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研究生: 楊志雲
Jyh-yun Yang
論文名稱: 鋼筋混凝土梁開榫端之剪力強度及最小橫向鋼筋量
Shear Strength and Minimum Transverse Reinforcement of Reinforced Concrete Dapped-End Beams
指導教授: 陳生金
Sheng-jin Chen
林英俊
Ing-jaung Lin
口試委員: 黃世建
none
林建宏
none
陳正誠
none
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 142
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  • 本研究係採用壓拉桿觀念建立剪力強度模式以預測鋼筋混凝土梁開榫端壓桿所能提供之剪力強度。模式之建立主要是考慮主拉力鋼筋與對角壓桿所形成的壓拉桿機制及橫向鋼筋機制來提供鋼筋混凝土梁開榫端之剪力強度,並進一步依據前人研究之130個試驗資料建立剪力強度預測公式以直接計算鋼筋混凝土梁開榫端壓桿所能提供之剪力強度。本研究並將建議模式、軟化壓拉桿模式[16,29] 及ACI 318-08附錄A壓拉桿模式[14]之預測結果作一比較,以探討各種模式對鋼筋混凝土梁開榫端剪力強度預測之適用性。研究結果顯示,本研究建議公式較能合理地預測一般強度及高強度鋼筋混凝土梁開榫端之剪力強度,預測值相當安全且偏保守,而且係以單一公式直接計算鋼筋混凝土梁開榫端壓桿所提供之剪力強度,公式本身簡單易算。
    為了避免壓桿產生早期斜向劈裂破壞而無法發揮壓桿之壓力強度,在本研究中亦採用了壓拉桿觀念建立理論模式以計算鋼筋混凝土梁開榫端所須配置之最小橫向鋼筋量,並進一步依據前人研究,選擇產生對角壓桿破壞的試體130個試體,產生斜張破壞的試體25個試體,探討本研究所建議最小橫向鋼筋量計算公式之適用性。研究結果顯示,本研究所建議之最小橫向鋼筋量計算公式確能能合理地預測一般強度及高強度鋼筋混凝土梁開榫端所須配置之最小橫向鋼筋量,其計算值相當安全且偏保守,而且公式計算簡單,在工程應用上相當簡便。


    A model for determining the shear strength of reinforced concrete dapped-end beams is proposed in this study. In this model, it is assumed that the shear strength of dapped-end beams is provided by the strut-and-tie mechanism and the transverse reinforcement as well. In this study, test results of 130 specimens available in the literature are compared with the results predicted separately by the proposed model, the softened strut-and-tie model, and the strut-and-tie model of ACI 318-08. The comparisons show that the proposed model can more easily and reasonably predict the shear strength of reinforced concrete dapped-end beams.
    In order to prevent the dapped-end beams from premature diagonal tension failure, an analytical model for determining the minimum transverse reinforcement required for dapped-end beams is also proposed based on strut-and-tie concept. In this study, test results of 130 specimens failed by crushing of diagonal strut and 25 specimens failed by diagonal tension splitting are used to examine the applicability of the proposed model. The comparisons show that the proposed model can reasonably predict the minimum transverse reinforcement required for both low-strength and high-strength concrete dapped-end beams.

