-1. RC5c-2. RC6a-1. RC6a-2. 試體混凝土 圓形柱試體 澆置日期 試驗日期. 59.
(82) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 試體編號 圓柱試體 編號. RC9a-1. RC9a-2. f c′ (MPa). 2. 28.7. 3. 27.5. 1. 23.1. 2. 25.1. 3. 24.8. 1. 26.7. 2. 26.1. 3. 26.4. f c′ 之平均值 (MPa). 試體混凝土 圓形柱試體 澆置日期 試驗日期. 24.3. 2010/07/22. 2010/09/30. 26.4. 2010/07/22. 2010/10/01. (資料來源：本研究) 註 1： f c′ 為圓形柱試體試驗日期混凝土強度；試驗方法： CNS 1232 (2002)。 註 2：本試驗假豪鴻科技有限公司(新店材料實驗室)進行。. 60.
(83) 第四章 試驗過程與結果分析. 表 4-2 圓形柱軸向變形性能彙整表 Average axial Ratio to Axial Average Specimen Axial Average axial Ratio to designation displacement displacement benchmark displacement displacement benchmark ratio of P0 (RC1) at and 0.8 P at 0.8 P0 at 0.8 P0 at P0 (mm) at P0 (mm) (RC1) at 0 P0 0.8 P0 (mm) (mm) 0.5[(1)+(2)] (1) (2) RC4a-1 18.5 36.3 24.6 2.00 36.7 1.60 1.80 RC4a-2 30.6 37.1 RC5a-1 12.7 35.9 12.5 1.02 33.4 1.45 1.24 RC5a-2 12.3 30.8 RC5b-1 23.1 32.4 24.1 1.96 33.9 1.47 1.72 RC5b-2 25.1 35.3 RC5c-1 29.4 34.3 32.7 2.66 38.2 1.66 2.16 RC5c-2 35.9 42.0 RC6a-1 12.8 29.0 16.6 1.35 31.5 1.37 1.36 RC6a-2 20.3 34.0 RC9a-1 30.0 35.4 21.2 1.72 27.6 1.2 1.46 RC9a-2 12.3 29.8 RC1-1 11.1 24.0 12.3 1.00 23.0 1.00 1.00 RC1-2 13.5 21.9. 61.
(84) 大尺寸鋼筋混凝土圓柱軸壓行為之分析研究. 圖 4-1. 圓形柱試體外掛軸向變位計圖. (資料來源：本研究). 圖 4-2 資料來源：本研究). 62. 外掛拉線式位移計.
(85) 第四章 試驗過程與結果分析. 圖 4-3. 圓形柱試體典型破壞圖(1). (資料來源：本研究). 圖 4-4. 圓柱試體典型破壞圖(2). (資料來源：本研究). 63.
數據
![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[7])](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8904902.258926/29.892.245.614.665.969/圖12日本土木研究所圓形橋柱試體圖資料來源參考文獻7.webp)
![圖 1-3 橋梁耐震設計規範草案建議圓柱示意圖 (資料來源：參考文獻[8])](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8904902.258926/30.892.298.598.147.962/圖13橋梁耐震設計規範草案建議圓柱示意圖資料來源參考文獻8.webp)
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