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研究生: 林庚達
Keng-ta Lin
論文名稱: 雙側外力引致SRC梁柱交會區之剪力行為及強度分析
Behavior and Strength of Steel Reinforced Concrete Beam-Column Joints with Two-Side Force Inputs
指導教授: 陳正誠
Cheng-Cheng Chen
黃世建
Shyh-Jiann Hwang
口試委員: 翁正強
C. C. Weng
陳誠直
C. C. Chen
許協隆
Hsieh-Lung Hsu
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 237
中文關鍵詞: 鋼骨鋼筋混凝土梁柱接頭區剪力強度軟化壓拉桿模型強度疊加法
外文關鍵詞: steel reinforced concrete, beam-column joints, panel zone, SST model
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本文共完成5組十字形大尺寸梁柱子結構之反復載重試驗,探討包覆型SRC結構梁柱接頭區之剪力行為與強度。此外,本文以軟化壓拉桿為基本架構,將鋼骨與RC合成作用考慮在內,開發分析SRC接頭區剪力強度模型,本文稱為SST-SRC模型。
根據載重試驗結果及試驗數據的分析,作成結論如下:(1)SRC梁柱接頭區之遲滯迴圈比RC梁柱接頭區飽滿,消能能力較佳;(2)縱向翼板所能發揮的剪力強度比一般預期者高出甚多,縱向翼板可以提供相當高的梁柱接頭區之剪力強度;(3)在SRC柱-鋼梁構架系統中,梁柱接頭區定義為柱內鋼骨翼板與連續板所圍成的區域,可以合理的反應其行為並準確的預測其剪力強度;(4)梁柱接頭區使用角隅箍筋與鋼骨斷面形成「聯鎖式閉合箍」,可取代傳統閉合箍筋。
本文共蒐集39根SRC深梁試體與16根雙側接梁之SRC梁柱接頭試體,其中3組梁柱接頭試體為本研究所完成的。SST-SRC模型的開發先從深梁切入,進而延伸至梁柱接頭區剪力評估,並與強度疊加法比較。根據分析結果結論如下:(1)SST-SRC模型對於可反應深梁中鋼骨深度之變化,強度疊加法並無法反應此參數;(2)SST-SRC模型在預測SRC梁柱接頭試體之剪力強度時,其強度比值之平均數為1.54,變異係數為0.15;(3)本文建議的強度疊加法為考慮縱向翼板對剪力有貢獻,並且以翼板剪力降伏計算其剪力強度,其試驗值與分析值之比值平均數為1.33,變異係數為0.14,顯示可合理預測梁柱接頭剪力強度,考慮縱向翼板對剪力強度貢獻是合理的。


Experimental results from five large-scale cruciform type beam-column subassemblies showed that: (1) the SRC joint demonstrated more moderate pinching phenomenon than the RC joint; (2) the shear strength provided by the longitudinal flanges of the cross-H steel section was significantly higher than expected; (3) the definition of the joint zone of the SRC column-wide flange beam system should be modified to match experimental observations; and (4) the corner ties can be used to replace joint hoops without demonstrating any negative behaviors. It was also found that the strength superposition method was able to predict the SRC joint shear strength with reasonable accuracy.
This study proposes an analytical method named SST-SRC model for determination of shear strengths of SRC deep beams and beam-column joints. By comparing the predicted results from the SST-SRC model and strength superposition method with the collected test results, which include 39 SRC deep beam specimens and 16 SRC beam-column joint specimens, it was found that: (1) the proposed method is capable of predicting the shear strengths for SRC deep beams with variable depth of steel shape; (2) the average test-to-calculated strength ratio for SRC beam-column joints was 1.54, with a coefficient of variation of 0.15 for the SST-SRC model; (3) the average test-to-calculated strength ratio was 1.33, with a coefficient of variation of 0.14 for the proposed strength superposition method considering the shear strength contribution by the longitudinal flange.

