臺灣博碩士論文加值系統

一字形低矮樓層鋼筋混凝土造典型校舍建築，其耐震性能受限於平行走廊方向梁柱構架所能抵抗地震力，對耐震補強設計而言，為不容忽視之重要特徵。要實際驗證補強之施工細節與補強效益，惟有透過實體校舍之現地實驗方式，才能避免縮尺寸效應而得到最直接且最可靠的補強效果驗證。本文旨在應用現地側推實驗與數值模擬分析，探究既有典型校舍補強前、後之結構行為差異與補強效益。文中以現地實驗結果檢核原型試體初評與詳評之結構耐震能力，發現增列興建年代調整因子與取圍束混凝土試值 （ 值須視箍筋配置而定）執行側推分析，較能貼近結構體體質。本文比較兩種補強試體各項耐震能力與其分析結果顯示：鋼筋混凝土擴柱與外加鋼構架系統槽形鋼貼覆既有RC梁、柱構件補強試體，對柱的受力行為與其破壞模式，均能準確預測且能有效提昇強度與韌性，確為低矮樓層RC校舍可行補強工法，前者適用含有較低 既有校舍，而後者適用含有較高 既有校舍。

The seismic resistance capacities of typical I-shape low-rise RC school buildings are limited along the parallel-corridor direction; this phenomenon is crucially non-negligible in terms of seismic retrofitting design. To truly realize details of construction as well as retrofitting benefits, the in-situ push-over tests will be a better strategy to prevent ‘downscaling effect’ and obtain the most direct-and -reliable retrofitting verification. In this study, both in-situ push-over experiments and their corresponding numerical (ABAQUS) simulations are used to investigate the differences of structural behaviors before and after retrofitting. From the observations in this study, it is recommended to add ‘construction-time- modulating factor’ as well as using confined concrete value ( value depends on the reset of stirrups) to carry out push-over analysis. The comparison of each experimental specimen’s seismic capacity as well as their analytical results show that RC jacketing columns, the steel channel adhered to the existing RC columns of external steel-framing system, and column frame retrofitted specimens have both precise prediction and effectively improved strength and ductility when analyzing force behavior of columns and its failure mode, and the two results can provide low-rise RC school buildings with available reinforcement methods: the former one is applicable to existing school buildings with smaller , whereas the latter one is to larger buildings.

目 錄
考試合格證明 I
中文摘要 II
英文延伸摘要 ….Ⅲ
誌謝 X
目錄 X I
表目錄 X I X
圖目錄 X X Ⅲ
符號索引 X X ⅤⅢ

第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.1.1 研究背景 2
1.1.2 研究目的 2
1.2 研究問題與方法 4
1.2.1 研究問題 5
1.2.2 研究方法 7
1.3 本文內容與組織 8

第二章 典型校舍補強策略文獻回顧與探討 11
2.1 典型校舍結構震害之破壞模式與其耐震能力補強策略 11
2.1.1 校舍RC構架模擬試體之試驗探討 12
2.1.2 校舍結構耐震能力提昇之補強策略 14
2.2 典型校舍以鋼筋混凝土擴柱補強之對策 14
2.2.1 鋼筋混凝土擴柱補強模擬試體之試驗與補強效益探討 15
2.2.2 鋼筋混凝土擴柱補強模擬試體之分析探討 15
2.2.3 植筋在鋼筋混凝土擴柱補強之應用探討 22
2.3 典型校舍以外加鋼構架系統補強之對策 24
2.3.1 鋼鈑補強模擬試體之試驗與補強效益探討 25
2.3.2 鋼鈑補強模擬試體之分析探討 25
2.3.3 後置式化學黏著錨栓在鋼鈑補強之應用探討 28
2.4 典型校舍現地實驗回顧 29

