受損RC柱以碳纖維貼覆補強之耐震能力驗證研究

受損 RC 柱以碳纖維貼覆補強之

耐震能力驗證研究

內政部建築研究所自行研究報告

受損 RC 柱以碳纖維貼覆補強之

耐震能力驗證研究

研究人員：陶其駿

內政部建築研究所自行研究報告

MINISTRY OF THE INTERIOR

RESEARCH PROJECT REPORT

Seismic Evaluation of Damaged Reinforced Columns

with CFRP Retrofitting

BY CHI CHUN TAO

目次

第一章 緒論 ... 7 第一節 研究緣起與背景 ... 7 第二節 文獻回顧 ... 9 第三節 研究方法與進度說明 ... 16 第四節 研究目的 ... 20 第五節 預期成果 ... 22 第二章 試體計畫 ... 33 第一節 試體設計 ... 33 第二節 試體製作 ... 40 第三節 試驗裝置與測計安排 ... 43 第三章 試驗結果與討論 ... 69 第一節 試驗結果與觀察 ... 69 第二節 受損補修 RC 柱對 CFRP 補強之影響 ... 137 第三節 受損補修 RC 柱的 CFRP 補強之效益 ... 139 第四節 受裂損 RC 柱補修後的使用性 ... 144 第四章 結論與建議 ... 147 第一節 結論 ... 147 第二節 建議 ... 149 附錄一 研究計畫期初審查會議紀錄 ... 151 附錄二 研究計畫期中審查會議紀錄 ... 155 附錄三 研究計畫期末審查會議紀錄 ... 165 I

參考書目 ... 177

表次

表 1.1 研究進度規劃 ... 23 表 1.2 防火構造建築物主要構造防火時效規定 ... 24 表 2.1 非韌性柱試體相關參數比較 ... 44 表 2.2 碳纖維布規格 ... 45 表 2.3 各柱試體斷面配筋及碳纖維包覆情形 ... 46 表 3.1 鋼筋拉伸試驗結果彙整 ... 73 表 3.2 試體基礎 28 天齡期之圓柱試體抗壓強度 ... 74 表 3.3 各試體柱 28 天齡期之圓柱試體抗壓強度 ... 74 表 3.4 各混凝土圓柱試體抗壓強度 ... 75 表 3.5 各試體對應之強度齡期 ... 75 表 3.6 各柱試體試驗結果之強度與韌性變化 ... 76 III

圖次

圖 1.1 纖維材料與鋼板之應力與應變關係曲線圖 ... 25 圖 1.2 碳纖維布之實際情形 ... 25 圖 1.3 RC 柱以 CFRP 包覆補強之剖面示意圖 ... 26 圖 1.4 圓形斷面橋柱之遲滯迴圈 ... 27 圖 1.5 柱構件之角隅因碳纖維布應力集中致使破壞 ... 28 圖 1.6 研究進行之流程圖 ... 28 圖 1.7 典型沿街店舖式住宅平面示意圖 ... 29 圖 1.8 CFRP 貼片包覆層數與柱構件塑角韌性之關係 ... 29 圖 1.9 CFRP 不同包覆層數之強度包絡線 ... 30 圖 1.10 試體 NDCHH 與試體 NDCVH 強度包絡線比較 ... 31 圖 1.11 CFRP 貼片之搭接細部 ... 32 圖 2.1 非韌性配筋柱橫向箍鋼筋間距過大之情形 ... 47 圖 2.2 非韌性配筋柱箍筋端部僅為 90 度彎鉤且柱內設有排水管 ... 47 圖 2.3 RC 柱試體外部 CFRP 貼片以水平向之包覆方式 ... 48 圖 2.4 試體 NDN 之設計圖 ... 49 圖 2.5 NDC 試體於補強前之柱試體斷面圖 ... 50 圖 2.6 _{𝒔間距內碳纖維布與橫向鋼筋側向力 ... 50} 圖 2.7 底座製作與定平 ... 51 圖 2.8 矩形 RC 柱採碳纖維包覆補強及碳纖維錨栓之情形 ... 52 圖 2.9 碳纖維錨栓示意圖 ... 53 圖 2.10 柱試體有(未)包覆 CFRP 可能影響破壞模式 ... 53 圖 2.11 RC 受損柱採低壓灌注裂縫之施工圖 ... 54 圖 2.12 自加工廠完成加工送抵工作區之鋼筋 ... 54 圖 2.13 柱試體斷面應變計之配置圖 ... 55 V

圖 2.14 軸力構架試驗裝置示意圖 ... 56 圖 2.15 試驗側向加載之位移控制歷時 ... 57 圖 2.16 底座鋼筋籠之組立 ... 58 圖 2.17 上部柱主筋之定位 ... 58 圖 2.18 底座預留未來供螺桿貫穿鎖固之 PVC 管 ... 59 圖 2.19 於試體底座預留便於吊裝作業之吊耳 ... 59 圖 2.20 底座模板之組立 ... 60 圖 2.21 底座混凝土澆置 ... 60 圖 2.22 底座拆模後之情形 ... 61 圖 2.23 柱試體應變計之黏貼 ... 61 圖 2.24 應變計之黏貼與固定 ... 62 圖 2.25 上部柱身鋼筋之組立 ... 62 圖 2.26 模板之圓形導角 ... 63 圖 2.27 上部柱身模板完成組立 ... 63 圖 2.28 上部柱混凝土之澆置 ... 64 圖 2.29 上部柱混凝土之搗實 ... 64 圖 2.30 混凝土澆置坍度試驗 ... 65 圖 2.31 混凝土圓柱式體製作 ... 65 圖 2.32 柱頂上部灌漿孔圓形蓋板之封板 ... 66 圖 2.33 應變計訊號線束之收線 ... 66 圖 2.34 上部混凝土柱四周之導角 ... 67 圖 2.35 試體製作完成與養護情形現況 ... 67 圖 3.1 試體 NDN 實際破壞情形照片 ... 77 圖 3.2 試體 NDC 西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 78 圖 3.3 試體 NDC 東與南 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 85 VI

圖 3.4 試體 NDC 於試驗結束之破壞情形 ... 92 圖 3.5 試體 NDC 遲滯迴圈 ... 93 圖 3.6 試體 NDC 強度包絡線 ... 93 圖 3.7 試體 NDR 模擬位移比 1%損傷之西與北 2 側於各位移比逐步破 壞情形照片 ... 97 圖 3.8 試體 NDR 模擬位移比 1%損傷之東與南 2 側於各位移比逐步破 壞情形照片 ... 99 圖 3.9 試體 NDR 西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 101 圖 3.10 試體 NDR 東與南 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 106 圖 3.11 試體 NDR 於試驗結束之破壞情形 ... 111 圖 3.12 試體 NDR(drift1%)遲滯迴圈 ... 112 圖 3.13 試體 NDR(drift1%)強度包絡線 ... 112 圖 3.14 試體 NDR 遲滯迴圈 ... 113 圖 3.15 試體 NDR 強度包絡線 ... 113 圖 3.16 體 NDRC 模擬位移比 1%損傷之西與北 2 側於各位移比逐步破 壞情形照片(續) ... 117 圖 3.17 體 NDRC 模擬位移比 1%損傷之東與南 2 側於各位移比逐步破 壞情形照片 ... 119 圖 3.18 試體 NDRC 西與北 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 121 圖 3.19 體 NDRC 東與南 2 側於各位移比逐步破壞情形照片 ... 127 圖 3.20 試體 NDRC 於試驗結束之破壞情形 ... 134 圖 3.21 NDRC(drift1%)試體遲滯迴圈 ... 135 圖 3.22 NDRC(drift1%)試體遲滯迴圈 ... 135 圖 3.23 NDRC 試體遲滯迴圈 ... 136 圖 3.24 NDRC 試體遲滯迴圈 ... 136 VII

圖 3.25 試體側向降伏及極限位移之定義 ... 140 圖 3.26 試體 NDC 與試體 NDRC 強度包絡線比較 ... 141 圖 3.27 試體 NDC 與試體 NDRC 遲滯迴圈比較 ... 141 圖 3.28 試體 NDR 與試體 NDRC 強度包絡線比較 ... 142 圖 3.29 試體 NDR 與試體 NDRC 遲滯迴圈比較 ... 142 圖 3.30 試體 NDR 於未損傷及補修後強度包絡線比較 ... 145 圖 3.31 試體 NDR 於側位角 1.0%範圍未損傷及補修後之裂縫發展 ... 146 VIII

摘 要

關鍵詞：RC 柱、CFRP 補強、非韌性配筋 一、 研究緣起 由國內外相關文獻之研究建議，多假設待補強 RC 柱構件，均未存有受損開 裂之情形。然而，在補強實務上，實際之 RC 土柱構件，卻常存有嚴重程度不一 之損傷，而且既有文獻亦少見對柱表面裂縫影響之探討，因此為釐清相關柱構件 存有之開裂損傷，若經環氧樹脂補修後，再以 CFRP 貼片包覆補強效益之影響， 以及先前以 CFRP 補強 RC 柱相關研究成果之適用性，本研究透過結構試驗驗證 之，俾釐清 CFRP 補強設計之有效性。 二、 研究方法及過程 本研究所有 4 組柱試體於鋼筋混凝土部分斷面尺寸及配筋應相同，試驗前， 試體 NDN 及試體 NDC 均無任何裂縫損傷，試體 NDR 及試體 NDRC 預裂縫均 完成補修。藉由本研究之結構試驗，釐清未受損及受損但完成裂縫補修之 RC 柱 試體，其於以 CFRP 貼覆補強後，對於 RC 柱耐震性能之影響。同時，亦驗證非 韌性 RC 柱之受損裂縫，若經環氧樹脂之灌注補修，對於 RC 柱試體使用性回復 （彈性勁度及裂縫發展）之影響。 三、 重要發現 (一) 以往研究，係假設柱試體表面未存有損壞或裂縫。但是，當 RC 柱試體表面 若存有約 0.2 mm 以內之受損裂縫，經環氧樹脂（Epoxy）進行灌注補修後， 可適用於未受損柱試體之研究建議。 (二) 試體 NDRC 之塑性轉角容量θ_p，為試體 NDR 之 2.27 倍，而由先前研究試 體 RNDC2L 之塑性轉角容量_θp，為未補強試體 RND 之 2.91 倍，表示未受 損 RC 柱試體，以 CFRP 補強之韌性發展，略優於受損補修 RC 柱試體，以 CFRP 補強之情形。 (三) 試體 NDR 於未損傷階段之彈性勁度為 22.3 kN/mm，於補修後彈性勁度為 18.8 kN/mm，兩者彈性勁度差 18.6%。表示 0.2 mm 以內裂縫寬度，經環氧 樹脂灌注補修後，其彈性勁度略為下降。 (四) 由試體 NDR 受損情形觀察，當 RC 柱若有 0.2 mm 以內之裂縫，經環氧樹 1

