臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要在測試自充填高性能混凝土梁受靜態載重作用下之剪力及韌性行為。其目的在探討自充填高性能鋼筋混凝土梁在不同剪跨比、不同縱向鋼筋量、不同混凝土強度及剪力鋼筋量下之開裂剪力強度Vcr、極限剪力強度Vn及韌性的關係。並藉由試驗數據評估過去學者所發展的剪力強度公式及現行ACI 318-99規範對於剪力強度的適用性。
根據以上的目的，本研究規劃以三組剪跨比、四組剪力筋由rv=0，rv=rmin，rv=2rmin，rv=3rmin及三組縱向鋼筋量等變數加以探討外，另製作14根普通混凝土梁及14根自充填高性能混凝土梁，共28根梁試體進行試驗比較。試體尺寸斷面為180mm ×300mm。
試驗結果可歸納如下：
1.在變數相同的情況下，自充填高性能混凝土梁的剪力開裂強度與極限剪力強度大部分皆比普通混凝土佳。
2.自充填混凝土的剪力破壞模式仍類似於普通混凝土，但其斜裂縫的破裂面較為平整，且從其粗骨材剪裂，原因是有卜作嵐反應強化了骨材與水泥漿體的界面所致。
3.利用ACI、Zsutty及本研究之預測式推算自充填高性能混凝土梁與普通混凝土梁的剪力開裂強度及極限剪力強度，顯示ACI規範有趨於保守的現象，即ACI規範的規定亦適用於自充填高性能混凝土梁。而本文及Zsutty的預測式較ACI的預測式準確，適用於破壞強度的預測。
4.在變數條件相同的情況下，以SCC的韌性容量較高，尤以a/d=2拉力鋼筋適中，輔以剪力筋作用下，其試驗終點的最高韌性比高達52.34；比普通混凝土高出約17倍。顯示SCC有較好的耐震能力。
5.剪力開裂強度方面，有剪力筋者由於剪力筋的圍束作用比無剪力筋者來得大，尤以自充填混凝土更為明顯。
6.自充填高性能混凝土梁比普通混凝土梁之剪力撓度延展性佳，最高可達3倍。
7.自充填混凝土的剪力開裂強度及極限剪力強度，皆隨著跨深比之減少及拉力鋼筋比之增加而提高，此一現象與普通混凝土梁試體有相同的趨勢。而經試驗結果查知，ACI對剪力開裂強度之預估卻忽略了a/d的影響。
8.經分析剪力有效程度Se結果得知，Se值皆大於1，顯示ACI之公式有保守的現象。另Se與a/d有密切關係，且a/d愈大其Se愈小，本研究在a/d=4、混凝土強度為3000psi時Se值約為1.3，然a/d再增加時是否如ACI等於1，有待進一步確認。

ABSTRACT
The purpose of this study is to investigate the behavior about shear and ductility of Self-compacting Concrete(SCC) beams under static load. The object of this research is to discuss the relationships among the cracking shear strength(Vcr), the ultimate shear strength(Vn) and the ductility of SCC high-performance beams(HPCs) with different groups of shear span-to-depth, various amounts of longitudinal steel, concrete strength and shear steel. Suitability of adoption for the empirical formulae developed by previous researchers and the current ACI 318-99 code was examined by the test results.
Based upon the above objects, this study prepared the following variables for discussion: three groups of shear span-to-depth, three amounts of longitudinal steel and four shear steels with rv=0，rv=rmin，rv=2rmin，rv=3rmin included. In addition, 28 subjects of beams, with 14 regular ones and 14 SCC HPCs, were experimented and compared. The cross-section of the subjects was 180mm x 300mm.
This study wraps up eight conclusions as belowed:
1. With same variables, most SCC HPCs perform better in Vcr and Vn than normal beams(NBs).
2. The breaking model of SCC HPCs is similar to that of NBs. However, owing to the Pozzolanic Reaction which consolidates the interface between aggregate and cement paste, the breaking plane of inclined cracking of SCC HPCs is much even and the origin of break is from the aggregate.
3. Comparing the inferences for Vcr and Vn of SCC HPCs and NBs by the predictive formulas from ACI, Zsutty and this research, the ACI code seems more conservative, which means that the ACI code also applys to SCC HPCs. Furthermore, the predictive formulas from Zsutty and this research are more precise, and are adoptable in the forecast of breaking strength.
4. With same variables, the ductile capacity of SCCs is higher, especially those of a/d=2 and medium tension steel with shear steel added. Highest ductility ratio at the end of the test reaches 52.34, which is 17 times to that of NBs, showing that SCCs possess better resistance against earthquake.
5. Due to the confinement of shear steel, Vcr of those with shear steel is bigger than that of those without.
6. SCC HPCs own better flexural ductility than NBs, with biggest difference of three times.
7. Vcr and Vn of SCCs enhance with the decrease of span-to-depth and the increase of tension-steel ratio. The trend of NBs is the same. From the test results, the ACI forecast about Vcr omits the effect of a/d.