第三章 臺南市關廟國小典型校舍現地實驗規劃與測試 31
3.1 現地實驗試體規劃 31
3.2 試體實驗儀器架設與加載方式 32
3.2.1 實驗測試佈置與實驗方法 32
3.2.2 實驗施力系統 33
3.2.3 實驗反力系統 34
3.2.4 實驗量測系統 34
3.2.5 實驗現況觀察歷程劃分 36
3.3 原型試體之現地實驗測試與耐震性能評估 37
3.3.1 實驗現況觀察與實驗數據正確性驗證 37
3.3.2 各實驗階段之基底總剪力、層間變位角與損壞狀況 41
3.3.3 一樓各柱變形曲線與端部束制條件 42
3.3.4 試體結構耐震性能評估 43
3.3.5 耐震性能對照規範耐震要求之比較 43
3.3.6 試體結構與土壤互制效應 44
3.4 以現地實驗檢核原型試體結構耐震能力之初評測試 45
3.4.1 原型試體結構耐震能力初步評估 46
3.4.2 以現地實驗檢核原型試體結構耐震能力初步評估與討論 48
3.5 原型試體以ETABS程式外掛NCREE塑鉸設定數值模擬測試 49
3.5.1 以現地實驗構件破壞發展過程檢核非線性鉸性質 51
3.5.2 以NCREE塑鉸設定數值模擬與實驗結果之比較與差異討論 55
3.6 原型試體以ABAQUS有限元數值模擬測試 56
3.6.1 以現地實驗構件材料受力行為檢核ABAQUS材料組成律之假
設 58
3.6.2 以ABAQUS有限元數值模擬與實驗結果之比較與差異討論 59
3.7 以ABAQUS有限元分析成果檢核NCREE塑鉸設定探討 60
3.7.1 數值分析成果之比較 61
3.7.2 數值分析成果之差異與適用性討論 62
3.8 小結 62

第四章 校舍鋼筋混凝土擴柱補強之現地實驗與分析 65
4.1 影響鋼筋混凝土擴柱補強成效探討 65
4.2 試體設計、檢核、製作及實驗方法 67
4.2.1 試體設計 67
4.2.2 補強試體擴柱基底錨定與梁柱接頭設計檢核 70
4.2.3 試體製作、實驗儀器架設與加載方式概述 73
4.3 實驗現況觀察與補強性能效益評估 74
4.3.1 原型與補強試體各階段基底總剪力、層間變位角與損壞比對 77
4.3.2 原型與補強試體一樓各柱變形曲線與端部束制條件比較 78
4.3.3 原型與補強試體耐震性能之比較 79
4.3.4 原型與補強試體耐震性能對照規範耐震要求之比較 81
4.3.5 原型或補強試體與土壤互制效應之比較 82
4.4 以NCREE塑鉸設定數值模擬與實驗結果之比較 83
4.4.1 容量曲線與破壞機制之比較 84
4.4.2 模擬與實驗之差異討論 85
4.5 以ABAQUS有限元數值模擬與實驗結果之比較 86
4.5.1 容量曲線與破壞機制之比較 87
4.5.2 模擬與實驗之差異討論 88
4.6 以ABAQUS有限元分析成果檢核NCREE塑鉸設定探討 88
4.6.1 數值分析結果之比較 88
4.6.2 數值分析成果之差異與適用性討論 89
4.7 影響鋼筋混凝土擴柱補強目標之設計參數探討 90
4.8 小結 92

