臺灣博碩士論文加值系統

本研究共完成26支斷面型式包含十字形（Cross-H）鋼骨混凝土、傳統包覆十字形鋼骨鋼筋混凝土（簡稱SRC）及新式包覆十字形深鋼骨斷面SRC等大尺寸短柱試體之軸向受壓試驗。研究結果發現：（1）十字形鋼骨斷面可以有效提供混凝土圍束作用，但是其機制與橫向鋼筋有所不同；（2）在混凝土應力達到0.80 以後，十字形鋼骨斷面才開始對混凝土產生較明顯的圍束作用；（3）十字形鋼骨斷面鋼骨所圍束之混凝土範圍，可以假設翼板端與翼板端之間為「圓弧形」；（4）十字形鋼骨翼板寬厚比在6至10之間時，受鋼骨圍束混凝土之應力-應變曲線，基本上不隨翼板寬厚比之大小而改變；（5）本文所建議受鋼骨圍束混凝土之應力-應變曲線，簡單而方便使用，可提供相關研究之參考；（6）現行規範提供強度計算公式，對本研究所採用之傳統包覆十字形SRC柱試體強度之預估偏保守；（7）本研究所建議新式包覆十字形深鋼骨斷面鋼骨鋼筋混凝土柱之強度，隨箍筋量之增加，可提高4.9~11.0 %；（8）當試體載重達到 之後，傳統包覆十字形鋼骨鋼筋混凝土柱之強度衰減，較包覆十字形深鋼骨斷面鋼骨鋼筋混凝土柱柱試體為快。

A total of 26 concrete encased steel stub columns (SRC) were tested under monotonic compression to study the effect of concrete confinement provided by the cross-H steel shape. These include concrete columns confined by Cross-H steel, conventional SRC with cross-H steel, and newly SRC with cross-H steel developed in this study. Based on the test results obtained, it is concluded that: (1) cross-H steel shapes are able to provide obvious confinement to the concrete. The compressive strength of the concrete can be raised 32~46% higher than the unconfined concrete. But the mechanism of the confinement is different from that of transverse reinforcing bars. (2) cross-H steel shape doesn’t provide obvious concrete confinement until the concrete stress reaches 80 % of the unconfined concrete compressive strength. (3) the shape of the concrete region confined by cross-H steel shape is more likely a shape that connect the tip of the flange to the tip of the neighboring flange by an arc; (4) the confined concrete stress-strain shape is basically independent of the with-to-thickness ratio of the flange within the research range; (5) a stress-strain relationship is proposed for the concrete confined by cross-H steel shape based on the test data obtained; (6) the strength of the conventional SRC with cross-H steel is underestimated by current specifications; (7) the strength of newly developed SRC with cross-H steel is increased 4.9~11.0 % with the increasing of the cross ties ; (8) after reaching the peak values, strength degradation of conventional SRC specimens is greater than the newly developed SRC specimens.