    目 錄 中文摘要.........................................................................................................Ⅰ 英文摘要 ......................................................................................................Ⅱ 誌謝...............................................................................................................Ⅲ 目錄........................................................................................................Ⅳ 表索引........................................................................................................Ⅷ 圖索引............................................................................................................ XI 第一章 緒 論.........................................................................................1 1.1 研究背景.....................................................................................1 1.2 研究目的..........................................................................................3 1.3 研究方法與步驟………….…………………………………….4 第二章 文獻回顧................................................................................6 2.1 Mattock、Khan、Chung等人之研究.................................................6 2.2 1999年PCI設計手冊….…………………………………………10 2.3 美國ACI 318規範附錄A之壓拉桿模式……………………… 13 2.4 Hwang 等人軟化壓拉桿模式………………………………… 16 2.5 開榫端試驗回顧…………………………………………………20 第三章 鋼筋混凝土梁開榫端剪力強度..........................27 3.1 剪力強度模式..................................................................................28 3.2 壓拉桿機制......................................................................................29 3.2.1 對角壓桿與水平向夾角 ...................................................29 3.2.2 剪力強度...............................................................................32 3.3 橫向鋼筋機制..................................................................................35 3.4試驗值與預測值之比較....................................................................41 第四章 最小橫向鋼筋量之研究...........................................44 4.1 瓶狀壓桿受壓之側向張力.............................................................44 4.2 鋼筋混凝土開榫端最小橫向鋼筋量.............................................46 4.2.1 開榫端壓桿壓力傳遞斜率 .............................................47 4.2.2 開榫端最小橫向鋼筋量......................................................49 4.3 試驗值與預測值之比較.................................................................53 4.3.1 斜張破壞之試體...................................................................53 4.3.2 對角壓桿破壞之試體...........................................................54 第五章 結論..........................................................................................57 符號索引..................................................................................................60 參考文獻..................................................................................................64 本文圖表..................................................................................................69 附錄 計算例...................................................................................117 表 索 引 表3-1 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….69 表3-2 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….69 表3-3 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….70 表3-4 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….70 表3-5 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….71 表3-6 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….72 表3-7 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….73 表3-8 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….73 表3-9 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….74 表3-10 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料…………….75 表3-11 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端試體分析結果……………….76 表4-1 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料………………….82 表4-2 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料………………….82 表4-3 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料………………….83 表4-4 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端試體之詳細資料………………….84 表4-5 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端橫向鋼筋量與壓桿側向張力 分析結果…………………………………………………………..85 表4-6 斜張破壞鋼筋混凝土開榫端試體分析結果…………………….87 表4-7 對角壓桿破壞鋼筋混凝土開榫端橫向鋼筋量與壓桿側向張力 分析結果…………………………………………………………..89 圖 索 引 圖1-1 壓拉桿模式…………………………………………………………95 圖1-2鋼筋混凝土開榫端應用……………………………………………95 圖2-1 PCI設計手冊所考慮之破壞模式…………………………………96 圖2-2 ACI 318-08規範附錄A壓拉桿機制……………………………..96 圖2-3 通過壓桿之鋼筋…………………………………………………..97 圖2-4 鋼筋混凝土開榫端之軟化壓拉桿分析模型……….