脂灌注補修後，其受力裂縫主要還是循原裂縫發展。 四、主要建議事項 立即可行建議－若 RC 柱表面存有約 0.2 mm 以內之受損裂縫，經環氧樹脂 進行補修後，可適用於未受損柱之研究建議。 主辦機關：建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會 協辦機關：內政部建築研究所 實驗結果顯示，若 RC 柱表面存有約 0.2 mm 以內之受損裂縫，或柱損 害程度為 II 級損害以下時，裂縫經高流動性環氧樹脂（Epoxy）進行低壓 灌注之補修後，可適用於未受損柱之研究建議。並且當 RC 柱裂縫經補修 後，其受力裂縫，主要還是循原裂縫發展。 立即可行建議－若 RC 柱表面存有約 0.2 mm 以內之受損裂縫，經環氧樹脂 進行補修後，其彈性勁度已逐漸下降。 主辦機關：建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會 協辦機關：內政部建築研究所 實驗結果顯示，若 RC 柱表面存有約 0.2 mm 以內之受損裂縫，經高流 動性環氧樹脂低壓灌注之補修，其彈性勁度已開始略為下降。 2

ABSTRACT

Key word: RC Column, CFRP strengthened, Non-ductile reinforcement

1. Purpose

According to the research recommendations of relevant domestic and foreign literature, it is mostly assumed that the to-be-strengthened RC column components are not damaged or cracked. However, in practice, the RC column components are

damaged varying degrees. Moreover, the existing literature has rarely discussed the effect of cracks on the surface of the column. Therefore, to clarify the cracking damage of the related column components we assumed that the epoxy resin is repaired, the effectiveness of the CFRP patch on the reinforcement and the

applicability of previous research results related to the reinforcement of RC columns with CFRP are verified through structural tests in this study to clarify the

effectiveness of the CFRP reinforcement design.

2. Method and Steps

All four groups of column specimens in this study should have the same cross-sectional dimensions and reinforcement in the reinforced concrete part. Before the test, the specimen NDN and specimen NDC had no crack damage, and the pre-cracks of specimen NDR and specimen NDRC were repaired. Through the structural test of this study, it is clear that the RC column specimens that are not damaged or damaged but have been repaired by cracks will affect the seismic

performance of the RC column after being reinforced with CFRP. At the same time, it was also verified that the damaged cracks of non-tough RC columns, if repaired by epoxy resin infusion, will affect the usability recovery (elastic stiffness and crack development) of the RC column specimens.

3. Main Finding

(1)In previous studies, it was assumed that there were no damage or cracks on the surface of the column specimen. However, if there are damaged cracks within 0.2 mm on the surface of the RC column specimen, it can be applied to the research recommendations of the undamaged column specimen after the epoxy resin is used for repair.

(2)The plastic rotation capacity θ_p of the test body NDRC is 2.27 times the NDR of the test body, and the plastic rotation capacity θ_p of the test body RNDC2L from the previous study is 2.91 times the RND of the unreinforced test body, indicating that the undamaged RC columns with toughness development of CFRP reinforcement is slightly better than that of damaged repaired RC column specimens and reinforced with CFRP.

(3)The elastic stiffness of the NDR of the specimen in the undamaged stage is 22.3 kN/mm, and the elastic stiffness after repair is 18.8 kN/mm, the difference in elastic stiffness between the two is 18.6%. Indicates the crack width within 0.2 mm. After the epoxy resin is poured and repaired, its elastic stiffness decreases slightly.

(4)Observed from the NDR damage situation of the specimen, if the RC column has cracks within 0.2 mm, after the epoxy resin is poured and repaired, the stress cracks mainly develop along the original cracks.

4. Major suggestion

Immediate adoption suggestion- If there are damaged cracks within 0.2 mm on

the surface of the RC column, it can be applied to the research recommendations of the undamaged column after repairing with epoxy resin.

Major Office：Architects Association, Structural Engineering Technician Association, Association of Civil Engineers

Associate Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior The experimental results show that if there are damaged cracks within about 0.2 mm on the surface of the RC column, or the column damage is below grade II damage, it can be applied to research after the cracks are repaired with high fluidity epoxy resin under low pressure. Moreover, when the cracks of the RC column are repaired, the stress cracks mainly develop along the original cracks.

Immediate adoption suggestion- If there are damaged cracks within 0.2 mm on

the surface of the RC column, the elastic stiffness will gradually decrease after repairing with epoxy resin.

Major Office：Architects Association, Structural Engineering Technician Association, Association of Civil Engineers

Associate Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior The experimental results show that if there are damaged cracks within 0.2 mm on the surface of the RC column, the elastic stiffness has begun to decrease slightly after repairing with high-fluidity epoxy resin under low pressure.

第一章 緒論

第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景

2016 高雄美濃地震及 2018 花蓮地震後，內政部啟動「全國建築物耐震安檢 及重建補強-給國人一個安心的家」的政策，全力推動老舊建築物於重建或全面 補強的整合、規劃之期間，進行局部性之補強措施，期望以較快速較可行的階段 性的補強策略，讓建築物儘量排除軟弱層之破壞，以及降低倒塌風險，避免老舊 建築物於等待整合及規劃之期間，因遭遇地震建築物傾斜而倒塌。 本所為配合前揭政策，即嘗試檢視及驗證適用於「階段性補強」的技術研究。 其中，在國內已廣泛應用之碳纖維強化高分子複合材料(CFRP)包覆補強工法， 具有施工容易、施工快速、不佔空間、抗拉強度高與價格較低等特性，透過專業 技師及建築師的評估與監督下，可提供有耐震安全疑慮的建築物，多一種可快速 進行柱構件耐震補強工法之選擇，讓鋼筋混凝土柱構件更不易碎裂，以增加民眾 在地震來臨的時逃生機會。 由以往包覆 CFRP 鋼筋混凝土柱試體研究結果[1,2]顯示，CFRP 包覆補強工 法，可有效於提升鋼筋混凝土柱塑性轉鉸的韌性，但對柱試體側向強度之提升有 限。對於低矮鋼筋混凝土建築物之柱構件，若採用「韌性」理論進行 CFRP 補強 設計及施作，柱構件塑性轉鉸之變形能力，可滿足相關設計技術規範對於塑性轉 鉸能力需達 3%之要求。另外，對於矩形鋼筋混凝土柱構件橫斷面四周的角隅處， 必須預先打磨為半徑大於 3 公分的圓弧角，以避免鋼筋混凝土柱斷面角隅處所貼 覆 CFRP 貼片，因斷面應力集中而發生過早之破壞。CFRP 貼片沿纖維方向之搭 接長度，建議應不小於 20 公分，而沿非纖維方向之搭接長度，則建議大於 10 公分，以確保 CFRP 貼片於受力時，不致過早發生於 CFRP 貼片於搭接處之破壞， 進而確保 CFRP 補強工法對鋼筋混凝土柱耐震性能之提升。 CFRP 包覆補強工法對鋼筋混凝土柱韌性能力提升之主要貢獻，主要源自於 包覆於鋼筋混凝土柱外側之水平向碳纖維，其提供柱內混凝土更多的圍束能力。 7

在國內外以 CFRP 貼片包覆補強鋼筋混凝土柱相關文獻之探討，多採水平向的 CFRP 貼片進行包覆，此較符合學理上水平向圍束補強之受力機制。 在國內建築物以碳纖維補強工法之實務，常見沿纖維方向先垂直向貼的施工 方式，再於外層施以水平向包覆之施工方式，此種包含垂直向之貼覆方式，在既 有文獻中亦不多見。由先前研究結果[2]顯示，此種先垂直向再水平向混貼 CFRP 貼片工法對柱構件的補強效益，並未優於全以水平向貼覆 CFRP 貼片的補強方 式。 然而，先前研究[1,2]實驗試體之規劃，係假設待補強鋼筋混凝土柱構件均未 存有受損開裂之狀況，然而在補強實務上，實際之鋼筋混凝土柱構件，卻常存有 既有嚴重程度不一之損傷，而且既有文獻亦少見相關探討，因此為釐清相關柱構 件存有之開裂損傷，經補修後再進行 CFRP 貼片包覆補強效益之影響，以及先前 鋼筋混凝土柱以 CFRP 補強研究成果之適用性，本研究將透過結構試驗驗證之， 俾提升 CFRP 補強設計之合理性。 8

