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研究生: 何胤頤
Yin-Yi HO
論文名稱: 具圓形穿孔RC梁之剪力容量計算公式研究
Study on the Formulas of Shear Capacity for an RC beam with the Circular Opening
指導教授: 邱建國
Chien-Kuo Chiu
口試委員: 邱聰智
Tsung-Chih Chiou
廖文義
Wen-I Liao
鄭敏元
Min-Yuan Cheng
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: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 142
中文關鍵詞: 鋼筋混凝土穿孔梁穿孔剪力強度雙方型一筆箍強度評估建議計算式
外文關鍵詞: Beam transverse opening, Double-square hoop, Calculation method for the shear strength of RC beams with circular openings
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  • 中華民國結構工程技師公會全國聯合會提出之「鋼筋混凝土結構標準圖」[1]不建議梁構材於距柱面兩倍梁深(2h)範圍內作橫向穿孔,此範圍一般認定是塑鉸區,依土木401-110規範第18.3.4節規定,在兩倍梁深(2h)範圍內須提供閉合肋筋以及耐震彎鉤等嚴格的配置要求,確保梁構材能有良好的圍束,其目的是確保梁構材受反覆載重時,能夠維持抗彎矩強度且無剪力破壞之風險。
    周玠慈[7]研究團隊在2021年測試了總計九座試體,提供了塑鉸區以及非塑鉸區的穿孔梁補強新工法,並提出一套強度評估建議計算式,惟九座試體的試驗結果皆為撓剪破壞而非剪力破壞,故難以驗證不同補強方式下真實提供的穿孔剪力強度,亦難以依其結果修正強度評估建議計算式。
    本研究共進行五組反覆載重下之懸臂穿孔梁試驗,穿孔位置為一倍梁深之外,以穿孔補強筋型式以及補強筋尺寸為參數,穿孔補強筋包含雙方型一筆箍以及增加穿孔兩旁之補強肋筋進行搭配,期望藉由剪力破壞探討不同補強筋搭配下之穿孔剪力強度,並藉由剪力破壞時之真實抗剪強度,訂定混凝土壓桿強度修正係數"λ" _"c" ,調整強度評估建議計算式,同時比較日本建築學會‧鋼筋混凝土建築物之韌性保證型耐震設計指針(1999)[3]及日本建築學會‧鋼筋混凝土構造計算準則2010[4]及Mansur與Tan[5]之研究提出對於穿孔梁構件之剪力強度計算方式,來比較現有的剪力強度計算式與強度評估建議計算式,於不同穿孔補強配置下的保守程度差異。


    According to the specifications of an RC beam member with a transverse opening in CSSE (2011) [1], a transverse opening in beam members should be placed outside twice the depth of the beam from the column face. This range is generally defined as the plastic hinge region. According to Section 18.3.4 of RC 401-110 , within the range of twice the beam depth, closed stirrups and seismic hooks must be provided, adhering to strict configuration requirements. This ensures proper confinement of the beam members and aims to maintain the flexural strength of the beam without the risk of shear failure under cyclic lateral load.
    In 2021, the research team led by Jie-ci Zhou[7] conducted nine specimens and proposed a set of design guidelines and novel reinforcement methods for perforated beams in both plastic hinge and non-plastic hinge regions. They also proposed a calculation for perforated shear strength. However, all specimens were classified as flexural-shear failure mode instead of the shear failure mode, making it difficult to verify the actual perforated shear strength under different reinforcement methods.
    This study examines the mechanical behavior of five cantilever perforated specimens subjected to cyclic loading, having an opening outside one beam depth from the support. The type and size of reinforcement are the parameters in the design of the specimens, involving double-square hoops and stirrups. The aim was to investigate the actual shear strength and to adjust the calculation for perforated shear strength by concrete strut strength modification factor "λ" _"c" , and also compared the conservatism of shear strength calculation in AIJ-1999[4], AIJ-2010 [5]and Mansur and Tan[6].