8. From the analysis of the shear effectiveness(Se), all Se values are bigger than 1, which demonstrates the conservation of ACI formula again. Besides, there is a strong inverse relation between Se and a/d. The Se value of this research is about 1.3 with a/d=4 and concrete strength of 3000psi. However, whether the Se value approaches to 1 or not, as the ACI predicted, is in need of further confirmation.

目錄
第一章 緒論
1-1 前言 --------------------------------------------------------------------------- 1
1-2、SCC的由來 --------------------------------------------------------------- 2
1-3 研究動機與目的 ------------------------------------------------------------ 2
1-3 研究範圍 --------------------------------------------------------------------- 3
第二章 SCC概述
2-1 自充填混凝土之工程性質 ------------------------------------------------ 4
2-1-1 SCC之工作性 -------------------------------------------------------------- 4
2-1-2 SCC之硬固性質 ----------------------------------------------------------- 5
2-1-3 世界各國之SCC應用狀況 --------------------------------------------- 5
2-2 自充填混凝土之配比概念 ------------------------------------------------- 6
2-2-1 SCC達到自充填性能之概念 -------------------------------------------- 6
2-2-2 SCC之用水量概念 -------------------------------------------------------- 6
2-2-3 SCC之粉體使用概念 ----------------------------------------------------- 7
2-2-4 SCC之粗粒料使用概念 -------------------------------------------------- 8
2-2-5 SCC之細粒料使用概念 ------------------------------------------------- 10
2-3 SCC相關試驗 ---------------------------------------------------------------- 11
2-3-1 坍流度試驗 ---------------------------------------------------------------- 11
2-3-2 流速試驗 -------------------------------------------------------------------- 11
2-3-3 鋼筋間隙通過試驗 ------------------------------------------------------- 12
2-3-4 新拌混凝土全量通過試驗------------------------------------------------- 12
第三章 文獻回顧
3-1 剪跨內之應力分佈 --------------------------------------------------------- 17
3-2 不含剪力筋RC樑之撓曲-剪力聯合作用模式--------------------------- 18
3-2-1 剪力抵抗原理 ------------------------------------------------------------- 18
3-2-2 剪跨內樑作用之原理 ---------------------------------------------------- 18
3-2-3 剪跨內拱作用之原理 ---------------------------------------------------- 19
3-2-4 剪力梁之桁架模式 ------------------------------------------------------- 19
3-2-5梁之構材-繫模式 ------------------------------------- -------------------- 20
3-３ RC梁之傾斜裂縫模式 --------------------------------------------------- 21
3-4 腹筋樑剪力開裂後的剪力傳遞機制 -------------------------------------- 22
3-5剪力筋對剪力的貢獻 -------------------------------------------------------- 23
3-5-1剪力筋的強度 --------------------------------------------------------------- 23
3-5-2剪力鋼筋量的上下限 ------------------------------------------------------ 24
3-6剪力強度的影響因素 --------------------------------------------------------- 25
3-7樑之剪力破壞模式 ------------------------------------------------------------ 26
3-8剪力強度之預測公式 --------------------------------------------------------- 27
3-8-1無剪力筋R.C.樑剪力開裂強度之預測式 ------------------------------ 28
3-8-2有剪力筋R.C.樑剪力開裂強度之預測式 ------------------------------ 30
3-8-3無剪力筋R.C.樑極限剪力強度之預測式 ------------------------------ 30
3-8-4有剪力筋R.C.樑極限剪力強度之預測式 ------------------------------ 32
3-9鋼筋混凝土樑之延展性 ------------------------------------------------------ 33
3-9-1樑之構件延展性 ------------------------------------------------------------- 33
3-9-2梁之韌性容量 ---------------------------------------------------------------- 34
3-9-3梁之斷面延展性 ------------------------------------------------------------- 35
3-10影響R.C.樑延展性的參數 -------------------------------------------------- 38
第四章 試驗計劃及過程
4-1 試驗目的 ----------------------------------------------------------------------- 60
4-2試體規劃 ------------------------------------------------------------------------ 60
4-3試驗材料 ------------------------------------------------------------------------ 62
4-4試體製作 ------------------------------------------------------------------------ 63
4-5實驗設備 ------------------------------------------------------------------------ 64
4-6樑試體之架設過程 ------------------------------------------------------------ 65
4-7加載過程及實驗觀測 --------------------------------------------------------- 65