第 二 節 文 獻 回 顧

一、CFRP 材料特性

纖維強化高分子複合材料(Fiber Reinforced Plastic, FRP)是在高分子材料中 添加纖維所製成之複合材料，其兼具高分子材料的低比重，以及纖維的高抗拉強 度特性，已廣泛應用於飛機零件、體育用品、建築物等各種用途[3]。 FRP 成分，主要分為高分子材料(以下稱基材)、纖維材料、界面等 3 種，基 材通常是聚合物樹脂，如環氧樹脂、聚酯樹脂、熱塑性塑膠等材料，用於包裹纖 維材料，以保護碳纖維束不致遭受直接摩擦或侵蝕，亦能固定纖維材料之排列方 向，使其圍束成型。 纖維材料主要分為碳纖維(Carbon FRP)、克維拉纖維(Kevlar)及玻璃纖維 (Glass FRP)等 3 種，此 3 種纖維材料各有優缺點，其中最常用的為碳纖維材料， 主因在於其具高抗拉強度、耐久、耐疲勞、抗鹼等能力之特性[4]，以抗拉強度 為例，圖 1.1 為 3 種纖維材料與鋼板之拉應力與應變關係曲線圖，其中碳纖維於 纖維方向之抗拉強度，為此 3 種纖維材料中最佳者。而纖維及基材的界面，須具 有良好的物理和化學性質，讓負荷力量能夠順利的由基材傳遞至纖維。而界面亦 須能抵抗由纖維和基材因熱膨脹能力不同所造成之應力，以及避免複合材料受液 體之滲透，協助基材保護纖維[4]。 二、CFRP 補強工法之優勢與缺點 碳纖維複合材料（CFRP），為國內建築物補強工程常用之材料，早在 1999 年 921 大地震後，即見許多老舊建築物採用此種補強工法。利用碳纖維與基材成 束為 CFRP 後，再透過編織技術，將其製造成碳纖維布匹組織，最後製成補強工 程所用之碳纖維布(CFRP fabric)，如圖 1.2 所示。若將碳纖維布逐層含浸環氧樹 脂，並黏貼於結構構件上，以提升結構構件的韌性，此即所謂的 CFRP 包覆補強 9

工法，有關碳纖維布逐層含浸環氧樹脂之施做細部，如圖 1.3 所示。國內常見乾 式包覆之補強方式，除 CFRP 包覆外，還有以鋼板包覆之補強工法，此 2 種工法 各有其優缺點，但考量 CFRP 補強工法之價格、工期、施工便利性，以及對居住 者生活環境衝擊等因素，有其優勢，因此較易為民眾及設計施工者認同。整體而 言， CFRP 補強工法相較於鋼板補強工法，其優勢整理如下[6]： （一）碳纖維布質地柔軟且容易彎曲，通常較不受待補強構件形狀所限制， 適合狹小空間之施工。 （二）碳纖維布可連續成捲狀，並可使用剪刀直接裁剪。 （三）碳纖維布自重輕，搬運簡單，不需機具輔助。 （四）CFRP 不會腐蝕，耐久性佳，不須特地維護。 （五）結構構件補強之工期較短。 （六）碳纖維布可直接以環氧樹酯進行塗佈與搭接接合，不須銲接。 另有關碳纖維補強工法的缺點，如下所示[20]： （一）碳纖維屬於脆性材料，延展性不如鋼板。 （二）對於柱構件軸向強度補強效益之提升有限。 （三）高溫易使碳纖維環氧樹酯之黏著介面，產生脫落。 三、影響 CFRP 包覆補強效果之因素 CFRP 包覆柱構件補強工法，主要是以碳纖維布沿柱水平向圍束逐層包覆， 以增強柱構件整體韌性的補強方式。由過去研究顯示，此種補強法應用於 RC 圓 形斷面橋柱，可獲得相當明顯提升韌性之成效。例如：圖 1.4 為圓形斷面橋柱試 體之遲滯迴圈，其中圖 1.4 (a)及圖 1.4 (b)橋柱試體採相同斷面之設計，且兩試體 主筋皆於塑鉸區搭接，所不同之處在於圖 1.4 (a)橋柱試體，未進行碳纖維補強， 而圖 1.4 (b)橋柱試體則於塑鉸區，採 4 層 CFRP 水平向圍束包覆之補強。比較圖 1.4 (a)及圖 1.4 (b)兩者，可知試體在達最大強度後，採 CFRP 包覆補強者，強度 10

下降之幅度，遠低於未補強者，此表示 CFRP 包覆補強對圓形斷面柱構件之韌性， 具有明顯提升之效益[7]。 由以往研究[11]顯示，採 CFRP 包覆補強之方柱，其效果不若圓柱，原因為 碳纖維布在柱斷面角隅位置，發生應力集中之現象，此將導致 CFRP 貼片提前發 生斷裂。圖 1.5 顯示方柱試體在柱角隅處之碳纖維布，因應力集中而導致 CFRP 貼片提早破壞。在國內亦有圓柱與方柱相關的研究成果，由於國內多數老舊低矮 型 RC 建築物，常將柱斷面規劃為矩形，圖 1.7 即為國內典型沿街店舖式住宅之 平面圖。另外，此類老舊低矮型 RC 建築物，不僅出現許多斷面長寬比較大之矩 形柱，其內部所配置橫向鋼筋之間距，大多低於現行規範[9]之需求，並且柱箍 筋兩端彎鉤之角度，多採 90 度彎鉤，亦不符合現行規範對柱構件指定範圍內， 應配置閉合箍筋及耐震彎鉤之規定。整體而言，此類柱由於橫向鋼筋量不足，將 導致韌性不佳，又常見於老舊低矮型 RC 建築中，因此有必要進行其補強方法之 研究與驗證。對於此類老舊低矮型 RC 建築之柱，若採用工期短、成本低、施工 不占空間的 CFRP 包覆補強工法，似乎較能提升民眾接受之建築補強之意願，並 且必須在透過專業技師及建築師的評估及監督下，有利於國內階段性補強政策之 正向推廣。 四、CFRP 包覆層數對柱構件補強效益之影響 由 2018 年研究結果[1]顯示，比較 RNDC2L、RNDC4L 及 RNDC8L 等試體 試驗結果顯示，隨著 CFRP 貼片補強層數的增加，平均每層所能提升韌性的效率， 將呈現降低之趨勢，亦即若貼覆過多的 CFRP 貼片，對於提升柱構件韌性的效益， 將趨於一定值或效益增加有限，如圖 1.8 及圖 1.9 所示。 當 4 樓以下低矮 RC 建築（低軸力比 20%下），由若依韌性理論進行補強設 計，補強後試體塑性轉角容量為 8.88%，可符合規範對柱構件應大於 3%要求， 但 CFRP 補強對側向強度之貢獻有限。雖然，柱構件僅補強 2 層碳纖維，其塑性 11

轉角容量達 7.91%，但考量國內 CFRP 施工品質，以及難以掌握待補強柱實際現 況等因素，建議在專業技師及建築師的評估與監督下，仍須參採韌性理論進行設 計。 由試體破壞模式觀察[1]，以 CFRP 貼片進行韌性補強，可將非韌性配筋(橫 向鋼筋量不足者)柱試體原屬剪力控制之破壞模式，轉為於柱端之撓曲破壞主控。 矩形 RC 柱試體之隅角部，採凸角半徑為 3 公分之導角，當 RC 柱試體達極限變 形時，碳纖維布並未發生因角隅應力集中而斷裂。且沿碳纖維方向之圍束，施做 20 公分的搭接長度，亦未發現碳纖維搭接不足之破壞。 五、CFRP 包覆方向對於柱構件補強效益之影響 由 2019 年研究結果[2]顯示，於水平向貼覆碳纖維貼片，可提供柱構件混凝 土有較佳的圍束效果，因此對韌性補強效益的提升，明顯優於採垂直向之貼覆方 式。國內對於 RC 柱以 CFRP 貼片補強工法之實務，常見先垂直向再水平向混貼 工法的補強效益，並未優於均以水平向貼覆的方式。比較 NDCHH 與 NDCVH 試驗結果顯示[2]，當試體同樣貼覆 2 層 CFRP 貼片，若 2 層均為水平方向補強， 較 1 層垂直 1 層水平方向混貼者，其塑性轉角能力可提升 27％，最大側力強度 約略增加 3.5%，故建議 CFRP 貼片應採水平方向施工，如圖 1.10E 所示。 RC 柱斷面之角隅部，採凸角半徑為 3 公分以上之圓弧導角，當 RC 柱達極 限破壞時，CFRP 貼片並未過早發生因角隅應力集中之斷裂。並且沿 CFRP 纖維 方向採 20 公分以上的搭接長度，以及沿非 CFRP 纖維方向採 10 公分的搭接，亦 未發現因纖維搭接長度不足之破壞。 六、以 CFRP 包覆混凝土圓柱試體之高溫受力行為 由碳纖維複合材料於受高溫後的平板拉伸試驗相關研究顯示[21]，當碳纖維 複合材料試片達 400℃的火害溫度後，其單向拉伸強度下降為原未受火害試片強 12