    目錄 致謝 2 摘要 3 Abstract 4 表目錄 7 圖目錄 9 第一章 緒論 12 1.1 研究背景與動機 12 1.2 研究方法與目的 17 第二章 文獻回顧 19 2.1 穿孔梁構件剪力強度計算相關規範 19 2.1.1 日本建築學會RC建築物之韌性保證型耐震設計指針[4] 19 2.1.2 日本建築學會‧RC構造計算準則 2010(AIJ-2010)[5] 22 2.1.3 Mansur and Tan"Concrete Beams with Openings Analysis and Design"(1999)[6] 25 2.2 穿孔梁構件試驗相關文獻 29 2.2.1 周玠慈(2021)鋼筋混凝土梁穿孔補強新工法之研究[7] 29 2.2.2 池田秀樹及椴木浩行(2006)相關研究[8] 37 2.2.3 青田知己及香取慶一等人(2007)相關研究[9] 38 2.2.4 村上秀夫及森誠司等人(2018)相關研究[10] 39 2.2.5 竇祖融及駿河良司等人(2002)相關研究[11] 40 2.2.6 落何等及北山和宏等人(2012)相關研究[12] 40 第三章 試體設計與試驗規劃 41 3.1 試體設計參數 42 3.2 試體穿孔處設計 44 3.3 試體穿孔處剪力強度設計 46 3.4 試體尺寸與配筋形式 49 3.5 試體製作 52 3.6 試驗配置 57 3.7 試驗量測系統配置 59 3.8 試驗加載程序 68 3.9 試驗觀察與記錄方式 70 第四章 試驗過程與結果分析 72 4.1 材料試驗測試結果 72 4.1.1 混凝土抗壓試驗 72 4.1.2 鋼筋拉伸試驗 74 4.2 試體測試過程與結果 77 4.3 試體之遲滯迴圈、包絡曲線之探討 99 4.4 應變計量測結果比較 100 4.4.1 穿孔處補強筋應變計量測結果 100 4.4.2 破壞路徑經過之補強筋應變計量測結果 105 4.5 試體裂縫發展比較 109 4.6 強度評估建議計算式 111 4.6.1 混凝土壓桿強度修正係數"λc" 111 4.6.2 預計建立之建議計算準則 112 4.6.3 建議計算式之驗證 114 第五章 結論與建議 123 5.1 結論 123 5.2 建議 124 附錄A 126 附錄B 133 參考文獻 141

    11 參考文獻
    [1] 中華民國結構工程技師公會全國聯合會(2019), 鋼筋混凝土結構標準圖。
    [2] 中國土木水利工程學會(2021), 混凝土工程設計規範與解說(土木401-110)。
    [3] ACI Committee 318, 2019, “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary(ACI 318R-19),” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich.
    [4] AIJ. “Design Guidelines for Earthquake Resistant Reinforced Concrete Buildings Based on Inelastic Displacement Concept”,1999, Architectural Institute of Japan, Tokyo, Japan.
    [5] AIJ “Standard for Structural Calculation of Reinforced Concrete Structures”, 2010.
    [6] Tan, K. H., Mansur, M. A., & Wei, W. (2001). Design of reinforced concrete beams with circular openings. Structural Journal, 98(3), 407-415.
    [7] 周玠慈 (2022)。鋼筋混凝土梁穿孔補強新工法之研究。國立臺灣科技大學營建工程系碩士,台北。
    [8] 池田秀樹﹐椴木浩行(2006)﹐梁貫通孔補強筋「スーパーハリーZ」を用いたRC 有孔梁のせん断耐力に関する研究
    [9] 青田知己﹐香取慶一﹐篠原保二(2007)﹐開孔補強筋を使用したRC 造有孔梁のせん断性状に関する実験研究﹐コンクリート工学年次論文集, Vol. 29
    [10] 村上秀夫﹐森誠司(2018)﹐開孔補強金物を用いた大開孔RC基礎梁のせん断性状に関する実験的研究
    [11] 竇祖融﹐駿河良司(2002)﹐ヒンジ領域に開孔を有する RC 梁のせん断耐力に関する実験的研究
    [12] 落合等, 北山和宏(2012)﹐せん断破壊する RC 梁および有孔梁のせん断性能評価に関する研究, コンクリート工学年次論文集, Vol. 34
    [13] 宮崎照﹐丸田誠﹐永井覚﹐岩倉知行(2015)﹐鉄筋コンクリート有孔梁の耐震性状に関する研究﹐コンクリート工学年次論文集, Vol. 36

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    全文公開日期 2026/08/28 (校外網路)
    全文公開日期 2026/08/28 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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