目 錄
中文摘要 I
英文摘要 III
誌謝 V
目錄 VII
表索引 XI
圖索引 XIII
符號索引 XXI
第一章　緒論 1
1.1　研究背景與動機 1
1.2　文獻回顧 3
1.3　研究目的與方法 7
1.4　研究範圍與內容 7
第二章　試驗計劃 9
2.1　試體設計 9
2.1.1　A、B、AWS與S系列試體 9
2.1.2　SRC-A與SRC-B系列試體 11
2.2　試體製作 12
2.3　試驗裝置與試驗步驟 13
2.4　材料試驗 14
2.4.1　混凝土圓柱試體抗壓試驗 15
2.4.2　鋼板拉伸試驗 15
2.4.3　鋼筋拉伸試驗 15
第三章　試驗結果與討論 17
3.1　試驗結果 17
3.1.1　試體整體行為 17
3.1.2　A系列試體 18
3.1.3　B系列試體 19
3.1.4　AWS系列試體 19
3.1.5　S系列試體 20
3.1.6　SRC-A系列試體 21
3.1.7　SRC-B系列試體 26
3.2　箍筋用量對SRC柱試體強度與韌性之影響 30
3.2.1　SRC柱試體強度之探討 31
3.2.2　SRC柱試體韌性之探討 32
3.3　SRC柱試體尺寸效應之影響 33
第四章　受鋼骨圍束混凝土的應力-應變行為 35
4.1　受鋼骨圍束混凝土之試驗曲線 35
4.2　混凝土圍束區形狀對圍束作用之影響 38
4.3　翼板寬厚比對圍束作用之影響 39
4.4　鋼骨腹板對圍束作用之影響 40
4.5　建議受鋼骨圍束之混凝土應力-應變曲線 42
4.6　受鋼骨圍束混凝土應力-應變曲線之修正 44
第五章　結論與建議 51
5.1　結論 51
5.2　建議 53
參考文獻 55
附錄 165
作者簡介 187
授權書 189



表索引
表2-1　試體編號與斷面性質 55
表2-2　A系列試體編號與細部尺 57
表2-3　B系列試體編號與細部尺寸 58
表2-4　AWS系列柱試體編號與細部尺寸 59
表2-5　S系列柱試體編號與細部尺寸 60
表2-6　SRC-A系列柱試體編號與細部尺寸 61
表2-7　SRC-B系列柱試體編號與細部尺寸 63
表2-8　混凝土圓柱試體測試齡期與測試結果 65
表2-9　鋼板材料之主要機械性質 65
表2-10　鋼筋之主要機械性質 66
表3-1　A、B、AWS與S系列試體於各狀態對應軸向應變及載重 67
表3-2　SRC-A與SRC-B試體於各狀態對應之軸向應變及載重 68
表3-3　SRC-A系列試體之延展比 69
表3-4　SRC-B系列試體之延展比 69
表3-5　A系列試體試驗強度與計算強度之比較[23] 70
表3-6　B系列試體試驗強度與計算強度之比較[23] 70
表4-1　CA系列及CB系列曲線之混凝土應力-應變性質 71
表4-2　AWS系列試體腹板之側向應變與側向應力值（軸向應變為
0.00584時） 72
表4-3　CB系列及CBM系列曲線混凝土之應力-應變性質 73
圖索引
圖1-1　典型含XH鋼骨斷面之包覆型SRC柱斷面 75
圖1-2　鋼骨翼板在與腹板交接處之彎矩 75
圖1-3　包覆型SRC柱內混凝土受圍束之情形 76
圖2-1　XH鋼骨斷面 77
圖2-2　A-04試體斷面與細部尺寸 77
圖2-3　A-06試體斷面與細部尺寸 78
圖2-4　A-08試體斷面與細部尺寸 78
圖2-5　A-10試體斷面與細部尺寸 79
圖2-6　B-04試體斷面與細部尺寸 79
圖2-7　B-06試體斷面與細部尺寸 80
圖2-8　B-08試體斷面與細部尺寸 80
圖2-9　B-10試體斷面與細部尺寸 81
圖2-10　A與AWS系列試體近照 81
圖2-11　B系列試體近照 82
圖2-12　未澆置混凝土前A系列試體XH形鋼骨(以A-08為例) 82
圖2-13　AWS-04試體斷面與細部尺寸 83
圖2-14　AWS-06試體斷面與細部尺 83
圖2-15　AWS-08試體斷面與細部尺寸 84
圖2-16　AWS-10試體斷面與細部尺寸 84
圖2-17　AWS系列試體鋼骨腹板開槽之情形 85
圖2-18　S-04試體斷面與細部尺寸 85
圖2-19　S-06試體斷面與細部尺寸 86
圖2-20　S-08試體斷面與細部尺寸 86
圖2-21　S-10試體斷面與細部尺寸 87
圖2-22　S系列試體近照 87
圖2-23　包覆十字形深鋼骨斷面SRC柱斷面之示意圖 88
圖2-24　傳統包覆十字形鋼骨斷面SRC柱斷面之示意圖 88
圖2-25　SRC-1A-HP3-28試體斷面與細部尺寸 89
圖2-26　SRC-1A-HP3-42試體斷面與細部尺寸 89
圖2-27　SRC-1A-HP4-27試體斷面與細部尺寸 90
圖2-28　SRC-1A-HP4-42試體斷面與細部尺寸 90