度的 60.58%，而其彈性模數則降低 82.58%。另由碳纖維複合材料包覆之混凝土 圓柱試體，受當火害溫度到達 400℃時，圓柱試體抗壓強度將明顯下降，且與同 樣受 400℃火害溫度純混凝土圓柱試體的抗壓強度相近，由此可知此時碳纖維複 合材料的圍束能力，已近乎不存在。同時，可觀察當火害溫度達 400℃後，包覆 於圓柱試體周圍碳纖維布的搭疊接處，已可輕易撕開，且環氧樹酯的膠結作用， 已幾乎完全喪失。 再由另有關包覆一層碳纖維貼片混凝土圓柱試體，分別於常溫（25℃），以 及 400℃與 500℃火害延時 30 分鐘後，軸壓承載行為研究結果顯示[23]，當圓 柱試體於常溫時，經包覆碳纖維混凝土圓柱試體之抗壓強度，可提升為純混凝土 圓柱試體之 169.10%，亦即包覆碳纖維混凝土圓柱試體之抗壓強度百分比為 169.10%。經包覆碳纖維混凝土圓柱試體於 400℃火害延時後，試體抗壓強度百 分比為 109.28%，已接近常溫下純混凝土圓柱試體之抗壓強度。當 500℃火害延 時後，試體抗壓強度百分比已降為 90.66%，可觀察包覆碳纖維對混凝土圓柱試 體之補強效果，隨著火害延時溫度的提高，試體抗壓強度也就越低，碳纖維的圍 束效果，愈不明顯。 七、塗有防火漆之碳纖維包覆混凝土圓柱試體火害後承載行為 防火漆常見由壓克力樹脂、特殊顏料及添加劑配製而成，當防火漆遇 200℃ 以上高溫時，漆膜會迅速膨脹，而形成類似海綿且發泡狀的隔熱層，進而降低防 火漆內側結構體溫度的上升速度。由塗刷有 3 層及 6 層防火漆的包覆一層碳纖維 貼片混凝土圓柱試體，分別於 400℃、500℃與 600℃火害延時 30 分鐘後，軸壓 承載行為研究結果顯示[23]： （一）塗刷 3 層防火漆之包覆碳纖維混凝土圓柱試體，於 400℃火害延時 30 分 鐘後，試體抗壓強度百分比（與純混凝土圓柱試體抗壓強度之比）為 109.29%，接近於常溫下純混凝土圓柱試體之抗壓強度。於 500℃火害延 13

時後，試體抗壓強度百分比降為 90.90%；於 600℃火害延時後，試體抗壓 強度百分比降為 69.70%。可觀察到塗刷 3 層防火漆包覆碳纖維混凝土圓 柱試體之補強及火害防護效果，並不明顯。 （二）塗刷 6 層防火漆之包覆碳纖維混凝土圓柱試體，於 400℃火害延時 30 分 鐘後，試體抗壓強度百分比（與純混凝土圓柱試體抗壓強度之比）為 147.91%，只有稍微降低而已，並接近於常溫下純混凝土圓柱試體之抗壓 強度。於 500℃火害延時後，試體抗壓強度百分比降為 114.29%；於 600 ℃火害延時後，試體抗壓強度百分比降為 96.88%；於 700℃火害延時後， 試體抗壓強度百分比降為 71.31%。可觀察塗刷 6 層防火漆包覆碳纖維混 凝土圓柱試體，當火害延時溫度向上來到 500℃、600℃與 700℃時，隨 著火害延時溫度的增加，試體抗壓強度百分比開始逐漸降低，亦即防火漆 的火害保護效果越來越差，而導致碳纖維的圍束效果也越來越低。 八、以 CFRP 包覆 RC 構件高溫延時後承載行為 以 CFRP 包覆補強鋼筋混凝土矩形之梁試體，在高溫延時後，所進行四點抗 彎承載試驗研究[22]，RC 梁試體尺寸為 150×20×15 cm，並以 CFRP 單向 U 型貼 覆於試體兩側及底面。研究顯示[22]當高溫延時溫度為 450℃時，CFRP 貼覆補 強效果（試驗極限載重能力）將逐漸下降。高溫延時溫度為 550℃時，因環氧樹 脂黏著材料已失去黏結力，使得補強效果完全喪失。於 650℃時，環氧樹脂因溫 度過高而完全消失。 九、鋼筋混凝土柱的防火性能規定 依據建築技術規則建築設計施工編第 1 條建築技術用語之定義，所謂「防火 時效」係指建築物主要結構構件、防火設備及防火區劃構造，遭受火災時可耐火 之時間。而建築物之防火，則依建築設計施工編第 70 條規定，防火構造之建築 14

物，其主要構造之柱、樑、承重牆壁、樓地板及屋頂，應具有表 1.2 規定之防火 時效。而本研究討論主體為「低矮」型鋼筋混凝土造建築物之柱，屬於樓高為 4 層樓以下之建築物，因此依上開規定不超過四層各樓層之柱構造，應具有一小時 以上的防火時效。 依建築技術規則建築設計施工編第 73 條第 2 款柱構造具有一小時以上防火 時效之規定為：(一)鋼筋混凝土造、鋼骨鋼筋混凝土造或鋼骨混凝土造。(二)鋼 骨造而覆以鐵絲網水泥粉刷其厚度在四公分以上 (使用輕骨材時得為三公分) 或覆以磚、石或水泥空心磚，其厚度在五公分以上者。(三) 其他經中央主管建 築機關認可具有同等以上之防火性能者。而有關防火時效之判定，係依 CNS 12514「建築物構造構件耐火試驗法」第一部一般要求事項及第七部柱特定要求 之規定，其中柱的耐火性能應依 CNS 12514-1 之「承重能力」基準判定。承載能 力為試體在試驗過程中，維持支承試驗載重能力所經過的時間。試驗載重的支承 能力，以變形量及變形速率兩者決定。若柱試體(軸向承載構件)量測結果超過以 下性能基準時，則視為破壞。其中 h 為試體初始高度(mm)。 (一) 最大軸向壓縮量(變形量，mm)，C = h 100 (二) 最大軸向壓縮速率(變形速率，mm/min)，dC dt = 3h 1000 由於本研究柱試體為鋼筋混凝土造，所以已滿足具有一小時以上防火時效之 規定，且柱構件防火時效之判定，係由軸向加載之承重能力(或結構性能)而得。 但是，補強柱構件所使用的碳纖維貼片，主要目的為提升柱構件承受水平向地震 之能力，並不影響柱構件之防火時效。縱使環氧樹脂複合碳纖維貼片之不耐高溫 性質，一直為業界所質疑，但按建築技術規則建築設計施工編之規定，包覆補強 於柱構件之碳纖維貼片，是不須特別進行防火包覆或塗以防火被覆材，國內一般 柱構件碳纖維補強工程實務之標準圖，多僅僅建議採以二公分之水泥砂漿粉光層， 或未特別註明表面處理方式。 15

當鋼筋混凝土建築物遭受火災後，由於高溫火害將可能造成結構構件的損壞 及構件、材料力學行為的改變，所以受火害後之建築物，是否能夠繼續使用，或 者必須經補強修復後恢復使用，均須透過專業技術人員所進行的火害安全鑑定與 評估等程序後，方可決定。同樣地，於火災後以碳纖維貼片進行補強的鋼筋混凝 土建築物，也需進行火害安全鑑定，並非僅針對使用碳纖維補強的建築物。

第 三 節 研 究 方 法 與 進 度 說 明

本案研究將透過以下階段進行，包含文獻蒐集與分析、試體設計、試體製作、 載重試驗、分析試驗結果及期末報告撰寫，相關預定研究進度之規劃，如表 1.1 所示，研究流程如圖 1.6 所示。 一、 文獻蒐集與分析 國內常見以碳纖維複合材料（CFRP），應用補強橋樑及建築構件。當碳纖維 與基材成束為 CFRP 束之後，利用編織技術將其製作為碳纖維布匹組織，再以碳 纖維布逐層包覆、黏貼於待補強之建築構件上，以增加結構構件之韌性及強度。 本研究將蒐集國內、外於 CFRP 包覆柱補強研究之文獻資料，藉以瞭解各文獻的 試體設計規劃，並結合國內補強工法之設計實務，以為本研究試體設計、試驗規 劃及數據分析之參採。 二、 試體設計 本研究參採國內屋齡約 20 年以上，樓高 4 樓以下，典型騎樓式建築底層柱 之現況，並規劃進行 4 組 RC 柱試體之試驗，分別為 NDN、NDR、NDC 及 NDRC 等 4 組試體。鋼筋混凝土柱試體橫斷面為 50 公分 x 30 公分，所有柱試體內部橫 16

向鋼筋之配置，中心間距皆為 20 公分，且於橫向鋼筋端部位並未設置 135 度之 耐震彎鉤。試驗室體加載軸壓力，固定為 0.2 ，並為單曲率變形之反覆載重試驗， 以瞭解 4 組不同類型包覆 CFRP 貼片、受損補修後或前項情形組合鋼筋混凝土柱 試體之耐震行能或修補、CFRP 補強之效益。

三、 試體製作 本研究相關鋼筋混凝土柱試體之製作，將分為 4 個階段進行，目前進行至第 2 階段試體下部基座之鋼筋綁紮： 第 1 階段：（試體採購作業）業於 109 年 6 月底進行式體採購之作業，係於 109 年 6 月 20 日首次上網辦理公開招標，因為答開標法定家數 而流標；嗣後於 109 年 7 月 9 日辦理公告，遂於 109 年 7 月 15 日決標，歷經 2 次開標作業。 第 2 階段：（試體下部基座之放樣與製作）鋼筋混凝土柱試體於 109 年 7 月 24 日開始進場施作，試體下部基座於 109 年 7 月 26 日放樣，109 年 7 月 31 日開始綁紮下部基座及上部 RC 柱之鋼筋，109 年 8 月 7 日模板組立，109 年 8 月 10 日完成灌漿施工。 第 3 階段：（上部 RC 柱試體應變計施工）於 109 年 8 月 11 日完成應變計之 黏貼施工。 第 4 階段：（上部 RC 柱試體製作）於 109 年 8 月 18 日進行上部柱試體橫向 鋼筋之調整及封模，並於 109 年 8 月 19 日進行灌漿，混凝土 28 天龄期到達日預計為 109 年 9 月 15 日，並於 109 年 8 月 26 日辦 理驗收。 本研究亦將進行鋼筋與混凝土等材料之基本物性試驗，其中混凝土圓柱試體 之抗壓強度試驗，需記錄 28 天龄期抗壓強度，以及各鋼筋混凝土柱試體於實際 試驗當日之抗壓強度。鋼筋拉伸試驗部分，係要求各種型號與強度種類之鋼筋， 應儘量為同一批號之料源，所以各種型號與強度種類鋼筋，僅規劃進行 1 組拉伸 試驗。 18