……………97 圖2-5 軟化壓拉桿模型傳力機制示意圖.……………………………….98 圖2-6 軟化壓拉桿模式評估對角壓力強度之程序…………………….99 圖3-1 鋼筋混凝土梁開榫端之鋼筋配置及剪力破壞狀況…………….100 圖3-2 開榫端壓拉桿機制………………………………………………..100 圖3-3 開裂鋼筋混凝土之軟化曲線……………………………………...101 圖3-4 開榫端橫向鋼筋機制……………..……………………………....101 圖3-5 式(3-38)預測值與試驗值之比較.………………………………...102 圖3-6 式(3-39)預測值與試驗值之比較………………………………....102 圖3-7 軟化壓拉桿模式預測值與試驗值之比較……………..………....103 圖3-8 ACI318-08規範壓拉桿模式預測值與試驗值之比較..……......103 圖3-9 試驗值與預測值之比值與 之關係…………………………...104 圖3-10 試驗值與預測值之比值與 之關係………………….………...105 圖4-1 理想化壓桿.…………………………………………………….....106 圖4-2 瓶狀壓桿示意圖………………………………………………......106 圖4-3 瓶狀壓桿縱向開裂之情形…………………..……………….....107 圖4-4 瓶狀壓桿之壓拉桿模擬…………………………………….......107 圖4-5 瓶狀壓桿中之壓應力分佈及傳力機制……………………….......108 圖4-6 採用壓桿壓力傳遞斜率 之 之瓶狀壓桿之壓拉桿模擬.111 壓拉桿模擬…………………………………………………….......109 圖4-7 側向鋼筋力之示意圖….…………………………………………..109 圖4-8 斜張破壞試體之 與 關係圖………………………….110 圖4-9 剪力強度試驗值與純混凝土壓桿破壞時之剪力強度計算值之 較(斜張破壞之試體)…………………………………………….110 圖4-10 式(3-38)預測值與試驗值之比較(斜張破壞之試體) ……….….111 圖4-11 與 關係圖(斜張破壞之試體)……………….111 圖4-12 式(3-39)預測值與試驗值之比較(斜張破壞之試體) …………..112 圖4-13 與 關係圖(斜張破壞之試體)………...…..112 圖4-14 壓桿破壞試體之 與 關係圖………………………...113 圖 4-15 與 關係圖(壓桿破壞之試體)……………113 圖 4-16 與 關係圖(壓桿破壞之試體)……….….114 圖 4-17 剪力強度試驗值與純混凝土壓桿破壞時之剪力強度計算值之 之剪力強度計算值之比較(壓桿破壞之試體)……………….114 圖4-18 式(3-38)預測值與試驗值之比較( 之試體)…….115 圖4-19 與 關係圖( 之試體)…………..115 圖4-20 式(3-39)預測值與試驗值之比較( 之試體)……...116 圖4-21 與 關係圖( 之試體)………....116 圖4-22 斜張破壞試體之 與 關係圖………………………….117 圖4-23 剪力強度試驗值與純混凝土壓桿破壞時之剪力強度計算值之 比較(斜張破壞之試體)……………………………………….117

    參考文獻
    [1] Mattock, A. H., and Chan, T. C.,“Design and Behavior of Dapped-End Beams,”PCI Journal, Vol.24, NO.6, November-December , pp.28-45.(1979).
    [2] 中國土木水利工程學會,「鋼筋混凝土學」,科技圖書股份有限公司,台北, 320pp.(2009)
    [3] Schlaich,J., Schafer,K., and Jennewein, M.,“ Toweard a Consistent Design of Structural Concrete ,” Prestressed Concrete Institute Journal, Vol.32, NO.3, Mayr-June , pp.74-150.(1987).
    [4] ASCE-ACI Committee 426,“The Shear Strength of Reinforced Concrete Members,”Journal of Structural Division, ASCE, Vol.99, NO. ST6, pp.1091-1187.(1973).
    [5] Zhang, L. X. B., and Hsu, T. T. C.,“Behavior and Analysis of 100 MPa Concrete Membrane Elements,”Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 124, No. 1, pp. 24~34 (1998).
    [6] Schlaich,J., and Schafer,K.,“Druck und Querzug in Bewehrten Betonelementen,” Bericht, Institut fur Massivbau, Universitat Stuttgart, .(1987)
    [7] Schlaich,J., and Schafer,K.,“ Zur Druck-Querzug-Festigkeit ded Stahibertons,” Beton-und Stahibetonst, ” Beton-und Stahlbetonbaut, . Vol.3, pp. 73~78 (1983).
    [8] Miyahra, T., Kawakami, T., and Maekawa, K.,“Nonlinear behavior of crack reinforced concrete plate element under uniaxial compression,” Concrete Library International, JSCE, Vol.11, pp. 306~319 (1988).
    [9] Ueda,M.,Noguchi,H.,Shirai,N.,and Morita,S.,“Introduction to activity of new RC.,”Proceedings International Workshop on Finite Element Analysis of Reinforced Concrete,Columbia University,New York. (1991).
    [10] Mikame,A.,Uchida,K.,and Noguchi,H.,“A Study of compressive deterioration of crack concrete,” Proceedings International Workshop on Finite Element Analysis of Reinforced Concrete,Columbia University,New York. (1991).
    [11] Vecchio,F.J.,and Collins,M.P.,“Compression response of cracked reinforced concrete,”Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.119, No.12, pp. 3590~3610 (1993).
    [12] ASCE-ACI Committee 445, “Recent Approach to Shear Design of Structural Concrete,”Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.124, No.12, pp. 1375~1417 (1998)
    [13] PCI Design Handbook, 5th Edition, Prestressed Concrete Institute, Chicago, Illinois (1999).
    [14] ACI Committee 318,“Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary,”American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan (2008).
    [15] 李宏仁、黃世建,「鋼筋混凝土結構不連續區域之剪力強度評估-軟化壓拉桿模型簡算法之實例應用」,結構工程,第17卷,第4期,第53-70頁 (2002)。
    [16] Hwang, S.J., and Lee, H. J.,”Strength Predicton for Discontinuity Regions by Softened Strut-and Tie Model,” Journal of Structural Engineering , Vol. 128, NO. 12, pp.1519-1526(2002)
    [17] Khan, M. A.,“A Study of the Behavior of Reinforced Concrete Dapped-End Beams,”MSCE Thesis, University of Washington, Seattle (1981).
