臺灣博碩士論文加值系統

　　「表面溝槽鑲嵌FRP補強複材」(Near-Surface mounted FRP, NSM
FRP)補強工法是較為新近之補強技術，因其施工較為容易且補強功能
較為全面，目前已引起工程界之重視，加速其相關研究之進行，然所有補強過後的建築物，依然會經歷補強前一樣的老劣化過程，這些過程將會影響補強的效用，惟NSM CFRP補強效率受老劣化影響相關研究卻甚少，本研究係以室外暴露及加速老劣化的方式，探討老劣化對(1)epoxy力學性質、(2)CFRP力學性質、(3)epoxy與水泥基底材料及CFRP之黏結力、(4)NSM CFRP補強成效之影響，並嘗試以應力波非破壞檢測技術評估老劣化程度，期望能開發有效之非破壞檢測技術，供NSM CFRP補強工法老劣化評估之用。
　　由本研究試驗成果顯示，室外暴露及浸泡酸性溶液老劣化將導致NSM CFRP bar補強構件力學性質下降；利用應力波頻率域非破壞檢測技術，可評估NSM補強梁受室外暴露老劣化極限載重降低趨勢，惟極限載重降低幅度則無法明確推算。

　The NSM FRP method has attracted the civil construction industry attention and increased the related researches quickly beacuse it is easy to install and has good structural functions in many ways. However, all the strengthened structures still encountered the processes of deterioration before strengthening. The degree of deterioration will affect the efficiency of strengthening, but the researches about the efficiency of NSM CFRP strengthening affected by deterioration are few. This thesis uses the way of outdoor exposure and accelerating deterioration to investigate: (1) the mechanical properties of epoxy; (2) the mechanical properties of CFRP; (3) the bond strength at epoxy/FRP and epoxy/concrete interfaces; and (4) the efficiency of NSM CFRP strengthening affected by deterioration. Also, try using nondestructive techniques based on stress wave to evaluate the degree of aging and deterioration. Expect to develope effective nondestructive techniques, and provide the techniques for evaluation of the deterioration of NSM strengthening materials.
　The experimental results show that both the specimens subjected to outdoor exposure and soaked in acidic solution will reduce the mechanical properties of the NSM CFRP strengthening elements due to deterioration. Using nondestructive techniques based on stress wave can evaluate the decreasing trend of ultimate bearing load of the strengthening specimens caused by outdoor exposure deterioration but can''t quantitatively evaluate the reduction in ultimate load.

總目錄
中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI

目錄

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
第二章 文獻回顧 2
2-1 鋼筋混凝土結構之補強 2
2-2 NSM CFRP補強工法 3
2-1-1 工法特性 3
2-1-2 FRP補強材料介紹 4
2-1-3 epoxy補強材料介紹 5
2-3 老劣化檢測 5
2-4 應力波非破壞檢測─敲擊回音法 6
第三章 應力波非破壞檢測原理 8
3-1 應力波動基本行為 8
3-2 敲擊回音法 9
3-2-1 時間域分析 9
3-2-2 頻率域分析 10
第四章 實驗規劃與儀器設備 12
4-1 NSM補強工法 12
4-1-1 補強材料 12
4-1-2 施工程序 13
4-2 試體規劃 13
4-2-1 epoxy拉力試體 13
4-2-2 CFRP bar拉力試體 14
4-2-3 介面黏結力試體 14
4-2-4 NSM補強梁試體 15
4-3 實驗規劃 15
4-3-1 對照組 16
4-3-2 室外曝露老劣化 16
4-3-3 加速老劣化─酸鹼 16
4-3-4 加速老劣化─紫外線 17
4-3-5 加速老劣化─溫度濕度循環 18
4-4 儀器設備 18
4-4-1 敲擊回音檢測設備 18
4-4-2 加速老劣化之設備 20
4-4-3 力學實驗之設備 20
4-5 敲擊回音試驗方法 21
4-6 載重試驗 22
第五章 實驗結果與討論 24
5-1 對照組 24
5-2 室外曝露老劣化 24
5-2-1 epoxy拉力試體 24
5-2-2 CFRP bar拉力試體 24
5-2-3介面黏結力試體 25
5-2-4 NSM補強梁試體 26
5-3加速老劣化─酸鹼 26
5-3-1 epoxy拉力試體 26
5-3-2 介面黏結力試體 27
5-3-3 NSM補強梁試體 28
5-4加速老劣化─紫外線 29
5-4-1 epoxy拉力試體 29
5-4-2 介面黏結力試體 29
5-5加速老劣化─溫度濕度循環 30
5-5-1 epoxy拉力試體 30
5-5-2 介面黏結力試體 30
第六章 結論與建議 32
6-1 結論 32
6-1-1 Epoxy拉力試體 32
6-1-2 CFRP bar拉力試體 32
6-1-3 介面黏結力試體 32
6-1-4 NSM補強梁試體 32
6-1-5 綜合結論 32
6-2 建議 33
參考文獻 34