圖2-29　SRC-3A-HP4-42試體斷面與細部尺寸 91
圖2-30　SRC-1B-HP3-28試體斷面與細部尺寸 91
圖2-31　SRC-1B-HP3-42試體斷面與細部尺寸 92
圖2-32　SRC-1B-HP4-28試體斷面與細部尺寸 92
圖2-33　SRC-1B-HP4-42試體斷面與細部尺寸 93
圖2-34　SRC-3B-HP4-42試體斷面與細部尺寸 93
圖2-35　SRC-A系列試體端部之強化處理 94
圖2-36　SRC-B系列試體端部之強化處理 94
圖2-37　AWS系列試體腹板開槽以布質膠帶封口後之情形 95
圖2-38　S系列試體施工細部近照 95
圖2-39　試體以直立狀態進行灌漿 96
圖2-40　試體頂部縫隙進行二次施工 96
圖2-41　SRC系列試體現地養護之情形 97
圖2-42　AWS系列試體現地養護之情形 97
圖2-43　混凝土圓柱試體現地養護之情形 98
圖2-44 試驗裝置與位移計配置 98
圖2-45　MTS 3000噸(30MN)萬能試驗機正面照 99
圖2-46　A、B、AWS與S系列試體外部測計架安裝位置透視圖 100
圖2-47　SRC-A與SRC-B系列試體外部測計架安裝位置近照 100
圖2-48　混凝土圓柱試體之應力-應變曲線 101
圖2-49　鋼板材料應力-應變關係曲線 102
圖3-1　A系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 103
圖3-2　A系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 104
圖3-3　B系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 105
圖3-4　B系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 106
圖3-5　AWS系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 107
圖3-6　AWS系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 108
圖3-7　S系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 109
圖3-8　S系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 110
圖3-9　SRC-A系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 111
圖3-10　SRC-A系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 112
圖3-11　SRC-B系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線 113
圖3-12　SRC-B系列試體之軸壓載重-平均軸向應變曲線合圖 114
圖3-13　A系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 115
圖3-14　B系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 115
圖3-15　AWS系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 116
圖3-16　S系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 116
圖3-17　SRC-A系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 117
圖3-18　SRC-B系列試體之正規化軸壓載重-平均軸向應變曲線 117
圖3-19　A系列試體軸壓載重-平均軸向應變曲線(應變0.01範圍)118
圖3-20　B系列試體軸壓載重-平均軸向應變曲線(應變0.01範圍)118
圖3-21　AWS系列試體軸壓載重-軸向應變曲線(應變0.01範圍) 119
圖3-22　S系列試體軸壓載重-平均軸向應變曲線(應變0.01範圍) 119
圖3-23　SRC-A系列試體軸壓載重-軸向應變曲線(應變0.01範圍)120
圖3-24　SRC-B系列試體軸壓載重-軸向應變曲線(應變0.01範圍)120
圖3-25　A系列試體於完成載重試驗後的情形 121
圖3-26　 A-04試體於完成載重試驗後的情形 122
圖3-27　A-06試體於完成載重試驗後的情形 122
圖3-28　A-08試體於完成載重試驗後的情形 123
圖3-29　A-10試體於完成載重試驗後的情形 123