目錄 表索引 Ⅳ 圖索引 VI 第一章 緒論 1.1 研究背景與目的 1 1.2 研究方法與內容 6 第二章 文獻回顧 2.1 設計規範回顧 9 2.2 聯鎖式閉合箍 19 2.3 RC軟化壓拉桿模型簡介 20 第三章 梁柱子結構載重試驗 3.1 試驗規劃 22 3.1.1 試體之設計與製作 22 3.1.2 試驗裝置及加載程序 24 3.2 試驗結果 26 3.2.1 整體行為 26 3.2.2 梁柱接頭區剪力強度 32 3.3 梁柱接頭區剪力強度評估 33 3.3.1 鋼骨對剪力強度的貢獻 33 3.3.2 RC部分對剪力強度的貢獻 36 3.3.3 SRC梁柱接頭區剪力強度評估 37 3.4 結論 38 第四章 SRC構件之軟化壓拉桿模型 4.1 前言 40 4.2 高剪力構件分析模型 41 4.2.1軟化壓拉桿模型 41 4.3 SST-SRC模型 44 4.4 深梁測試資料庫之分析驗證 49 4.4.1 深梁試驗回顧 49 4.4.2 深梁之分析結果 50 4.5 雙側接梁之梁柱接頭資料庫分析驗證 57 4.5.1 梁柱接頭試驗回顧 57 4.5.2 SST-SRC模型應用於梁柱接頭分析之細節 58 4.5.3 梁柱接頭之分析結果 61 4.6 結論 66 第五章 結論與建議 5.1 結論 69 5.1.1 梁柱子結構載重試驗 69 5.1.2 SRC構件之軟化壓拉桿模型 70 5.2 建議 72 符號索引 74 參考文獻 81 本文圖表 88 附錄 A 試驗裝置鋼構組件細部詳圖 A-1 附錄 B SRC深梁計算例 B-1 附錄 C SRC梁柱接頭試體計算例 C-1 附錄 D SST-SRC模型之壓桿強度放大之考量 D-1 附錄 E 本研究之梁柱接頭試體斷面分析之輸入及輸出檔 E-1 附錄 F 試體製作過程之照片 F-1 表索引 表 3-1 試體型態 88 表 3-2 鋼板之機械性質 88 表 3-3 鋼筋之機械性質 89 表 3-4 混凝土圓柱試體抗壓強度 89 表 3-5 各試體之試驗結果 90 表 3-6 RC所貢獻之剪力強度分析值 90 表 3-7 強度疊加法評估SRC試體之剪力強度與試驗值比較結果 90 表 4-1 SRC深梁試體斷面細部尺寸 91 表 4-1 SRC深梁試體斷面細部尺寸(續1) 92 表 4-1 SRC深梁試體斷面細部尺寸(續2) 93 表 4-2 SRC深梁試體鋼筋量及配置 94 表 4-2 SRC深梁試體鋼筋量及配置(續1) 95 表 4-2 SRC深梁試體鋼筋量及配置(續2) 96 表 4-3 SRC深梁試體鋼材降伏強度 97 表 4-3 SRC深梁試體鋼材降伏強度(續1) 98 表 4-4 以SST-SRC模型分析SRC深梁試體剪力強度之結果 99 表 4-4 以SST-SRC模型分析SRC深梁試體剪力強度之結果(續1) 100 表 4-4 以SST-SRC模型分析SRC深梁試體剪力強度之結果(續2) 101 表 4-5 強度疊加法分析SRC深梁之結果 102 表 4-5 強度疊加法分析SRC深梁之結果(續1) 103 表 4-5 強度疊加法分析SRC深梁之結果(續2) 104 表 4-6 B與BI系列試體剪力強度比較表 105 表 4-7 陳佑任完成之RC深梁試驗結果與ACI規範分析結果 105 表 4-8 梁、柱斷面尺寸總表 106 表 4-9 資料庫試體之梁斷面尺寸 107 表 4-10 資料庫試體之柱斷面尺寸 108 表 4-11 資料庫試體之鋼筋機械性質 109 表 4-12 資料庫試體之鋼板機械性質表 109 表 4-13 資料庫試體之梁柱接頭區剪力強度試驗值 110 表 4-14 SST-SRC模型分析梁柱接頭之結果 111 表 4-15 國內SRC規範之分析結果 112 表 4-16 本研究建議之強度疊加法分析結果 113 圖索引 圖 1-1 典型的SRC柱與梁斷面 114 圖 1-2 