表目錄
表4-1　高黏度epoxy詳細物理性質與檢測規範 37
表4-2　FRP bar彈性模數 37
表4-3　試體編號及數量 38
表4-4-a　加速老劣化-酸性使用之硫酸 39
表4-4-b　加速老劣化-鹼性使用之Ca(OH)2、NaOH和KOH 39
表4-5　2010年台中市每日紫外線最大值(單位：UVI。) 40
表4-6　2006-2010年台中地區平均每月最高、最低溫度及相對濕度表 41
表5-1-a　未受任何老劣化因子epoxy拉力試體之力學性質及波速 42
表5-1-b　未受任何老劣化因子CFRP bar拉力試體之力學性質及波速 42
表5-1-c　未受任何老劣化因子介面黏結力試體之力學性質及頻率 42
表5-1-d　未受任何老劣化因子NSM補強梁試體之力學性質及頻率 43
表5-2　室外暴露老劣化epoxy拉力試體波速及破壞拉應力 44
表5-3　室外暴露老劣化CFRP bar拉力試體波速及破壞拉力 45
表5-4　室外暴露老劣化介面黏結力試體頻率及黏結力 46
表5-5　室外暴露老劣化NSM補強梁試體頻率及極限載重 47
表5-5(續)　室外暴露老劣化NSM補強梁試體頻率及極限載重 48
表5-6-a　酸性加速老劣化epoxy拉力試體波速及破壞拉應力 49
表5-6-b　鹼性加速老劣化epoxy拉力試體波速及破壞拉應力 50
表5-7-a　酸性加速老劣化介面黏結試體頻率及黏結力 51
表5-7-b　鹼性加速老劣化介面黏結試體頻率及黏結力 52
表5-8-a　酸性加速老劣化NSM捕強梁試體頻率及極限載重 53
表5-8-b　鹼性加速老劣化NSM捕強梁試體頻率及極限載重 54
表5-9　紫外線加速老劣化epoxy拉力試體波速及破壞拉應力 55
表5-10　紫外線加速老劣化介面黏結力試體頻率及黏結力 55
表5-11　溫度濕度循環加速老劣化epoxy拉力試體波速及破壞拉應力 55
表5-12　溫度濕度循環加速老劣化介面黏結力試體頻率及黏結力 55
表6-1　不同試體力學性質及頻率或波速與不同老劣化因子關係 56

