臺灣博碩士論文加值系統

本文針對中空鋼筋混凝土圓形橋柱之撓曲韌性與抗剪強度之耐震行為進行研究。首先回顧前人之研究，進行理論強度之預估分析，同時進行縮小模型之試驗，藉由試驗之結果來驗證相關理論之適用性。
藉由改變中空圓柱不同之高深比（長柱：4.63，中長柱：2.78，短柱：2.22）來探討不同破壞模式之間的差異，製作三根橋柱試體（長柱250公分，中長柱150公分，短柱120公分）外徑54公分，內徑27公分，採用之圍束模式為內外兩層主筋與圓形箍筋，內外層並用繫筋相連接。柱頂並施加軸力約0.8 來模擬上部結構之載重，側向水平力則採用往復式循環加載。
本文利用Hoshikuma & Kawashima（1998）提出之混凝土受壓之應力與應變模式，並利用力學基本假設，撰寫程式來計算撓曲強度與曲率關係曲線。水平抗剪強度則參考前人研究，以四種不同之建議評估公式來預估剪力容量。
試驗結果顯示，中空橋柱之韌性可達5∼6，利用Hoshikuma & Kawashima model 進行之彎矩曲率分析可提供一良好的撓曲強度與曲率關係預估值。而剪力與韌性之相關曲線則以Priestly等人所提之建議評估公式最為準確。

In this study , we aimed at the flexure ductility and shear capacity for hollow circular reinforced concrete bridge column .First , we reviewed some studies on the confinement effects and shear capacity evaluate code, and we do some analysis about the topic purpose we concerned . Reduced scale model tests were proceeded to compare with the theoretical prediction , and verify if the analyses were applicable or not.
By the way of changing the height-depth ratio(type L:4.63 , type M: 2.78 , type S:2.22)to induce different failure mode , we manufactured three column types ( type L 250cm , type M 150cm , type S 120cm) with the same outer diameter 54cm and inside diameter 27cm . The confinement arrangement we used have longitudinal bars and circular hoops on both outer and inner side , furthermore , between outer and inner longitudinal bars steel ties were configured . Horizontal force was applied by reciprocate cyclic load , and on the top of column constant axial force about 0.8 was applied to simulate the dead weight of the upper structure.
Applying the stress-strain model for confined concrete which Hoshikuma & Kawashima announced in 1998 and basic mechanics hypotheses, we edit an program to evaluate the moment-curvature relation curve. Refer to several suggested code for estimating the shear capacity to evaluate the curve for shear-ductility relationship.
According to the result of test, hollow circular bridge column’s ductility can reach about 5 to 6, and the flexure moment-curvature analysis by use of Hoshikuma & Kawashima model can make a good prediction.
Finally, we exam the codes suggested for shear capacity, we find out that the code suggested by Priestly, Verma & Xiao is most reliable.