梁柱接頭區剪力彎矩示意圖 115 圖 1-3 ACI-ASCE 352之梁柱接頭分類型式 115 圖 1-4 傳統SRC梁柱接頭區(梁鋼筋未顯示) 116 圖 1-5 傳統SRC柱梁鋼骨腹板設置箍筋孔與螺栓孔示意圖 116 圖 1-6 工地現場典型SRC梁柱接頭區箍筋細部配置施作情況 117 圖 1-7 各類型接頭中之聯鎖式閉合箍型式 117 圖 2-1 聯鎖式閉合箍傳力路徑 118 圖 2-2 梁柱接頭區聯鎖閉合箍圍束範圍 118 圖 2-3 各試體之軸向載重-位移曲線 119 圖 2-4 含有梁柱接頭之柱試體之45度彎矩試驗 119 圖 3-1 韌性抗彎構架在地震力作用下之構架變形示意圖 120 圖 3-2 試體的外觀形狀與尺寸 121 圖 3-3 S-XH試體細部圖 122 圖 3-4 SRC-XH試體細部圖 123 圖 3-5 SRC-XH-TB試體細部圖 124 圖 3-6 SRC-H試體細部圖 125 圖 3-7 SRC-H-SB試體細部圖 126 圖 3-8 試體柱及梁中所採用的鋼骨斷面 127 圖 3-9 H鋼柱斷面與H鋼梁斷面接合細部圖 128 圖 3-10 XH鋼柱斷面與H鋼梁斷面接合細部圖 129 圖 3-11 SRC柱斷面 130 圖 3-12 梁、柱及接頭區箍筋配置細部圖 131 圖 3-13 各試體梁柱接頭區之細部圖 132 圖 3-14 SRC梁斷面細部圖 132 圖 3-15 試驗裝置 133 圖 3-16 接頭剪力變形量測裝置示意圖 134 圖 3-17 加載歷程 134 圖 3-18 各試體之載重與位移遲滯迴圈 135 圖 3-19 MTS油壓制動器載重作用下之梁端反力與梁彎矩分佈圖 136 圖 3-20 S-XH試體梁柱接頭區在 之破壞情況 137 圖 3-21 載重與梁柱接頭區剪力變形遲滯迴圈關係曲線 138 圖 3-22 SRC-XH & SRC-H試體在-3%第一迴圈時之梁柱接頭區 裂縫發展情況 139 圖 3-23 SRC-H-SB試體在+3%第一迴圈時之梁柱接頭區裂 縫發展情況 140 圖 3-24 梁柱接頭區之定義 141 圖 3-25 SRC-XH-TB試體在-3%第一迴圈時之梁柱接頭區裂縫 發展情況 142 圖 3-26 梁柱交界面處之鋼筋應變計位置圖 142 圖 3-27 梁柱接頭區水平力分佈圖 143 圖 3-28 S-XH試體縱向翼板與腹板剪應變與載重之關係曲線 (0.5%時) 143 圖 3-29 雙H型鋼剪力流與剪應力分佈圖 144 圖 3-30 S-XH試體施力點之位移與縱向翼板剪應變遲滯迴圈 145 圖 4-1 RC及SRC深梁剪力破壞裂縫發展情況 146 圖 4-2 SST模型之抗剪傳力機制 147 圖 4-3 SST-SRC模型 148 圖 4-4 SRC深梁型鋼外緣混凝土擠碎區示意圖 148 圖 4-5 SRC-SST模型分析流程 149 圖 4-6 Lu所定義SRC深梁之軟化區與與非軟化區 150 圖 4-7 軟化區與非軟化區之混凝土應力應變曲線 150 圖 4-8 型鋼深度變化對剪力強度之影響 151 圖 4-9 型鋼表面絕緣對剪力強度試驗值之影響 151 圖 4-10 混凝土抗壓強度對強度預測值之影響 152 圖 4-11 剪力跨徑比鋼對強度預測值之影響 152 圖 4-12 鋼骨腹板剪力強度對強度預測值之影響 153 圖 4-13 梁柱接頭區剪力元素選取示意圖 154 圖 4-14 SST-SRC模型之三種抗剪傳力機制 155 圖 4-15 SST-SRC模型之完整的抗剪傳力機制 156 圖 4-16 鋼骨腹板在對角壓桿面積參與作用之情況 157 圖 4-17 ACI 318規範中接頭抗剪有效面積定義 158 圖 4-18 混凝土抗壓強度對強度預測值之影響 158

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