圖目錄
圖2-1　碳纖維與頭髮之比較 57
圖3-1　應力波動示意圖 57
圖3-2-a　應力波導入物體內部時部份被反射部份折射 58
圖3-2-b　P波遇到介面時將同時反射及折射P波和S波 58
圖3-3-a　表P量測配置 58
圖3-3-b　敲擊端波形 58
圖3-3-c　接收端波形 58
圖3-4-a　反射壓力波及張力波之示意圖 59
圖3-4-b　表面位移之示意圖 59
圖3-5-a　反射壓力波及張力波之示意圖 59
圖3-5-b　表面位移之示意圖 59
圖4-1　各種FRP複材筋形狀 60
圖4-2　各種不同之NSM系統 60
圖4-3　碳纖維螺桿彈性模數 61
圖4-4　Epoxy拉力試體製作所使用之鐵製外模 61
圖4-5-a　Epoxy拉力試體尺寸 62
圖4-5-b　Epoxy拉力試體照片 62
圖4-6-a　Epoxy進行敲擊回音檢測中照片 63
圖4-6-b　Epoxy拉力強度試驗中照片 63
圖4-7-a　CFRP bar附加套管尺寸 64
圖4-7-b　CFRP bar附加套管照片 64
圖4-8　CFRP bar拉力強度試驗過程照片 64
圖4-9-a　介面黏結力試體尺寸 65
圖4-9-b　介面黏結力試體照片 65
圖4-10　灌注介面黏結試體所使用之鋼模 66
圖4-11　介面黏結試體黏結處之製作 66
圖4-12　介面黏結試體套管處之製作 67
圖4-13　梁試體尺寸及斷面圖(dimensions in mm) 67
圖4-14　CFRP bar鑲嵌位置及尺寸(dimensions in mm) 67
圖4-15　梁試體灌注Epoxy封邊情況 68
圖4-16　室外曝曬老劣化試體配置 68
圖4-17-a　加速老劣化-酸性槽試體配置 69
圖4-17-b　加速老劣化-鹼性槽試體配置 69
圖4-18　2010年9月份之紫外線逐時資料 70
圖4-19　可感測式敲擊源 70
圖4-20　敲擊回音法頻率領域檢測所需儀器 71
圖4-21　加速規及訊號放大器 71
圖4-22-a　紫外線照射儀器 72
圖4-22-b　紫外線燈管 72
圖4-23-a　恆溫恆溼櫃外觀 73
圖4-23-b　恆溫恆溼櫃內部 73
圖4-24　微電腦處理型拉力試機 74
圖4-25　200KN液壓式萬能試驗抗壓機 74
圖4-26　萬能試驗機 74
圖4-27-a　敲擊端波形圖 75
圖4-27-b　接收端波形圖 75
圖4-28-a　敲擊端敲擊時間放大圖 76
圖4-28-b　接收端波到時間放大圖 76
圖4-29-a　敲擊端波形圖 77
圖4-29-b　接收端波形圖 77
圖4-30　位移接收器之頻譜圖 78
圖4-31　載重試驗配置圖 78
圖4-32-a　跨度中點兩側設置兩個100mm衝程之位移計 79
圖4-32-b　組合式傳遞鋼梁 79
圖4-32-c　載重示意圖(單位：mm) 79
圖5-1　室外暴露epoxy拉力試體各暴露時間外觀比較 80
圖5-2　暴露時間12個月epoxy拉力試體，不同暴露時間之平均波速 80
圖5-3　epoxy拉力試體不同暴露時間與破壞拉應力 81
圖5-4　室外暴露epoxy拉力試體波速與破壞拉應力 81
圖5-5　epoxy砂漿與CFRP bar介面脫黏 82
圖5-6　暴露時間12個月CFRP bar拉力試體，不同暴露時間之平均波速 82
圖5-7　CFRP bar拉力試體不同暴露時間與破壞拉力 83
圖5-8　室外暴露CFRP bar拉力試體波速與破壞拉力 83
圖5-9　暴露時間12個月介面黏結力試體，不同暴露時間之平均頻率 84
圖5-10　介面黏結力試體不同暴露時間之黏結力 84
圖5-11　室外暴露介面黏結力試體頻率與黏結力 85
圖5-12　NSM補強梁試體溝槽內epoxy部份融化及內部氣泡 85
圖5-13　室外暴露NSM補強梁試體不同暴露時間之極限載重 86
圖5-14 室外曝曬4個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 86
圖5-15 室外曝曬8個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 87
圖5-16 室外曝曬12個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 87
圖5-17-a 室外暴露NSM補強梁試體破壞模式照片(全貌) 88
圖5-17-b 室外暴露NSM補強梁試體破壞模式照片(溝槽) 88
圖5-18-b　浸泡鹼性溶液期程2個月、4個月及6個月epoxy拉力試體，不同時段之平均波速 89
圖5-19　epoxy拉力試體不同浸泡酸鹼溶液期程與破壞拉應力關係 90
圖5-20　浸泡酸鹼溶液epoxy拉力試體波速與破壞拉應力 90
圖5-21　介面黏結力試體浸泡酸性溶液後表面白色結晶物(CaSO4) 91
圖5-22-a　浸泡酸性溶液期程2個月、4個月及6個月介面黏結力試體，不同時段之平均頻率 91
圖5-22-b　浸泡鹼性溶液期程2個月、4個月及6個月介面黏結力試體，不同時段之平均頻率 92
圖5-23　介面黏結力試體浸泡酸鹼溶液期程與黏結力關係 92
圖5-24　浸泡酸鹼溶液介面黏結力試體頻率與黏結力 93
圖5-25　NSM補強梁試體浸泡酸性溶液後表面白色結晶物(CaSO4) 93
圖5-26　NSM補強梁浸泡酸鹼溶液期程與極限載重 94
圖5-27　浸泡酸性溶液2個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 94
圖5-28　浸泡酸性溶液4個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 95
圖5-29　浸泡酸性溶液6個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 95
圖5-30　浸泡鹼性溶液2個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 96
圖5-31　浸泡鹼性溶液4個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 96
圖5-32　浸泡鹼性溶液6個月NSM補強梁試體P-Δ關係圖 97
圖5-33　經紫外線照射後epoxy拉力試體外觀變化 97
圖5-34　epoxy拉力試體不同紫外線照射期程之平均波速 98
圖5-35　紫外線照射epoxy拉力試體波速與破壞拉應力 98
圖5-36　紫外線照射後介面黏結力試體溝槽內epoxy外觀變化 99
圖5-37　介面黏結力試體不同紫外線照射期程之平均頻率 99
圖5-38　紫外線照射介面黏結力試體頻率與黏結力 100
圖5-39　epoxy拉力試體不同溫度溼度循環期程之平均波速 100
圖5-40　溫度濕度循環epoxy拉力試體波速與破壞拉應力 101
圖5-41　介面黏結力試體不同溫度溼度循環期程之平均頻率 101
圖5-42　溫度濕度循環介面黏結力試體頻率與黏結力 102

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