四、 載重試驗 載重試驗部分，NDN、NDR、NDC 及 NDRC 等鋼筋混凝土柱試體，其軸壓 力均定載為 0.2 ，同時進行單曲率反覆水平向反覆加載，用以模擬老舊低矮鋼筋 混凝土建築底樓層（一樓）之非韌性配筋 RC 柱，並建立柱試體於水平向受力及 變位關係曲線，藉以瞭解柱試體之受力行為。 五、 試驗結果分析與探討 藉由矩形鋼僅混凝土柱試體之試驗，並透過對加載致動器的控制軌跡，以及 外掛位移計及黏貼於試體內部鋼筋應變計等所量得之數據，進行試驗結果分析與 探討，以瞭解非韌性配筋矩形鋼筋混凝土柱試體，在 0.2 ' c g f A 定載軸壓力及水平 向反覆載重試驗下，分別於未補強、進行 CFRP 補強、預裂縫補修後及縫補修 後再補強等不同條件下，藉以驗證及觀察鋼筋混凝土柱試體於受損補修後或未受 損等情形下，對以 CFRP 補強鋼筋混凝土柱試體耐震效益的影響，進而確認以往 CFRP 包覆補強研究建議設計方法之合理性。 六、 報告撰寫 本研究預計分 2 次提出報告，第 1 次於 109 年 8 月 4 日提出期中報告，目的 在說明研究過程與進度；第 2 次於 109 年 11 月 26 日提出期末報告並進行審查。 19

第 四 節 研 究 目 的

由於碳纖維(CFRP)貼片補強工法，具有施工容易、快速、不佔建築空間、 載重輕與價格相對較低等優勢，故可提供快速或局部性補強措施的選擇。按以往 包覆 CFRP 鋼筋混凝土柱試體研究結果[21,22]顯示，CFRP 包覆補強工法，可有 效於提升鋼筋混凝土柱塑性轉鉸的韌性，但對柱試體側向強度之提升有限。對於 低矮鋼筋混凝土建築物之柱構件，若採用「韌性」理論進行 CFRP 補強設計及施 作，柱構件塑性轉鉸之變形能力，可滿足相關設計技術規範對於塑性轉鉸能力需 達 3%之要求。另對於矩形鋼筋混凝土柱構件橫斷面四周的角隅處，必須預先打 磨為半徑大於 3 公分的圓弧角，以避免鋼筋混凝土柱斷面角隅處所貼覆 CFRP 貼 片，因斷面應力集中而發生過早之破壞。CFRP 貼片沿纖維方向之搭接長度，建 議應不小於 20 公分，而沿非纖維方向之搭接長度，則建議大於 10 公分，以確保 CFRP 貼片於受力時，不致過早發生於 CFRP 貼片於搭接處之破壞，進而確保 CFRP 補強工法對鋼筋混凝土柱耐震性能之提升，如圖 1.11 所示。 然而，先前研究[1,2]實驗試體之規劃，係假設待補強鋼筋混凝土柱構件均未 存有受損開裂之狀況，然而在補強實務上，實際之鋼筋混凝土柱構件，卻常存有 既有嚴重程度不一之損傷，而且既有文獻亦少見相關探討，因此為釐清相關柱構 件存有之開裂損傷，經補修後再進行 CFRP 貼片包覆補強效益之影響，以及先前 鋼筋混凝土柱以 CFRP 補強研究成果之適用性，本研究將透過結構試驗驗證之， 俾提升 CFRP 補強設計之合理性。 本研究共規劃 NDN、NDR、NDC 及 NDRC 等 4 組鋼筋混凝土柱試體。其 中 NDN 試體為未受損典型非韌性矩形鋼筋混凝土柱試體；NDR 試體為將原未受 損試體先進行層間變位角 1.0%之加載，使柱試體先經預推拉受損，產生輕微裂 縫，再以環氧樹脂進行裂縫灌注之補修，目的為試圖將鋼筋混凝土柱試體，修補 至接近於未受損之狀況；NDC 試體係於鋼筋混凝土柱試體外側沿水平方向貼覆 20

2 層 CFRP 貼片；NDRC 試體則與 NDR 試體相同，只是於柱試體完成補修後， 再於柱試體外側沿水平方向貼覆 2 層 CFRP 貼片。 本研究所有 4 組柱試體於鋼筋混凝土部分斷面尺寸及配筋應相同，試驗前， NDN 及 NDC 試體均無任何裂縫損傷，NDR 及 NDRC 試體預裂縫均完成補修。 藉由本研究之結構試驗，釐清未受損及受損但完成裂縫補修之鋼筋混凝土柱試體， 其於以 CFRP 貼覆補強後，對於 RC 柱耐震性能之影響。同時，亦驗證非韌性 RC 柱之受損裂縫，若經環氧樹脂之灌注補修，對於鋼筋混凝土柱試體使用性回 復（彈性勁度及裂縫發展）之影響。 21

第 五 節 預 期 成 果

一、釐清未受損及受損但完成裂縫補修之鋼筋混凝土柱試體，在以 CFRP 貼覆補 強後，對於 RC 柱耐震性能之影響，確認以往 CFRP 包覆補強研究建議設計 方法之合理性。 二、驗證非韌性 RC 柱之受損裂縫，若經環氧樹脂之灌注補修後，對於柱試體使 用性回復（彈性勁度及裂縫發展）之影響。 22

表 1.1 研究進度規劃 月次 工作項目 第一月 第二月 第三月 第四月 第五月 第六月 第七月 第八月 第九月 第十月 第十一月 第十二月 備 註 資料搜集及整理 2/10 期初 試體設計 試體招標、製作、養 護與驗收 材料機械性質試驗 柱試體反覆載重試 驗 試驗數據整理分析 報告撰寫 期中報告 ※ 8/7 期末報告 ※ 研究進度百分比 4 8 16 24 28 36 44 56 72 80 92 100 查核點 第 1 季：期初審查(2/10) 第 2 季：試體採購決標(7/15) 第 3 季：期中報告審查(8/4) 第 4 季：期末報告審查(11/26) 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迄日期。 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。 23

表 1.2 防火構造建築物主要構造防火時效規定 層數 主要構造部分 自頂層起算不超 過四層之各樓層 自頂層起算超過 第四層至第十四 層之各樓層 自頂層起算第十五 層以上之各樓層 承重牆壁 一小時 一小時 二小時 樑 一小時 二小時 三小時 柱 一小時 二小時 三小時 樓地板 一小時 二小時 二小時 屋頂 半小時 (一) 屋頂突出物未達計算層樓面積者，其防火時效應與頂層同。 (二) 本表所指之層數包括地下層數。 （資料來源：建築技術規則建築設計施工編第 70 條） 24

圖 1.1 纖維材料與鋼板之應力與應變關係曲線圖 (資料來源：參考書目[5]) (a)單向碳纖維布匹之組織 (b)碳纖維布連續成捲且可 剪切 圖 1.2 碳纖維布之實際情形 (資料來源：參考書目[3]) 25

1.龜裂灌注 2.不平處補平 RC構材面 3.構材面磨平 4.塗底層樹脂 5.施作含浸環氧樹脂 7.施作含浸環氧樹脂 6.碳纖維貼片 9.碳纖維貼片 10.施作含浸環氧樹脂 8.施作含浸環氧樹脂 第1層 第n層 圖 1.3 RC 柱以 CFRP 包覆補強之剖面示意圖 (資料來源：參考書目[10]) 26

(a)未補強橋柱試體(BMCL100)；

(b)採 4 層 CFRP 包覆補強橋柱試體(FCL1) 圖 1.4 圓形斷面橋柱之遲滯迴圈

(資料來源：參考書目[7])

圖 1.5 柱構件之角隅因碳纖維布應力集中致使破壞 (資料來源：參考書目[11]) 試體設計與製作 載重試驗 報告撰寫 文獻蒐集與分析 試驗結果之分析與探討 圖 1.6 研究進行之流程圖 （資料來源：本研究製作） 28

圖 1.7 典型沿街店舖式住宅平面示意圖

(資料來源：參考書目[12])

圖 1.8 CFRP 貼片包覆層數與柱構件塑角韌性之關係

(資料來源：參考書目[1])

圖 1.9 CFRP 不同包覆層數之強度包絡線

(資料來源：參考書目[1])

圖 1.10 試體 NDCHH 與試體 NDCVH 強度包絡線比較

（資料來源：參考書目[2]）

(a)垂直向搭接 (b)水平向搭接 圖 1.11 CFRP 貼片之搭接細部 （資料來源：參考書目[2]） 32 50 cm 50 cm R > 3 cm > 10 cm C F RP 纖維方向 R > 3 cm C F RP 纖維方向

第二章 試體計畫

第 一 節 試 體 設 計

國內早期老舊低矮型鋼筋混凝土建築物底樓層之柱構件，多屬橫向箍筋量不 足及箍筋端部未設置耐震彎鉤之非韌性配筋柱，而本研究所謂「低矮」型之建築 物，其樓高定義為 4 層樓以下之建築物，所以縱使是位於建築物一樓之柱構件， 其斷面承受之軸力比，多為 20%以下，故本研究所假設柱斷面軸力比為 20%， 亦即斷面軸壓力設為 0.2 。本研究所謂「非韌性配筋」柱，主要具有以下特性， 首為未配置足夠之橫向箍筋，其次是柱構件箍筋縱向間距過大、柱斷面未配置內 繫筋，以及外橫向箍筋端部僅為 90 度彎鉤，而未採用 135 度之耐震彎鉤，進而 造成對柱構件內混凝土之圍束力不足，導致柱構件無法發揮足夠之韌性行為，如 圖 2.1 及圖 2.2 所示。 非韌性配筋柱在未設置內繫筋的情況下，相關研究[11]顯示：矩形 RC 柱構 件斷面長寬比較大，或者是主筋間距較大之時，斷面外箍筋對於柱內部核心混凝 土的圍束貢獻，恐將不足，如圖 2.8 所示。雖然，有研究建議進行 CFRP 貼覆補 強之時，可再採用碳纖維錨栓(如圖 2.8 及圖 2.9 所示)，以抑制柱構件受地震力 之時，過早發生面外鼓出之破壞，並藉以提升對柱內混凝土的圍束效益，如圖 2.8 所示。但是，考量國內低矮建築物多未設置管道間，因此此類建築物部分外 柱之內部，除了一般水電管之外，常設有管徑更大的雨水排放水管，因此若再於 柱構件水平向鑽孔施做碳纖維錨栓，反而又須面對柱內滲漏水的問題，再由國內 CFRP 補強工程實務觀之，亦少採用此種碳纖維錨栓，因此本研究亦未將碳纖維 錨栓之設置納入探討。 由先前實驗研究顯示[1]，若僅補強 2 層 CFRP 貼片，仍可明顯觀察出韌性 效益之提升，並建議於柱構件之全長，均以 CFRP 貼片包覆，以避免柱構件於加 33

