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研究生: 廖俊宏
Chun-Hong Liao
論文名稱: SMRF中梁高應力區各種組合銲道型式之可行性
Feasibility of Different Types of Welds for Build-up H-Shaped Steel Beams within Protected Area for SMRF
指導教授: 陳正誠
Cheng-Cheng Chen
口試委員: 張敬昌
Ching-Chang Chang
梁宇宸
Yu-Chen Liang
陳煥煒
Huan-Wei Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 151
中文關鍵詞: 特殊抗彎矩構架組合H型鋼梁組合銲道
外文關鍵詞: Special bending moment frame, Built-up H-shaped steel beams, T joint welds
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  • 特殊抗彎矩構架(SMRF)系統當中,對於採用組合型鋼梁而言,AISC 358-16規範中規定在高應力區(Protected Area)範圍內,組合銲道須為全滲透槽銲道型式。但過去國內多數的梁柱接頭試驗報告,大多採用組合型鋼梁且高應力區並非採用全滲透槽銲道,但仍滿足所需之韌性。為了瞭解組合型鋼梁在高應力區內採用全滲透銲道的必要性,而提出3個可行性較高的組合銲道與全滲透銲道做比較,包括「具最小根面之部分滲透槽銲道及補強填角銲道組合」、「以腹板發揮全拉力為設計力之填角銲道」、「以腹板發揮全剪力為設計力之填角銲道」。除此之外,還包括2種組合型鋼梁斷面及2種韌性切削型式。總共規劃了16組大尺寸梁–柱子結構試體,並以反復載重進行試驗。為了對梁有更嚴格的測試,將梁剪力比定在0.5~0.6左右。根據試驗結果可歸納出:(1)剪力比為0.54以下之梁,高應力區組合銲道以腹板發揮全剪力為設計力之填角銲道即可;剪力比為0.61以下之梁,高應力區組合銲道應至少採用「腹板發揮全拉力為設計力之填角銲道」;(2)切削型式對組合銲道的需求影響有限;(3)腹板厚度與翼板厚度之比值小於43%時,銲道設計可能偏不保守;(4)以承壓型接合設計腹板螺栓,在梁發展出足夠韌性前,沒有破壞或不良的行為發生;(5)組合銲道耗盡其縱向延展性而產生橫向裂縫,但是仍然可以維持腹板與翼板之一體性。


    In the special bending moment frame (SMRF) system, for the built-up H-shaped steel beams, the AISC 358-16 specification specifies that in the protected area, the T joint welds shall be the complete joint penetration (CJP) welds. However, in the past, most of the beam-column joint test reports mostly use built-up steel beams and the protected area is not used CJP welds, but still meets the required toughness. In order to understand the necessity of using CJP welds bead in the protected area of the built-up steel beam, three feasible T joint welds are compared with the CJP welds, including "partial joint penetration welds with minimum root surface and the combination of the reinforcing fillet", "the fillet welds with the full tensile force as the design force" and the "fillet welds with the full shear force of the web as the design force ". In addition, there are two types of sections and two types of ductile cutting types. A total of 16 large-size beam-column structural specimens were planned and tested with cycle loads. In order to have a more rigorous test on the beam, the beam shear ratio is set at about 0.5 to 0.6. According to the test results, it can be concluded that: (1) The beam with a shear ratio of 0.54 or less, the T joint welds of the protected area can be used as the fillet weld with the full shear force as the design force; the beam with shear ratio is less than 0.61. For beams in the protected area, the T joint welds should be at least “filled bead with full tensile force as design force”. (2) The influence of cutting type on the demand of T joint welds is limited. (3) When the ratio of the thickness of web and flange is less than 43%, the design may not be conservative. (4) Design the web bolt with pressure-bearing, no damage or bad behavior occurs before the beam develops sufficient toughness. (5) The T joint welds deplete its longitudinal ductility to create a transverse crack, but still maintains the web and the flange.