圖3-30　B系列試體於完成載重試驗後的情形 124
圖3-31　B-04試體於完成載重試驗後的情形 125
圖3-32　B-06試體於完成載重試驗後的情形 125
圖3-33　B-04試體於完成載重試驗後的情形 126
圖3-34　B-06試體於完成載重試驗後的情形 126
圖3-35　AWS系列試體於完成載重試驗後的情形 127
圖3-36　 AWS-04試體於完成載重試驗後的情形 128
圖3-37　AWS -06試體於完成載重試驗後的情形 128
圖3-38　AWS-04試體於完成載重試驗後的情形 129
圖3-39　AWS-06試體於完成載重試驗後的情形 129
圖3-40　XH形鋼骨發生扭轉挫曲變形之剖面示意圖 130
圖3-41　S系列試體於完成載重試驗後的情形 131
圖3-42　S-04試體於完成載重試驗後的情形 132
圖3-43　S -06試體於完成載重試驗後的情形 132
圖3-44　S-04試體於完成載重試驗後的情形 133
圖3-45　S-06試體於完成載重試驗後的情形 133
圖3-46　SRC-A系列試體於完成載重試驗後的情形 134
圖3-47　SRC-1A-HP3-28於完成載重試驗後的情形 135
圖3-48　SRC-1A-HP3-42於完成載重試驗後的情形 135
圖3-49　SRC-1A-HP4-28於完成載重試驗後的情形 136
圖3-50　SRC-1A-HP4-42於完成載重試驗後的情形 136
圖3-51　SRC-3A-HP4-42於完成載重試驗後的情形 137
圖3-52　SRC-B系列試體於完成載重試驗後的情形 138
圖3-53　SRC-1B-HP3-28於完成載重試驗後的情形 139
圖3-54　SRC-1B-HP3-42於完成載重試驗後的情形 139
圖3-55　SRC-1B-HP4-28於完成載重試驗後的情形 140
圖3-56　SRC-1B-HP4-42於完成載重試驗後的情形 140
圖3-57　SRC-3B-HP4-42於完成載重試驗後的情形 141
圖3-58　SRC-A與RC柱試體正規化軸壓載重-軸向應變曲線 141
圖3-59　SRC-B與RC柱試體正規化軸壓載重-軸向應變曲線 142
圖3-60　RC柱試體斷面幾何形狀示意圖[20] 142
圖3-61　延展比正規化符號示意圖[19] 143
圖3-62　SRC-1A系列試體延展比與箍筋用量之關係 143
圖3-63　SRC-1B系列試體延展比與箍筋用量之關係 144
圖3-64　A系列試體斷面細部尺寸(以A-D4試體為例)[23] 144
圖3-65　B系列試體斷面細部尺寸(以B-D4試體為例)[23] 145
圖3-66　A系列正規化之載重-位移曲線[23] 145
圖4-1　利用強度疊加觀念得到XH形鋼骨對混凝土的圍束行為 146
圖4-2　CA系列混凝土載重-應變曲線之建立(以CA-08為例) 146
圖4-3　CA系列之混凝土試驗曲線 147
圖4-4　CB系列之混凝土試驗曲線 147
圖4-5　Sheikh [4]建議受橫向鋼筋圍束混凝土之應力-應變模式 148
圖4-6　Saatcioglu [7]建議受橫向鋼筋圍束混凝土應力-應變模式 148
圖4-7　Mirza [9]建議受H形鋼骨圍束混凝土之應力-應變模式 149
圖4-8　El-Tawil [10]建議受H形鋼骨圍束混凝土應力-應變模式 149
圖4-9　在不同翼板寬厚比CA系列與CB系列曲線之比較 150
圖4-10　混凝土圍束區的形狀與拱效應的應力路徑示意圖 151
圖4-11　AWS系列試體腹板應變計位置與編號 151
圖4-12　AWS系列試體軸向應變與腹板側向應變之關係曲線 152
圖4-13　XH形鋼骨腹板側向拉應力與翼板寬度之關係 153
圖4-14　取自AWS系列試體具腹板(含槽縫)與翼板之自由體 153
圖4-15　混凝土圍束應力與翼板寬度之關係 154
圖4-16　建議之受XH形鋼骨圍束混凝土之應力-應變曲線 154
圖4-17　CB系列曲線與建議混凝土之應力-應變曲線 155
圖4-18　Tresca降伏理論之應力狀態 155
圖4-19　CBM系列曲線之建立方式 156
圖4-20　取自B系列試體具腹板與翼板之自由體 156
圖4-21　 修正值於迭代計算過程之收斂情形 157
圖4-22　腹板側向拉應力 與翼板寬度之關係 157
圖4-23　在不同翼板寬厚比CB系列與CBM系列曲線之比較 158
圖4-24　CBM系列之修正曲線 159
圖4-25　CBM與CB系列曲線建議混凝土應力-應變模式之比較 159
圖4-26　建議之受XH形鋼骨圍束混凝土之應力-應變曲線 160
圖4-27　CBM系列曲線與建議混凝土之應力-應變曲線 160

參考文獻
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