    [18] Chung, J. C.,“Effect of Depth of Nib on Strength of a Dapped-End Beam,”MSCE Thesis, University of Washington, Seattle (1981).
    [19] 林佑鴻,「鋼筋混凝土梁開榫端之設計」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2000)
    [20] 蔡峻庭,「高強度鋼筋混凝土梁開榫端之設計」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2001)。
    [21] 黃再發,「剪跨比較大時鋼筋混凝土開榫梁之行為」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2001)。
    [22] 林詩隆,「含水平力時鋼筋混凝土開榫梁之行為」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2002)。
    [23] 郭武威,「高強度鋼筋混凝土開榫梁之行為」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2002)。
    [24] 金華如,「高強度鋼筋混凝土開榫梁之行為」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2003)。
    [25] 林宏緯,「剪力鋼筋量對鋼筋混凝土梁開榫端剪力強度之影響」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北 (2007)。
    [26] Hwang, S. J., Lu, W. Y., and Lee, H. J.,“Shear Strength Prediction for Reinforced Concrete Corbels,”ACI Structural Journal, Vol. 97, No. 4, pp. 543-552 (2000).
    [27] Hwang, S. J., Lu, W. Y., and Lee, H. J.,“Shear Strength Predicton for Deep Beams,”ACI Structural Journal, Vol. 97, No. 3, pp. 367-376 (2000).
    [28] Lin, I. J., Hwang, S. J., Lu, W. Y., and Tsai, J. T.,“Shear Strength of Reinforced Concrete Dapped-end Beams,”Structural Engineering and Mechanics, Vol. 16, No. 3, pp. 275-294 (2003).
    [29] Lu, W. Y., Lin, I. J., Hwang, S. J., and Lin, Y. H.,”Shear Strength of High-Strength Concrete Dapped-End Beams,” Journal of the Chinese Institute of Engineers , Vol. 26, No. 5, pp.671-680(2003)
    [30] 呂文堯、黃世建、林英俊,「鋼筋混凝土梁開榫端之抗剪強度評估」,中國土木水利工程學刊,第14卷,第1期,第13-21頁 (2003)。
    [31] Russo, G., Venir, R., and Pauletta, M.,“Reinforced Concrete Deep Beams-Shear Strength Model and Design Formula,”ACI Structural Journal, Vol. 102, No.3, pp. 429-437 (2005).
    [32] Russo, G., Venir, R., Pauletta, M., and Somma, M.,“Reinforced Concrete Corbels-Shear Strength Model and Design Formula,”ACI Structural Journal, Vol.103, No.1, pp.3-10 (2006).
    [33] Siao, W. B.,“Strut-and-Tie Model for Shear Behavior in Deep Beams and Pile Caps Failing in Diagonal Splitting,”ACI Structural Journal, Vol. 91, No. 2, pp. 123-132 (1994).
    [34] Zhang, L. X. B., and Hsu, T. T. C.,“Behavior and Analysis of 100 MPa Concrete Membrane Elements,”Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 124, No. 1, pp. 24~34 (1998).
    [35] ENV 1992-1-1,“Eurocode 2-Design of Concrete Structures-Part 1-1:General Rules and Rules for Buildings,”Comite Europeen de Normalization CEN, 203 pp. (1992).
    [36] Brown,M.,D., and Bayrak, O.,“Minimum Transverse Reinforcement for Bottle-Shaped Struts,” ACI Structural Journal, Vol.103, NO.6, pp.813-821 (2006).
    [37] Brown,M.,D., Sankovich,C.L., Bayrak, O., Jirsa,J.O., Breen,J.E., and Wood,S.L., “Design for Shear in Reinforced Concrete Using Strut-and-Tie Models,” Report No. 0-4371-2, Center for Transportation Research, University of Texas at Austin,Tex. Apr. (2006)
    [38] Schlaich, J., and Weischede, D.,“Detailing of Concrete Structures ,” Bulletin d’Information 150, Comite Euro-International du Beton ,Paris,163pp.(1982).

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