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研究生:賴慶鴻
研究生(外文):Lay,Ching-horng
論文名稱:鋼筋混凝土剪力牆強度與剛度之試驗與分析
論文名稱(外文):Test and Analysis on Strength and Stiffness for Reinforced Concrete Shear walls
指導教授:許茂雄許茂雄引用關係
指導教授(外文):Cheu,Maw-shyong
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:178
中文關鍵詞:鋼筋混凝土剪力牆剪力撓曲強度剛度
外文關鍵詞:RC shear wallsShearBendingStrengthRigidity
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對於中低層鋼筋混凝土建築物而言,剪力牆是一種相當經濟有效的耐震構件,已是無庸置疑。如何有效計算鋼筋混凝土剪力牆抗震強度與剛度,實有探討的必要。目前國內外對於具邊界構件之剪力牆,雖已有不少研究,其研究目的大多注重於極限強度之計算,並未依實際狀況分成撓曲變形、剪力變形,來分別探討其撓曲剛度與剪力剛度之變化。本研究所對於有無邊界柱剪力牆,已有一系列的研究,但其研究結果對於強度與剛度的計算仍有適用性的問題,對於較大規模的牆體是否仍有效,也值得探討。因此,如何有效計算RC剪力牆強度與剛度變化,實為吾人所急需探討者。
本文首先從含邊界構件之鋼筋混凝土剪力牆進行試驗。總共試驗了13個試體,其中試體之剪力跨除以牆寬之比例分別為0.65與0.98兩種,試體之配筋分別為標準、垂直多量、水平多量與雙層配筋,以比較配筋對RC剪力牆強度與剛度之影響。加載方式分為反覆二週次與反覆多週次。本文將建立剪力開裂強度、撓曲開裂強度、剪力極限強度與撓曲極限強度之計算公式,並與試驗結果進行比較,以得到適用於RC剪力牆之強度計算公式。牆體剛度計算分為剪力剛度與撓曲剛度。撓曲剛度方面先檢討ACI規範之梁有效撓曲剛度計算公式。對於羅必達剛度計算模式之適用性與合理性的問題也做進一步的檢討。最後本文將試驗所得之撓曲變形量、剪力變形量,加以分析歸納,建立剪力極限位移與撓曲極限位移之計算經驗公式,至於剛度變化,則依彈性階段、軟化階段與破壞階段,採直線與曲線模擬之,以建立有效的剛度計算公式。
本文對於鋼筋混凝土剪力牆受到靜態水平載重作用下之強度與剛度研究,結論歸納如下:
1.強度計算:撓曲開裂載重,依ACI規範對梁開裂彎矩之規定計算。撓曲極限載重,依ACI規範對梁極限彎矩之規定計算。剪力開裂載重,依羅必達剪力開裂公式計算。對於軸力的影響,參考ACI規範修正。剪力極限載重,本文根據試驗結果,以剪力摩擦觀念引導鋼筋抗剪能力,同時考慮水平筋、垂直筋、箍筋與軸力的影響引導計算公式。
2.極限剪力與極限撓曲位移計算:在法規規定範圍內配筋者,僅考慮牆體幾何尺寸的影響,即可直接計算極限點之剪力與撓曲位移。
3.剛度變化:本文分為開裂階段、軟化階段與破壞階段,剛度計算結果同時適用於有邊界柱與無邊界柱、高寬比0.5至1.0之牆體。
4.比較大型試體:考慮有效翼版寬、動態加載與軸力的影響,即可準確的計算大型牆體強度。以本文靜態引導的剛度公式計算動態加載下之牆體極限點水平位移,計算結果偏大,亦屬合理。
It is undoubtedly that shear walls are effective and economic aseismic elements for lower RC buildings. There are many researches in discussing ultimate strength and the rigidity of shear walls with boundary elements. But there are still many problems in the flexural rigidity and shear rigidity of shear walls.
There are 13 specimens tested in this paper to discuss the influence factors for the rigidity and strength of shear walls. All the specimens are subjected to static reversed horizontal loads. After comparing with the test results, this paper sets up suitable equations of rigidity and strength for shear walls.
The conclusions are as follows:
1.Strength: For flexural crack load and ultimate load, the flexural equations of beams in ACI code can be applied for shear walls. For crack shear load, the equation set up by Lo’s research can be applied. For ultimate shear load, the equation can be derived by the capacity of reinforcing steel and the influence of axial load through failure path.
2.Ultimate displacement: The equations of ultimate shear and ultimate flexural displacement of shear walls in which the reinforcing steel are arranged by Taiwan Building Code is governed primarily by the geometry of wall.
3.Rigidity: There are three stages for rigidity of shear walls in this paper. The equations of rigidity can be applied to the walls with on without boundary columns and height/width ratio are between 0.5 to 1.0.
4.Large shear walls: After considering the effective width of flange and dynamic strength of concrete and rebar, the ultimate capacity and corresponding displacement derived from static equation is also reasonable for large wall.
第一章 緒論
1-1 研究動機1
1-2 研究目的2
1-3 國內外相關文獻之回顧2
1-4 研究方法4
1-4-1 試體試驗4
1-4-2 理論分析5
1-5 本文適用範圍5
第二章 試體試驗
2-1 試體規劃7
2-2 試體準備計劃7
2-3 試體材料8
2-3-1 鋼筋8
2-3-2 混凝土8
2-3-3 壁磚8
2-4 試驗設備與儀器9
2-4.1 試驗設備9
2-4.2 測量儀器10
2-5 試體製做11
2-6 試驗前準備工作12
2-7 耐震試驗方法13
2-8 試驗結果13
2-8.1 裂縫發展過程14
2-8.2 試驗P-Δ曲線16
2-8.3 鋼筋應變計P-εs曲線16
第三章 試驗結果之分析
3-1 概述17
3-2 試體撓曲變形之分解18
3-3 試體剪力變形之分解19
3-4 試驗分析結果之討論20
3-4.1開裂點之位移與變位角20
3-4.2極限點之位移與變位角20
第四章 剪力牆強度計算
4-1 概述23
4-2 撓曲開裂強度計算23
4-3 撓曲極限強度計算25
4-4 剪力開裂強度計算26
4-4.1 依材料力學剪力公式計算開裂強度26
4-4.2 ACI規範剪力開裂強度公式介紹27
4-4.3 本文對羅必達剪力開裂強度修正公式介紹28
4-4.4 其他短梁開裂強度公式介紹29
4-4.5 小結30
4-5 剪力極限強度計算30
4-5.1 法規VS與Vu公式介紹30
4-5.2 羅必達VS公式介紹32
4-5.3 本文建議VS公式介紹32
4-5.4 小結34
第五章 剪力牆剛度計算
5-1 概述35
5-2 撓曲剛度模式建立35
5-2-1 ACI規範梁有效撓曲剛度公式介紹35
5-2-2 羅必達撓曲剛度模式介紹38
5-2-3 本文撓曲剛度模式介紹41
5-3 剪力剛度模式建立44
5-3-1 Yamada與羅必達剪力剛度模式介紹44
5-3-2 本文剪力剛度模式介紹47
5-4 大型剪力牆強度與剛度檢討49
5-4-1 大型剪力牆試驗介紹49
5-4-2 大型剪力牆強度與剛度計算51
5-5 小結53
第六章 結論與建議
6-1 結論55
6-2 建議56
參考文獻
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