表目錄D
圖目錄E
第一章 緒論1
1-1 前言1
1-2 研究動機2
1-3 研究方法與目的3
第二章 分析模式4
2-1 混凝土之應力與應變模式5
2-1-1 無圍束混凝土5
2-1-2 圍束混凝土6
2-1-2-1 前人研究簡述7
2-1-2-2 混凝土應力與應變關係的模式9
2-2 鋼筋之應力與應變模式13
2-3 鋼筋混凝土柱之剪力容量15
2-3-1 ATC-32 15
2-3-2 AASHTO 16
2-3-3 Aschheim and Moehle17
2-3-4 Priestley、Verma and Xiao17
2-4 彎矩曲率關係19
2-5 彎矩位移分析21
第三章 實驗計畫24
3-1 試體斷面尺寸24
3-2 材料性質與試驗26
3-2-1 鋼筋材料：26
3-2-2 主筋之拉伸試驗與修正27
3-2-3 混凝土材料28
3-2-4 保護層29
3-3 試體設計30
3-3-1 圍束箍筋量30
3-3-2 繫筋配置31
3-4 試體理論強度估算32
3-4-1 撓曲彎矩與曲率32
3-4-2 撓曲彎矩與韌性容量33
3-4-3 剪力容量33
3-5 試體製作34
3-6 實驗裝置36
3-6-1 軸向壓力之施加36
3-6-2 水平推力之施加37
3-6-3 測計之布置38
3-6-3-1 外部量測測計之裝置38
3-6-3-2 內部測計之設置39
3-6-4 控制收集系統與施載歷程40
第四章 試驗結果41
4-1 長柱41
4-1-1 試驗中長柱之巨觀觀察41
4-1-2 長柱試驗資料之微觀觀察42
4-2 中長柱44
4-2-1 中長柱之巨觀觀察44
4-2-2 中長柱試驗資料之微觀觀察45
4-3 短柱46
4-3-1 短柱之巨觀觀察46
4-3-2 短柱試驗資料之微觀觀察47
4-4 試驗資料之分析與修正48
4-4-1 P-Δ效應之修正48
4-4-2 圖形繪製49
第五章 試驗結果比較51
5-1 彎矩曲率關係曲線51
5-2 彎矩位移關係曲線52
5-3 剪力-韌性相關曲線52
第六章 結論與建議54
6-1 結論54
6-2 建議55
表目錄
附表60
表2-1 圍束混凝土之受壓應力與應變模式一覽表61
表2-2 各種混凝土橋柱（單軸向、圓形柱）剪力強度評估
公式62
表3-1 使用鋼筋材料一覽表63
表3-2 長柱試體使用混凝土材料之強度一覽表63
表3-3 中長柱試體使用混凝土材料之強度一覽表63
表3-4 短柱試體使用混凝土材料之強度一覽表64
表3-5 使用混凝土配比64
表3-6 彎矩曲率分析理論強度預估值64
表3-8 ATC-32建議剪力評估規範計算結果65
表3-9 Aschheim建議剪力評估公式計算結果65
表3-10 Priestly建議剪力評估公式計算結果66
圖目錄
附圖67
圖2-1 Hoshikuma & Kawashima Model 示意圖68
圖2-2 Kawashima與Unconfine Kant & Park 之比較68
圖2-3 軸力影響剪力VP示意圖69
圖2-4 彎矩曲率分析之變形諧和與力平衡圖69
圖2-5 曲率面積法計算彎矩位移曲線70
圖3-1 試體斷面尺寸與配筋圖71
圖3-2 繫筋尺寸圖71
圖3-3 試體尺寸詳圖72
圖3-4 4號鋼筋拉伸試驗與修正模型之比較73
圖3-5 5號鋼筋拉伸試驗與修正模型比較73
圖3-6 應用Hoshikuma & Kawashima Model 進行彎矩曲率分析結果（假設施加軸力0.08 ）74
圖3-7 中性軸距離柱中心與曲率相關曲線74
圖3-8 VP與曲率相關曲線75
圖3-9 壓力側外緣混凝土之應變對應曲率變化關係圖75
圖3-10-1 綁紮內外鋼筋籠76
圖3-10-2 組合內外鋼筋籠76
圖3-10-3 組合基座鋼筋籠77
圖3-10-4 試體鋼筋籠綁紮完成77
圖3-11 試體灌漿流程78
圖3-12 試體灌漿流程示意圖79
圖3-13 軸力施加設施80
圖3-14 軸力變化與柱頂位移關係圖81
圖3-15 水平推力施加裝置圖82
圖3-16 外部量測裝置示意圖83
圖3-17 曲率量測圖解84
圖3-18 長柱應變計貼附圖84
圖3-19 中長柱應變計貼附圖85
圖3-20 短柱應變計貼附圖85
圖3-21 水平推力施加歷程86
圖4-1 試體破壞裂紋示意圖87
圖4-2 長柱試驗裝置88
圖4-3 長柱試驗過程（前推20公分）89
圖4-4 長柱主筋挫屈斷裂89
圖4-5 中長柱試驗裝置90
圖4-6 中長柱試驗過程（回拉8公分）90
圖4-7 中長柱試驗裂紋發展91
圖4-8 中長柱主筋挫屈斷裂91
圖4-9 短柱試驗裝置92
圖4-10 短柱試驗過程（前推8公分）92
圖4-11 短柱試驗裂紋發展93
圖4-12 短柱試驗破壞93
圖4-13 長柱外主筋2（LO2）彎矩應變關係圖94
圖4-14 長柱外主筋4（LO4）彎矩應變關係圖95
圖4-15 長柱內主筋2（LI2）彎矩應變關係圖96
圖4-16 長柱外箍筋1（GO1）彎矩應變關係圖97
圖4-17 長柱內箍筋3（GI3）彎矩應變關係圖98
圖4-18 長柱繫筋2（C2）彎矩應變關係圖99
圖4-19 中長柱外主筋3（LO3）彎矩應變關係圖100
圖4-20 中長柱外主筋1（LO1）彎矩應變關係圖101
圖4-21 中長柱內主筋1（LI1）彎矩應變關係圖102
圖4-22 中長柱外箍筋1（GO1）彎矩應變關係圖103
圖4-23 中長柱外箍筋4（GO4）彎矩應變關係圖104
圖4-24 中長柱內箍筋3（GI3）彎矩應變關係圖105
圖4-25 中長柱繫筋5（C5）彎矩應變關係圖106
圖4-26 短柱外主筋3（LO3）彎矩應變關係圖107
圖4-27 短柱內主筋2（LI2）彎矩應變關係圖108
圖4-29 短柱內箍筋3（GI3）彎矩應變關係圖108
圖4-28 短柱外箍筋3（GO3）彎矩應變關係圖108
圖4-30 短柱繫筋2（C2）彎矩應變關係圖108
圖4-31 二次彎矩修正示意圖109
圖5-1 長柱彎矩位移遲滯迴圈與包絡線110
圖5-2 中長柱之彎矩位移遲滯迴圈與包絡線111
圖5-3 短柱彎矩位移遲滯迴圈與包絡線112
圖5-4 彎矩曲率關係曲線與理論預估之比較113
圖5-5 中長柱彎矩曲率關係曲線與理論預估之比較114
圖5-6 短柱彎矩曲率關係曲線與理論預估之比較115
圖5-7 三種尺寸試體間彎矩位移關係比較116
圖5-8 三種尺寸試體間彎矩曲率關係比較117
圖5-9 長柱剪力韌性關係曲線（正向前推）118
圖5-10 長柱剪力韌性關係曲線（負向回拉）118
圖5-11 中長柱剪力韌性關係曲線（正向前推）119
圖5-12 中長柱剪力韌性關係曲線（負向回拉）119
圖5-13 短柱剪力韌性關係曲線（正向前推）120
圖5-14 短柱剪力韌性關係曲線（負向回拉）120
圖5-15 長柱彎矩位移關係曲線與理論預估比較121

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