    目錄 論文摘要 I ABSTRACT III 誌謝 V 目錄 VII 表格索引 IX 圖片索引 XI 符號索引 XVII 第一章 緒論 1 1.1研究緣起與目的 1 1.2研究方法 3 1.3研究範圍 3 第二章 試驗計畫 5 2.1試體規劃 5 2.1.1梁斷面選擇 6 2.1.2試體梁長度 7 2.1.3梁柱接頭切削 7 2.1.4組合銲道細部 8 2.2試體設計 10 2.3試體製作 11 2.4材料實測機械性質 12 2.5試驗裝置與測計配置 13 2.6載重歷程 14 第三章 試驗結果與討論 15 3.1試體整體行為 15 3.1.1 T28S系列 17 3.1.2 T28A系列 18 3.1.3 T40S系列 20 3.1.4 T40A系列 22 3.2試體強度 23 3.3塑性轉角 24 3.4組合銲道可行性評估 25 第四章 結論與建議 27 參考文獻 29 附錄 111 附錄A 銲道細部設計 113 附錄B 韌性切削設計 119 附錄C 腹板螺栓設計 125 附錄D 鋼板材質證明書 129   表格索引 表1.1組合銲道特性比較 31 表2.1試體編號及相關參數 32 表2.2寬厚比 33 表2.3 T28S系列切削設計結果 33 表2.4 T40S系列切削設計結果 33 表2.5 T28A系列切削設計結果 34 表2.6 T40A系列切削設計結果 34 表2.7 PJP-MRF銲道設計結果 34 表2.8 F-T銲道設計結果 35 表2.9 F-V銲道設計結果 35 表2.10實際銲道尺寸 35 表2.11東鋼結構銲接程序規範書 36 表2.12春源鋼鐵銲接程序規範書 38 表2.13長榮鋼鐵銲接程序規範書 40 表2.14中鋼結構銲接程序規範書 42 表2.15梁翼板全滲透銲道之銲接程序規範書 44 表2.16鋼板實測機械性質 45 表2.17 T28A系列之組合銲道銲材證明 46 表2.18試驗加載歷程表 47 表3.1試驗結果彙整 48 表3.2各試體破壞模式 49 表3.3各試體組合銲道縱向裂縫情形 50 表3.4組合銲道橫向裂縫情形 50 表3.5 T28斷面之CJP及PJP-MRF試體試驗過程觀察表 51 表3.6 T28斷面之F-T及F-V試體試驗過程觀察表 52 表3.7 T40斷面之CJP及PJP-MRF試體試驗過程觀察表 53 表3.8 T40斷面之F-T及F-V試體試驗過程觀察表 54 表3.9破壞模式對應之層間位移角 55 表3.10試體彎矩強度 56 表3.11試驗成果 57 表3.12 PJP-MRF以腹板發揮全拉力為設計力與量測結果比較 58   圖片索引 圖1.1 AISC對於BH斷面組合銲道在高應力區之要求 59 圖1.2組合銲道維持翼板與腹板間之連續性 59 圖1.3 CJP銲接順序示意圖 60 圖1.4 PJP-MRF銲接順序示意圖 60 圖1.5銲接成本曲線(本圖為參考文獻[6]繪製) 61 圖1.6 H斷面承受剪力 61 圖2.1反對稱梁之梁端彎矩作用 62 圖2.2跨深比與剪力比之關係 62 圖2.3抗彎構架受側向力示意圖(本圖為參考文獻[14]繪製) 62 圖2.4梁翼梯形切削示意圖 63 圖2.5梁翼圓弧切削示意圖 63 圖2.6全滲透槽銲道之銲道細部 64 圖2.7雙邊部分滲透槽銲道及補強填角銲道組合之銲道細部 64 圖2.8雙邊填角銲道接合之銲道細部 64 圖2.9組合銲道受力行為 65 圖2.10梁–柱子結構試體設計圖 (unit: mm) 66 圖2.11高應力區組合銲道銲接符號 (unit: mm) 67 圖2.12梁翼切削尺寸 (unit: mm) 68 圖2.13翼板開槽與扇形孔細部 (unit: mm) 69 圖2.14 T28S系列及T28A系列之箱型柱設計圖 (unit: mm) 70 圖2.15 T40S系列及T40A系列之箱型柱設計圖 (unit: mm) 71 圖2.16腹板開槽末端情況 72 圖2.17開槽末端處之收弧情況 72 圖2.18銲接入熱量比較 72 圖2.19銲接扇形孔加工完成面 73 圖2.20模擬現場電銲作業環境 73 圖2.21腹板以高張力螺栓接合 74 圖2.22翼板全滲透銲道表面 74 圖2.23翼板全滲透銲道端部研磨前 74 圖2.24翼板全滲透銲道端部研磨後 75 圖2.25拉伸試片取樣方向 75 圖2.26試片尺寸 75 圖2.27降伏應力計算方式 76 圖2.28 T12_1NT94應力應變曲線 76 圖2.29 T19_3D061應力應變曲線 76 圖2.30 T19_3D062應力應變曲線 77 圖2.31 T28_2Z227應力應變曲線 77 圖2.32 T40_3D732應力應變曲線 78 圖2.33 T40_2YF91應力應變曲線 78 圖2.34梁柱子結構模擬實際結構受側向力之結構行為示意圖 78 圖2.35試驗裝置立面圖(unit: mm, S=1/60) 79 圖2.36測計配置圖 80 圖2.37載重歷程 81 圖2.38層間位移角定義 81 圖3.1 MTS位移修正後數據與LVDT位移原始數據比較 81 圖3.2 T28S系列試體遲滯迴圈 82 圖3.3 T28A系列試體遲滯迴圈 83 圖3.4 T40S系列試體遲滯迴圈 84 圖3.5 T40A系列試體遲滯迴圈 85 圖3.6 T28S系列試體skeleton curve 86 圖3.7 T28A系列試體skeleton curve 87 圖3.8 T40S系列試體skeleton curve 88 圖3.9 T40A系列試體skeleton curve 89 圖3.10塑性轉角定義 90 圖3.11 T28S-CJP試體試驗照片 91 圖3.12 T28S-PJP-MRF試體試驗照片 92 圖3.13 T28S-F-T試體試驗照片 93 圖3.14 T28S-F-V試體試驗照片 94 圖3.15 T28A-CJP試體試驗照片 95 圖3.16 T28A-PJP-MRF試體試驗照片 96 圖3.17 T28A-F-T試體試驗照片 97 圖3.18 T28A-F-V試體試驗照片 98 圖3.19 T40S系列全滲透銲道幾何形狀示意圖 99 圖3.20 T40S-CJP 上翼板全滲透銲道外觀 100 圖3.21 T40S-PJP-MRF 上翼板全滲透銲道外觀 100 圖3.22 T40S-F-T 上翼板全滲透銲道外觀 101 圖3.23 T40S-F-V 上翼板全滲透銲道外觀 101 圖3.24 T40S-CJP試體試驗照片 102 圖3.25 T40S-PJP-MRF試體試驗照片 103 圖3.26 T40S-F-T試體試驗照片 104 圖3.27 T40S-F-V試體試驗照片 105 圖3.28 T40A-CJP試體試驗照片 106 圖3.29 T40A-PJP-MRF試體試驗照片 107 圖3.30 T40A-F-T試體試驗照片 108 圖3.31 T40A-F-V試體試驗照片 109

    參考文獻
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