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研究生: 鄭兆麟
Chao-Lin Cheng
論文名稱: 包覆型SRC梁符合完全合成之撓曲分析與設計方法
Flexural Strength and Curvature Ductility Analysis and Design Methods for SRC Beam Sections with Complete Composite Action
指導教授: 陳正誠
Cheng-Cheng Chen
口試委員: 陳生金
Sheng-Jin Chen
林英俊
Ing-Jaung Lin
許協隆
Hsieh-Lung Hsu
翁正強
Frank C. C. Weng
蔡益超
I-Chau Tsai
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: 2007
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 162
中文關鍵詞: SRC 結構完成合成構材撓曲分析撓曲設計
外文關鍵詞: SRC construction, composite construction, flexural design, flexural analysis
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本研究目的在建立一套有效且簡易之包覆型SRC梁之撓曲分析與設計方法。為降低SRC梁之材料使用量,本文設定SRC梁斷面具完全合成之作用,因此若能確保或認定SRC梁具完全合成作用,均可引用本文方法進行SRC梁斷面之分析與設計。本文收集32組試體之實驗資料以探討斷面之合成作用,並基於斷面符合完全合成且塑性應力分佈之假設,首先發展出SRC梁撓曲強度分析之簡化塑性應力法。簡化塑性應力法分析所得之斷面撓曲強度,其準確性與應變諧和法相近,且計算過程相當簡便。
其次本文進行1620個SRC梁斷面之彎矩-曲率數值模擬分析,並據以建立SRC梁斷面曲率延展比之經驗關係式。此關係式不僅可用來分析SRC梁斷面曲率延展比,更可用於SRC梁斷面設計上使設計斷面韌性得以控制。接著本文利用上述曲率延展比之經驗關係式並配合簡化塑性應力法,發展出一套可滿足設計指定曲率延展比之SRC梁斷面設計方法,本文簡稱為S&D設計法。S&D設計法除可精確提供設計斷面撓曲強度外,並以控制斷面中立軸距之方法使斷面滿足所指定之設計曲率延展比。
為使SRC梁設計方法更為簡易,本文以S&D設計法為基礎,提出一滿足SRC梁斷面設計基本需求韌性比為2之SRC梁撓曲強度設計法,此設計法以多重彎矩分量(Multiple Moment Component Method)進行SRC梁之設計,本文簡稱為MMC設計法。最後本文並探討SRC梁斷面於耐震設計階段時,考慮核心混凝土受到箍筋與主筋之圍束作用下斷面延展性之性質,研究結果得知SRC梁斷面若於混凝土保護層開始碎裂時具備大於等於2之曲率延展比,則於耐震設計時可發展大於等於9的變形極限狀態之曲率延展比的變形能力。


In this research, it established a simple method to analyze the flexural strength and curvature ductility of SRC beam sections. And, two design methods for SRC beam sections for complete composite action. Firstly, a fairly simple flexural strength analysis method, which fulfills the assumption of complete composite action with a plastic stress distribution and avoids an iteration procedure, is also presented for SRC beam sections. This procedure is quite straightforward and easy to apply, and can be used to evaluate both the moment capacity and curvature ductility ratio of SRC beam sections. And, a section analysis, that complies with complete composite and strain compatibility conditions of 1620 SRC beam sections, was carried out to investigate the flexural behavior of SRC beam sections. As well, a correlation between the curvature ductility ratio and the depth of the neutral axis was established with fairly good agreement.
In addition, a design method, based on complete composite and plastic stress distribution, is proposed for the design of SRC beam sections to meet both the moment and curvature ductility requirements. This designed method is designated as the S&D method. The S&D method has good control on moment and curvature ductility capacities of the SRC beams designed.
Another design method named as Multiple Moment Components (MMC) method was developed for design of flexural strength of SRC beam sections. MMC method fulfills the assumption of complete composite. In addition, MMC method ensures a curvature ductility ratio of 2 at the beginning of the crushing of the concrete cover for the designed sections. The MMC method is fairly simple and accurate. Consequently, sections designed according to MMC method are more economical then those designed according to the strength superposition method. In addition, the MMC method has more control on the ductility of designed sections then the strength superposition method does.
The analysis and design methods proposed here are able to provide tools for more economical and rational SRC beam design, and are superior to the strength superposition design method.

中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌  謝 Ⅲ 符號說明 Ⅷ 表索引 ⅩⅢ 圖索引 ⅩⅣ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 相關規範與文獻回顧 3 1.2.1 相關規範 3 1.2.2 文獻回顧 8 1.3 研究方法與內容 10 1.3.1 研究方法 11 1.3.2 研究內容 16 第二章 SRC梁撓曲強度分析 19 2.1 前言 19 2.2 斷面之簡化及求解流程 20 2.2.1 中立軸位於上翼板下方 21 2.2.2 中立軸位於上翼板上方 23 2.2.3 中立軸位於上翼板 24 2.3 應力分佈假設與斷面簡化之誤差分析 24 2.3.1 標稱彎曲強度之分析 24 2.3.2 誤差比較 26 2.4 設計撓曲強度之比較 27 2.4.1 實驗試體資料庫 27 2.4.2 實際標稱撓曲強度之比較 29 2.4.3 設計撓曲強度之比較 30 2.5 結論與建議 31 第三章 SRC梁曲率延展性與中立軸距關係及 斷面曲率延展比評估 33 3.1 前言 33 3.2 混凝土壓碎極限狀態曲率延展比 34 3.2.1 曲率延展比分析方法 34 3.2.2 曲率延展比特性 35 3.3 曲率延展比評估方法 36 3.3.1 cSC與cPSD之關係 37 3.3.2 cPSD與cr之關係 38 3.3.3 評估法之準確性 40 3.4 結論與建議 41 第四章 混凝土壓碎極限狀態之SRC梁曲率延展 性設計-S&D設計法 43 4.1 前言 43 4.2 設計斷面韌性需求之判斷指標 44 4.3 設計流程與步驟 45 4.3.1 設計階段І 45 4.3.2 設計階段Π 46 4.3.3 設計階段Ш 49 4.3.4 設計階段IV 51 4.4 設計方法準確性評估 52 4.4.1 斷面設計資料 53 4.4.2 準確性之比較 54 4.5 結論與建議 56 第五章 SRC梁撓曲強度設計-MMC設計法 58 5.1 前言 58 5.2 斷面曲率延展比之控制 58 5.3 MMC觀念 61 5.4 設計步驟 64 5.5 準確性評估 68 5.5.1 斷面設計 68 5.5.2 準確性之比較 69 5.6 結論與建議 71 第六章 SRC梁變形極限狀態之曲率延展比 72 6.1 考慮混凝土圍束作用下之彎矩-曲率分析 72 6.2 分析模式準確性之評估 73 6.3 設計斷面在變形極限狀態之曲率延展性 75 6.4 結論與建議 77 第七章 結論與建議 78 7.1 結論 78 7.2 建議 81 參考文獻 83 附  錄 87 附 錄A 簡化全塑性法-鋼骨與梁斷面形心不重合時 之公式 87 附 錄B SRC梁斷面撓曲強度分析及韌性比計算例 88 附 錄C SRC梁斷面設計例-S&D設計法 92 附 錄D SRC梁斷面設計例-MMC設計法 96 本文圖表 100 作者簡介 160 授 權 書 163

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