載過程中，在非預期位置發生破壞，如圖 2.10 所示。研究證實鋼筋混凝土柱斷 面採取研磨為半徑 3 公分之圓角，以及沿碳纖維方向採 20 公分的搭接長度(如圖 2.3 所示)，可避免於外層碳纖維貼片，發生非預期之破壞[1]，如圖 2.10 所示。 本案採用之碳纖維布，將延續先前研究採用每平方公尺 300 公克重之單向碳 纖維布，其標稱抗拉彈性係數為每平方公厘 23,500 公斤。囿限研究費用考量， 本研究僅規劃進行於「弱軸」方向之側向加載。 本研究共規劃 4 組屬單曲率破壞之單柱試體，試體名稱分別為試體 NDN、 NDR、NDC 及 NDRC 等 4 組鋼筋混凝土柱試體，詳如表 2.3 所示。為便於本研 究各試體試驗結果之分析及比對，設定所有柱試體橫斷面為 50 公分 x 30 公分， 斷面的 4 個角隅處，也預製為半徑 3 公分之圓弧角；橫向鋼筋端部位均為 90 度 之彎鉤，沿柱試體長度方向橫向鋼筋之中心間距，皆為 20 公分，以模擬非韌性 配筋。 試體 NDN 為非韌性配筋柱，其斷面尺寸、橫向箍筋量及箍筋端部彎鉤角度 之選擇，主要以模擬國內典型老舊低矮型鋼筋混凝土建築物底部樓層柱之配筋方 式及斷面尺寸。試體名稱的「ND」二字，表示為「非韌性」，及英文 Non-ductility 的縮寫，即表示為非韌性配筋的柱試體，其後的「N」表示並未貼覆 CFRP，以 及未存有受損裂縫之意，亦即「NDN」試體表示未受損之非韌性配筋柱試體。 NDC 與 NDN 等 2 個試體，其鋼筋混凝土柱部分的斷面尺寸、斷面形狀、鋼 筋配置及鋼筋與混凝土材料之強度，均為相同之設計，惟 NDC 試體係於柱試體 混凝土部分硬固後，再於其外圍以 CFRP 包覆，進行水平向圍束補強，且未存有 受損裂縫。NDC 試體名稱的「ND」二字，亦為「非韌性」之意。隨後之字母「C」， 為 CFRP 之縮寫，因此「NDC」即「ND」-「C」之組合，表示採用 2 層水平向 CFRP 貼片包覆之非韌性配筋柱試體，CFRP 貼片細部施做方式，如圖 2.3 所示。 NDR 與 NDN 等 2 個試體，其鋼筋混凝土柱部分的斷面尺寸、斷面形狀、鋼 筋配置及鋼筋與混凝土材料之強度，均為相同之設計，惟先將 NDR 試體以位移 34

控制進行水平向加載，其層間變位角分別控制由 0.25 %、0.5 %、0.75 %及 1.0% 等 4 個位移控制行程，每個控制行程進行 3 個迴圈，最後回到零位移位置，使柱 試體經預載受損並產生裂縫，再以高流動性環氧樹脂（Epoxy）進行裂縫低壓灌 注之補修，目的為試圖將鋼筋混凝土柱試體，修補至未受損之狀況，如圖 2.D 所 示。NDR 試體名稱的「ND」二字，亦為「非韌性」之意。隨後之字母「R」，為 Repair 之縮寫，因此「NDR」即「ND」-「R」之組合，表示具 1.0%間變位角之 受損裂縫，但完成以環氧樹脂灌注補修之非韌性配筋柱試體。 NDRC 與 NDR 等 2 個試體，其鋼筋混凝土柱部分的斷面尺寸、斷面形狀、 鋼筋配置及鋼筋與混凝土材料之強度，均為相同之設計，且同樣先將試體以位移 控制進行水平向加載，其層間變位角分別控制由 0.25 %、0.5 %、0.75 %及 1.0% 等 4 個位移控制行程，每個控制行程進行 3 個迴圈，最後回到零位移位置，使柱 試體預先受損並產生裂縫，再以高流動性環氧樹脂（Epoxy）進行裂縫低壓灌注 之補修。NDR 試體名稱的「ND」二字，為「非韌性」之意。緊接之字母「R」， 同樣為 Repair 之縮寫。最後之字母「C」，亦為 CFRP 之縮寫。因此「NDRC」即 「ND」-「R」-「C」之組合，表示具 1.0%間變位角之受損裂縫，先以環氧樹脂 灌注裂縫完成補修，再以 2 層水平向 CFRP 貼片包覆之非韌性配筋柱試體。 35

2.1.1 試體 NDN

本研究參考 Sezen[12]所蒐集之典型老舊 RC 建築柱試體資料，以作為矩形 非韌性柱試體 ND 之設計參數依據，試體 ND 主要選定以貼近國內非韌性矩形柱 試體之典型態樣，同時亦參考歐昱辰[13]補強前試體之設計參數，其試體源於該 研究所歸納之典型國內低矮 RC 建築柱之態樣，如混凝土設計抗壓強度 fc'=21 MPa。橫向鋼筋多選擇 D10(#3)至 D13(#4)之尺寸，規格為 SD280，縱向鋼筋多 選擇 D19(#6)至 D36(#11)之尺寸，規格為 SD420。樓層高度大約介於 3.3 m 到 3.8 m 之間，一樓矩形柱斷面寬度大約介於 30 cm 至 45 cm 之間，深度約介於 40 cm 至 80 cm 之間等，但其所歸納之柱構件，並非均屬於本研究所擬探討之老舊低矮 型 RC 建築。林敏郎[11]則針對屋齡較高的老舊低矮型 RC 建築柱，規劃其研究 之試體，此試體皆屬非韌性配筋之斷面，較符合本研究試體設計之需求。 整體而言，由於 Sezen[12]柱試體資料由於數量較多，可用於檢核本研究試 體 NDN 之規劃結果，是否超出一般老舊 RC 建築柱之範圍，但由於其多屬國外 型式之試體，未必符合國內低矮 RC 建築柱之態樣。因此本研究柱試體 NDN 之 斷面尺寸、縱向鋼筋強度與橫向鋼筋強度、剪力跨深比等參數，係參採歐昱辰[13] 試體於補強前之參數。而橫向鋼筋間距、箍筋端部彎鉤等配置細節，則參採林敏 郎[11]試體。前述 Sezen、歐昱辰、林敏郎，以及本研究試體 NDN 設計參數，列 於表 2.1。 另外，本研究試體混凝土抗壓強度𝑓_𝑐′僅取 140 kgf/cm2_{，主要參考國內老舊校} 舍建築結構耐震能力詳評之經驗[14]，顯示台南市內 160 棟校舍普查混凝土鑽心 試體平均抗壓強度為 143 kgf/cm2_{，且最低強度為 91kgf/cm}2 [14,15]。試體 NDN 之設計，以及柱試體斷面之詳細尺寸，如圖 2.4 所示。柱試體橫向箍筋之端部， 均為 90 度彎鉤，全柱不配置內繫筋，橫向箍筋中心間距取 20 cm，以貼近及顯 示國內「典型」老舊低矮建築物柱構件之非韌性配筋方式。另綜評本所相關試驗 機的加載能量，以及國內建築物實務現況，選定本研究探討柱試體之斷面深度為 36

30 cm，寬度為 50 cm，以符合歷次震災調查報告所載老舊低矮型 RC 建築底層柱 常見之破壞型態，但是在斷面的 4 個角隅處，預製為半徑 3 公分的圓弧角，如圖 2.5 所示。因此，NDN 試體表示未受損之非韌性配筋柱試體。