第五章 校舍外加鋼構架系統補強之現地實驗與分析 95
5.1 影響槽形鋼貼覆RC構件補強成效之設計參數探討 95
5.2 試體設計、檢核、製作及實驗方法 98
5.2.1 槽形鋼貼覆既有RC柱之斷面與需求設計 98
5.2.2 槽形鋼貼覆既有RC柱、梁之錨栓埋設與柱底錨定設計檢核 101
5.2.3 實驗儀器架設與加載方式概述 103
5.3 實驗現況觀察與補強性能效益評估 104
5.3.1 原型與補強試體各階段基底總剪力、層間變位角與損壞比
對 106
5.3.2 原型與補強試體一樓各柱變形曲線與端部束制條件比較 107
5.3.3 原型與補強試體耐震性能之比較 108
5.3.4 原型與補強試體耐震性能對照規範耐震要求之比較 110
5.3.5 原型或補強試體與土壤互制效應之比較 111
5.4 以NCREE塑鉸設定數值模擬與實驗結果之比較 112
5.4.1 容量曲線與破壞機制之比較 113
5.4.2 模擬與實驗之差異討論 113
5.5 以ABAQUS有限元數值模擬與實驗結果之比較 114
5.5.1 容量曲線與破壞機制之比較 115
5.5.2 模擬與實驗之差異討論 116
5.6 以ABAQUS有限元分析成果檢核NCREE塑鉸設定探討 116
5.6.1 數值分析成果之比較 117
5.6.2 數值分析成果之差異與適用性討論 118
5.7 影響外加鋼構架系統補強目標之設計參數探討 118
5.8 小結 120

第六章 既有校舍實例補強應用探討 123
6.1 既有校舍混凝土抗壓強度之訂定探討 123
6.1.1以原型平面構架試驗和立體構架現地實驗初始勁度檢核ABAQUS有限元分析成果討論 124
6.1.2以原型立體構架現地實驗初始勁度檢核NCREE塑鉸設定分析
成果討論 125
6.2 既有校舍結構系統韌性容量之訂定探討 127
6.2.1以原型試體現地實驗與非現地實驗比較討論 127
6.2.2以鋼筋混凝土擴柱補強試體現地實驗與非現地實驗比較討論 128
6.2.3以外加鋼構架系統補強試體現地實驗與非現地實驗比較討論 128
6.3 既有校舍鋼筋混凝土擴柱耐震補強技術之應用探討 129
6.3.1 以鋼筋混凝土擴柱補強試體現地實驗與非現地實驗比較討
論 130
6.3.2 混凝土植筋應用 131
6.4 既有校舍外加鋼構架系統耐震補強技術之應用探討 132
6.4.1 以外加鋼構架系統補強試體現地實驗與非現地實驗比較討
論 132
6.4.2 混凝土錨栓應用 133
6.5 既有校舍耐震補強工法之經濟效益探討 135
6.5.1 以現地實驗之鋼筋混凝土擴柱補強試體評估討論 135
6.5.2 以現地實驗之外加鋼構架系統補強試體評估討論 135
6.6 逼近斷層既有校舍補強設計案例探討 136
6.6.1 補強前現況調查 136
6.6.2 補強前耐震能力分析 137
6.6.3 以鋼筋混凝土擴柱配設之補強效益 137
6.6.4 以外加鋼構架系統補強配設之補強效益 138
6.6.5 以鋼筋混凝土擴柱結合兩側RC翼牆配設之補強成果 138
6.7 一般工址既有校舍補強設計案例探討 143
6.7.1 補強前現況調查 144
6.7.2 補強前耐震能力分析 144
6.7.3 以外加鋼構架系統補強配設之補強效益 145
6.7.4 以鋼筋混凝土擴柱補強配設之補強成果 145
6.8 小結 148

第七章 結論與建議 153
7.1 結論 153
7.2 建議 158

參考文獻 163
表 171
圖 201
附錄-01：實例一補強設計分析模式與輸入資料 291
附錄-02：實例一補強設計側推分析輸入與輸出資料 301
附錄-03：實例一補強設計耐震能力分析技術檢核資料 341
附錄-04：實例一以外加鋼構架系統補強設計側推分析相關資料（內
含槽形鋼貼覆既有RC柱轉換等效矩型鋼筋混凝土斷面與其
非線性行為模擬之範例圖示與說明） 353
附錄-05：實例二補強設計分析模式與輸入資料 365
附錄-06：實例二補強設計側推分析輸入與輸出資料 379
附錄-07：實例二補強設計耐震能力分析技術檢核資料 417
附錄-08：實例二以外加鋼構架系統補強設計側推分析相關資料 423
自述 429
著作 430

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