2.1.2 試體 NDC

試體 NDC 與 NDN 均具有相同 RC 斷面及鋼筋配置，在試體 RC 斷面的 4 個角隅處，預先設置半徑為 3 公分之圓弧角，兩者差異在 NDC 試體外圍貼覆 2 層水平向 CFRP 貼片，以進行包覆補強。因此 NDC 試體表示採用 2 層水平向 CFRP 貼片包覆之非韌性配筋柱試體，如圖 2.4 及圖 2.5 所示。 考量柱試體耐震韌性之發揮，受橫向鋼筋量之影響，現行混凝土結構設計規 範[9]對柱構件矩形橫向鋼筋量之需求，規定如(式 2.1)所示，式中前者為圍束需 求，後者為韌性需求，前者旨在確保當柱構件保護層剝落後，核心混凝土仍有足 夠之側向圍束應力，使柱構件軸力強度得以維持。由於本研究柱試體斷面之橫向 鋼筋，係採非韌性配置，所提供橫向鋼筋量僅為現行規範要求之 20% (𝐴_𝑠ℎ⁄𝐴_{𝑠ℎ,𝑟𝑒𝑞}≅ 0.2)，不足的圍束需求，考量透過以碳纖維貼附補強之方式來 彌補。 由既有研究結果顯示[1]，為計算碳纖維布圍束所需之補強數量，可採林敏 郎[11,16]所提之 CFRP 包覆圍束補強設計理論。首先將(式 2.1)中_𝑓𝑦𝑡、_𝑠𝑏𝑐移項可 得(式 2.2)，在此假設�0.3 �𝐴𝑔 𝐴𝑐ℎ− 1� 𝑓𝑐 ′_，0.09𝑓 𝑐′� 𝑚𝑎𝑥為柱構件核心混凝土圍束應力 需求為𝑓_𝑐𝑒，其分別由既有橫向鋼筋提供之圍束應力𝑓_𝑙𝑠，以及碳纖維布補強提供 之圍束應力_𝑓𝑙𝑓提供，即_𝑓𝑙𝑠以及_𝑓𝑙𝑓之和應該要大於核心混凝土圍束應力需求_𝑓𝑐𝑒， 可得(式 2.4)。其中，橫向鋼筋提供之圍束應力𝑓_𝑙𝑠，可依(式 2.5)計算，因此碳纖 維布補強須提供之圍束應力_𝑓𝑙𝑓，將(式 2.4)代入(式 2.5)並移項可得(式 2.6)碳纖維 布補強之圍束應力之需求。 37

因碳纖維布為線性材料(如圖 1.1)，故碳纖維布抗拉應力_𝜎𝑓為其抗拉應變_𝜀𝑓與 彈性模數𝐸_𝑓之乘積。假設碳纖維布厚度為𝑡_𝑓，在𝑠間距內碳纖維布水平向總圍束 力為_{2𝜀𝑓𝐸𝑓𝑡𝑓𝑠，其中乘以 2 倍，表示柱斷面兩側包覆之碳纖維布，如圖 2.6 所示。} 因此將碳纖維布之總側向力均布於𝑠間距內，可得其提供之圍束應力相當於 2𝜀𝑓𝐸𝑓𝑡𝑓⁄ ，得(式 2.7)之碳纖維布圍束補強之理論設計公式。利用(式 2.7)即可計𝑏 算碳纖維布所需厚度𝑡_𝑓，再除上單層單向碳纖維布設計厚度𝑡_𝑓0，最後可求得以碳 纖維布補強所需施做之層數_{𝑛需求。} (式 2.7)之計算，尚須設定碳纖維設計應變𝜺_𝒇以及彈性係數𝑬_𝒇，本研究參考 ACI 440.2R-08[17]之建議，將𝜺_𝒇假定為 0.004，而彈性係數𝑬_𝒇則參考「CFRP 補 強混凝土結構物技術規範(草案)」[18]之建議，設為2.35×106 kgf/cm2，透過此兩 項假設，即可計算碳纖維布所需施做厚度𝒕_𝒇。而碳纖維布所需層數，則可由所需 厚度𝒕_𝒇除上單層設計厚度𝒕_𝒇𝟎，其中𝒕_𝒇𝟎係根據碳纖維布規格而有所不同。表 2.2 所示，表中參考公共工程施工綱要規範中[19]規定之碳纖維布規格，本研究為與 先前研究比對，賡續選用碳纖維片規格為 FAW300 進行設計，並採用碳纖維布（不 含樹脂）之標稱設計厚度 _𝑡𝑓0為 0.165 mm。 𝐴𝑠ℎ = �0.3𝑠𝑏𝑐�_𝐴𝐴𝑔 𝑐ℎ − 1� 𝑓𝑐′ 𝑓𝑦𝑡， 0.09𝑠𝑏𝑐 𝑓𝑐′ 𝑓𝑦𝑡�_𝑚𝑎𝑥 (式 2.1) 𝐴𝑠ℎ,𝑓𝑦𝑡 𝑠𝑏𝑐 = �0.3 � 𝐴𝑔 𝐴𝑐ℎ − 1� 𝑓𝑐 ′_，0.09𝑓 𝑐′� 𝑚𝑎𝑥 (式 2.2) 𝑓𝑐𝑒 = �0.3 �_𝐴𝐴𝑔 𝑐ℎ− 1� 𝑓𝑐 ′_ˎ0.09𝑓 𝑐′� 𝑚𝑎𝑥 (式 2.3) 𝑓𝑙𝑠+ 𝑓𝑙𝑓 ≥ 𝑓𝑐𝑒 (式 2.4) 𝑓𝑙𝑠 =𝐴𝑠ℎ_𝑠𝑏𝑓𝑦ℎ 𝑐 (式 2.5) 𝑓𝑙𝑓 ≥ �0.3 �_𝐴𝐴𝑔 𝑐ℎ− 1� 𝑓𝑐 ′_ˎ0.09𝑓 𝑐′� 𝑚𝑎𝑥 − 𝐴𝑠ℎ𝑓𝑦ℎ 𝑠𝑏𝑐 (式 2.6) 2𝜀𝑓𝐸𝑓𝑡𝑓 𝑏 ≥ �0.3 � 𝐴𝑔 𝐴𝑐ℎ − 1� 𝑓𝑐 ′_ˎ0.09𝑓 𝑐′� 𝑚𝑎𝑥− 𝐴𝑠ℎ𝑓𝑦ℎ 𝑠𝑏𝑐 (式 2.7) 38

2.1.3 試體 NDR

試體 NDR 與 NDN 等 2 試體鋼筋混凝土柱部分的斷面尺寸、斷面形狀、鋼 筋配置及鋼筋與混凝土材料之強度，均為相同之設計。試體 NDR 係先以位移控 制進行水平向加載，其層間變位角分別控制由 0.25 %、0.5 %、0.75 %及 1.0%等 4 個位移控制行程，每個控制行程進行 3 個迴圈，最後回到位移零之位置，使柱 試體預先受損並產生裂縫，再以高流動性環氧樹脂（Epoxy）進行裂縫低壓灌注 之補修，目的為試圖將鋼筋混凝土柱試體，修補至未受損之狀況。因此「NDR」 表示具 1.0%間變位角之受損裂縫，但完成以環氧樹脂灌注補修之非韌性配筋柱 試體，如圖 2.11 所示。

2.1.4 試體 NDRC

試體 NDRC 與 NDR 等 2 個試體，其鋼筋混凝土柱部分的斷面尺寸、斷面形 狀、鋼筋配置及鋼筋與混凝土材料之強度，均為相同之設計，且同樣先將試體以 位移控制進行水平向加載，其層間變位角分別控制由 0.25 %、0.5 %、0.75 %及 1.0%等 4 個位移控制行程，每個控制行程進行 3 個迴圈，最後回到零位移位置， 使柱試體預先受損並產生裂縫，再以高流動性環氧樹脂（Epoxy）進行裂縫低壓 灌注之補修。與 NDR 試體的差異，在於 NDRC 試體外圍再以 2 層水平向 CFRP 貼片包覆。因此 NDRC 試體表示具 1.0%間變位角之受損裂縫，先以環氧樹脂灌 注裂縫完成補修，再以 2 層水平向 CFRP 貼片包覆之非韌性配筋柱試體。 39

第 二 節 試 體 製 作

本研究 4 組試體之製作，計分為底座定平與試體放樣、基座施工、應變計黏 貼與試體上部柱身製作，各項製作程序詳述如下：

2.2.1 底座定平與試體放樣

依據採購須知補充說明圖說所需之鋼筋種類與尺寸，由鋼筋加工廠直接加工 後，送抵本所材料實驗中心大型力學實驗室南側施工現場，如圖 2.16 所示。進 行試體製作施工區之清理與整地，並確認試體之製作位置，以 6 分木夾板及 100 ×50×3 mm 之 C 型鋼組立底座，並定出水平，如圖 2.17 所示；再進行每組柱試體 製作之放樣，訂出底座 8 處直徑為 70 mm 材質為 PVC 預留管的位置。

2.2.2 基座施作

由於本研究試體之基座，係採直立方式施工，因此須先完成基座鋼筋籠之製 作，再將主筋綁紮於下基座鋼筋籠，此時必須特別注意要掌握縱向鋼筋的位置及 垂直度，必須利用水準尺進行檢核。基座鋼筋籠完成組立之後，於基座灌漿前須 預埋直徑為 700 mm，中心間距為 500 mm 的 PVC 管，此 PVC 管為試體於後續 安裝階段貫穿螺桿之用，基座側邊模板完成組立後，需再確認與固定 PVC 管的 設置位置，確認完成後澆置混凝土，如圖 2.16 至圖 2.22 所示。

2.2.3 應變計黏貼

為觀察及瞭解柱試體於加載過程中，縱向及橫向鋼筋應變之變化，係規劃於 柱試體下方塑性轉角發生區，分別於縱向與橫向鋼筋之適當位置，黏貼 5mm 之 金屬應變計。並於黏貼完成之應變計，塗抹防水覆膜膠，最後再以電器膠帶纏繞 保護，並要特別注意防止應變計發生非預期之拉扯損毀。 為降低試體於加載過程而造成對應變計之影響，每組柱試體應變計之訊號線 束，均由柱底部與基座之交界面，集中成束出線，每組應變計訊號線之規格長度 為 3 m。而在應變計收線時，應注意導線須沿著縱向鋼筋內緣或緊靠外箍筋下緣 40

走線，防止混凝土澆置或震動搗實之動作，致拉扯而使應變計損毀。為避免應變 計於灌漿或養護時水分進入成束訊號線之集線區，所有外露於柱試體外部之訊號 線，均利用塑膠袋包覆保護，如圖 2.23 至圖 2.24 所示。

2.2.4 試體上部柱身製作

下基座拆模後即可進行上部柱身之製作，此時需注意黏貼有應變計的箍筋， 必須放置於所規劃佈設應變計之位置，上部柱身鋼筋完成綁紮後，組立上部柱身 之模板，並於確認模板與訊號線束穩固後，澆置混凝土並完成試體混凝土部分之 製作，如圖 2.25 至圖 2.29 所示。

2.2.5 試體上部柱身碳纖維包覆補強

1.混凝土表面處理 混凝土表面不平整或有突出物，須修整處理。修復完工後之局部表面 高度差應控置於 1 mm 以內，或修整 1：10 以下之斜面。 2.隅角部處理 為防止隅角部碳纖維貼片提早發生應力集中之破壞。隅角部凸角半徑， 應大於 3 公分之圓弧角，若於凸出部分應以切割機或砂輪機將其削除，使 其平順；如於凹角部位時，則須使用樹脂砂漿填平，使其凹面平滑化，以 利碳纖維貼片貼覆及受力強度之發揮。 3.施工環境 (1)施工環境不可有塵土飛揚情形，以免污染未乾之環氧樹脂。 (2)如下雨、刮風、有霧或環境相對濕度高於 85%時，不得施工，另有適 當防護措施者除外。 4.塗布底漆 (1) 混凝土表面用含水率測濕計檢驗，含水率須低於 8%。 (2)於可使用時間內，一次拌和使用量。將底漆之主劑及硬化劑依所規定 配比置於拌和桶中，並使用手提電動攪拌機均勻混合，超過可使用時 間之材料，則不可使用。 41

(3) 底漆以毛刷滾輪均勻塗佈，底漆用量不得低於 0.4 kg/m 。 5.碳纖維貼片黏貼 (1) 碳纖維布預先以剪刀或刀片，依所設計尺寸裁切。 (2)施工面底漆以指觸乾燥確認，底漆施工超過一個星期以上 時，應 以砂紙打毛。 (3)將環氧樹脂之主劑及硬化劑依所規定配比置於拌和桶中，並使用電動 攪拌機均勻混合，超過可使用時間之材料，則不可使用。 (4)環氧樹脂以毛刷滾輪平均塗佈，轉角部分要多塗，環氧樹脂用量不得 低於 0.6 kg/m2_。 (5)單向碳纖維布黏貼於樹脂塗佈面後，以毛刷滾輪或橡皮刮刀順著纖維 方向推平，使樹脂浸透並去除氣泡。纖維(長向)方向之搭接長度須 200 mm 以上。 (6)黏貼後放置 30 分鐘，如纖維有浮出或脫線情形發生時，以滾輪或橡 皮刮刀壓平修正。 (7)單向碳纖維布表面於塗佈第 2 層環氧樹脂(塗於面層)，以毛刷滾輪或 橡皮刮刀順著纖維方向推平，使碳纖維完全含浸於樹脂，環氧樹脂用 量不得低於 0.4 kg/m2_。 (8)兩層以上碳纖維貼片相疊黏貼時，重覆(4)至(7)步驟，須等待前面一層 樹脂指觸乾燥後並經工程司確認後，方可施作下一層。 6.養護 (1)碳纖維貼片補強施工後，為避免雨水、砂、灰塵等附著於上，可使用 塑膠布保護達 24 小時以上，並應注意盡量不要碰觸到施工面。 (2)如平均氣溫為 20℃，養護期間為一週；如平均氣溫為 10℃，養護期 間為兩週。 42

第 三 節 試 驗 裝 置 與 測 計 安 排

試體上方設有厚度為 15 mm 之鋼製頂板，頂板預留直徑為 250 mm 之圓孔， 以利試體由上而下灌漿之用，完成混凝土灌漿後，將鋼製頂板塞回圓孔並銲接固 定，再於混凝土澆置面與鋼頂板下緣間，以無收縮水泥填滿其空間，讓致動器施 加軸壓力時，將應力平均分佈於柱試體之頂端，避免應力集中傳遞而造成非預期 之破壞。本研究 RC 柱試體均採單軸應變計，用以記錄柱試體下部塑性鉸區內部 縱向鋼筋、外箍筋與 CFRP 表面等處之單向應變，單一柱試體內部縱向及橫向鋼 筋共設置 9 組應變計，包覆 CFRP 表面則設置 10 組應變計，詳如圖 2.13 所示； 外掛位移計則量測試體的位移量；試驗裝置有大型試驗構架、600 噸與 200 噸 油壓致動器，進行撓曲試驗，探討非韌性配筋柱與韌性配筋柱之撓曲行為，詳如 圖 2.14 所示。撓曲試驗中所採用的側向位移歷時圖，如圖 2.15 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。

表 2.1 非韌性柱試體相關參數比較 項目 Sezen(2002)[12] 林敏郎[9] (2009) 歐昱辰[13] (2016) 【試體補強前】 本研究試體 RND 最小值 最大值 平均值 𝑎/𝑑 2 4 3 2.89 6.74 6.64 𝑠/𝑑 0.2 1.2 0.61 0.56 0.86 0.67 𝑓𝑐′( kgf/cm2 ) 134 457 253 210 210 140 𝑓𝑦𝑙(kgf/cm2) 3304 5343 4148 4200 4200 4200 𝜌𝑙 1.0% 4.0% 2.3% 2.3% 3% 2.3% 𝑓𝑦𝑡 (kgf/cm2) 3234 6609 4359 2800 2800 2800 𝜌𝑡 0.1% 0.7% 0.3% 0.1% 0.136% 0.143% 𝑃/𝐴𝑔𝑓𝑐′ 0 0.6 0.2 0.2 0.20 0.2 ※標示底線者，表示數據不在 Sezen(2002)所蒐集之 50 座老舊 RC 柱試體資料範圍內。𝑎/𝑑：剪力跨深比；𝑠/𝑑：橫向鋼筋間距與斷面 深度比；𝑓_𝑐′：混凝土抗壓強度；𝑓_𝑦𝑙：縱向鋼筋降伏強度；𝜌_𝑙：縱向鋼筋比(=𝐴_𝑠𝑙⁄ )；𝑓𝑏ℎ _𝑦𝑡：橫向鋼筋降伏強度；𝜌_𝑡：橫向鋼筋比(=𝐴_𝑠ℎ⁄𝑏_𝑐𝑠)； 𝑃/𝐴𝑔𝑓𝑐′：軸力比。 44

表 2.2 碳纖維布規格 規格 FAW200 FAW300 測試方法 單位面積纖維質量 (g/m2/層) ≥200 ≥300 CNS13062 抗拉強度 (kgf/cm/層) 460 以上 690 以上 CNS13555 設計厚度 (mm/層) 0.11 0.165 --- 伸長率 (%) ≥1.7 CNS 13555 貼片幅寬 (cm) 40 或 50 40 或 50 --- (資料來源：參考書目[19]) 45

表 2.3 各柱試體斷面配筋及碳纖維包覆情形 試體編號 斷面尺寸 縱向鋼筋 橫向鋼筋 CFRP 層數 鋼筋配置 鋼筋比𝜌_𝑠 (%) 強度 (MPa) 鋼筋配置 鋼筋比𝜌_𝑠 (%) 強度 (MPa) 間距 (mm) 閉合箍筋端 部彎鉤 NDN 500×300 12-D19(#6) 2.3 420 2-D10(#3) 0.143 280 200 90 0 NDC 2 NDR 4 NDRC 8 46

圖 2.1 非韌性配筋柱橫向箍鋼筋間距過大之情形

(資料來源：李宏仁)

圖 2.2 非韌性配筋柱箍筋端部僅為 90 度彎鉤且柱內設有排水管

(資料來源：李宏仁)

50 cm 50 cm R > 3 cm > 10 cm 圖 2.3 RC 柱試體外部 CFRP 貼片以水平向之包覆方式 48

圖 2.4 試體 NDN 之設計圖 (資料來源：本研究製作) 60 2 20 420 柱閉合箍筋細部圖 兩端90度彎鉤 95 170 95 170 105 110 105 175 175 500 140 3-D25@120130 120 500 1000 500 175 預埋Φ70PVC管 Section C-C 基座主筋：D25-SD420W 基座箍筋：D25-SD420W 9 00 Bottom plate 500 300 15 Rebar D25 SD420W Rebar D25 前後排列 矩形柱試體-側視圖 500 175 50 55 120130 3-D25@1201405550 正 側視方向 Cyclic Lateral Force

80 1 85 1 85 80 9 00 2 0 00 50 50 1 85 1 85 300 B A C C B A 矩形柱試體-正視圖 閉合箍筋每200mm 須交叉換端 摩 兩層閉合箍筋 兩層閉合箍筋 2 0 00 閉合箍筋每200mm 須交叉換端 1 0-D 1 0@ 200 1 6 00 120 400 120 Section A-A Hole diameter = 150 mm (φ=150mm) Longitudinal rebar welded with plate

Steel plate (500 300 15) 100 1 00 3 00 φ=20mm 500 R₃₀ 95 95 95 60 60 95 500 60 90 90 60 3 00 Section B-B 柱主筋：D19-SD420W 柱閉合箍筋：D10-SD280 R₃₀ 49

圖 2.5 NDC 試體於補強前之柱試體斷面圖

(資料來源：本研究製作)

圖 2.6 𝒔間距內碳纖維布與橫向鋼筋側向力

(資料來源：參考書目[16])

圖 2.7 底座製作與定平

（資料來源：本研究）

(a)未設置碳纖維錨栓 (b)設置碳纖維錨栓

圖 2.8 矩形 RC 柱採碳纖維包覆補強及碳纖維錨栓之情形

圖 2.9 碳纖維錨栓示意圖 (資料來源：[11]) (a)包覆 CFRP 柱 (b)未包覆 CFRP 柱 圖 2.10 柱試體有(未)包覆 CFRP 可能影響破壞模式 (資料來源：[1]) 53

圖 2.11 RC 受損柱採低壓灌注裂縫之施工圖

(資料來源：本研究)

圖 2.12 自加工廠完成加工送抵工作區之鋼筋

（資料來源：本研究）