第五章 試驗結果及討論
5-1試驗過程樑之開裂及破壞情形 ----------------------------------------- 81
5-1-1 跨深比為4.0時，樑之開裂及破壞情形 --------------------------- 81
5-1-2 跨深比為2.0時，樑之開裂及破壞情形 --------------------------- 82
5-1-3 跨深比為1.0時，樑之開裂及破壞情形 --------------------------- 82
5-2載重－位移曲線 ------------------------------------------------------------ 83
5-3載重－剪力筋應變曲線 ------------------------------------------------------ 86
5-4載重－拉力筋應變曲線 ------------------------------------------------------ 87
5-5載重－壓力筋應變曲線 ------------------------------------------------------ 87
5-6 剪力強度之預測 ------------------------------------------------------------ 88
5-6-1 剪力開裂強度Vcr之預測 --------------------------------------------- 88
5-6-2 剪力極限強度Vn之預測 ---------------------------------------------- 89
5-6-2-1 無剪力筋之剪力極限強度Vn之預測 ----------------------------- 89
5-6-2-2 有剪力筋之剪力極限強度Vn之預測 ----------------------------- 89
5-7 剪力強度預測式與實驗值的比較 --------------------------------------- 90
5-7-1 剪力開裂強度預測式與實驗值得比較 ------------------------------- 91
5-7-2 剪力極限強度預測式與實驗值得比較 ------------------------------- 92
5-8 各項變數對剪力樑的影響 ------------------------------------------------- 93
5-9 剪力筋對剪力強度貢獻的有效程度 ------------------------------------- 94
5-10 最小剪力筋量的預測 ------------------------------------------------------ 95
5-11自充填混凝土與普通混凝土之比較 ------------------------------------- 96
第六章 結論與建議
6-1 結論 ----------------------------------------------------------------------------209
6-2建議 ---------------------------------------------------------------------------- 210
參考文獻 ------------------------------------------------------------------------ 211
附錄A ----------------------------------------------------------------------------- 216表目錄
表2-1、 SCC相關試驗參考值 -------------------------------------------- 13
表4-1 試體破壞類型規劃一覽表 --------------------------------------- 67
表4-2試體規劃表 ---------------------------------------------------------- 68
表4-3 混凝土配比 --------------------------------------------------------- 69
表4-4、粗粒料粒徑分佈試驗結果 -------------------------------------- 70
表4-5、粗粒料吸水率、比重試驗結果 -------------------------------- 70
表4-6、粗砂比重吸水率試驗結果 -------------------------------------- 71
表4-7、粗砂粒徑分佈試驗結果 ----------------------------------------- 71
表4-8、細砂比重吸水率試驗結果----------------------------------------- 72
表4-9、細砂粒徑分佈試驗結果 ----------------------------------------- 72
表5-1試驗結果總表 ------------------------------------------------------- 98
表5-2 試體試驗結果一覽表 --------------------------------------------- 99
表5-3 梁試體構件韌性試驗結果一覽表 ----------------------------- 100
表5-4 梁試體韌性容量試驗結果一覽表 ------------------------------101
表5-5 梁試體構件韌性與鋼筋比關係一覽表 ----------------------- 102
表5-6 梁試體韌性容量與鋼筋比關係一覽表 ----------------------- 103
表5-7 梁試體構件韌性與跨深比關係一覽表 ----------------------- 104
表5-8 梁試體韌性容量與跨深比關係一覽表 ----------------------- 105
表5-9 梁試體構件韌性與剪力鋼筋比關係一覽表 ---------------- 106
表5-10 梁試體韌性容量與跨深比關係一覽表 -------------------- 107
表5-11　試驗結果與相關因素之比較 ------------------------------- 108
表5-12 剪力筋有效性試驗結果一覽表 ----------------------------- 109
表5-13 無剪力筋Vcr的預測與試驗結果之比較 ------------------110
表5-14 有剪力筋Vcr的預測與試驗結果之比較 ------------------111
表5-15 無剪力筋Vn預測與試驗結果之比較 --------------------112
表5-16 有剪力筋Vn的預測與試驗結果之比較 -------------------113
表5-17 剪力開裂強度Vcr與剪力筋間距之比較 --------------------114
表5-18 剪力極限強度Vn與剪力筋間距之比較 ---------------------115
表5-19 剪力筋的有效程度與鋼筋比關係表 --------------------------116表5-20自充填混凝土與普通混凝土之比較一覽表 ------------------117
圖目錄
圖2-1、架橋現象 --------------------------------------------------------------- 14
圖2-2、坍流度試驗器具 --------------------------------------------------- 14
圖2-3、流速試驗V型漏斗試驗儀 ------------------------------------ 15
圖2-4、全量通過試驗器具 ------------------------------------------------ 15
圖2-5、鋼筋間隙通過試驗箱型試驗儀 -------------------------------- 16
圖 3-1 剪跨的基本定義 ---------------------------------------------------- 41
圖3-2 樑內微小元素之受力狀況 ------------------------------------------ 41
圖3-3 樑之力平衡狀態 ----------------------------------------------------- 42
圖3-4 剪力流之型式 -------------------------------------------------------- 42
圖3-5 無或低握裹行為下之梁的繫拱行為 --------------------------- 43
圖3-6 樑上之拱作用 -------------------------------------------------------- 43
圖3-7 有剪力筋梁之桁架模式 ------------------------------------------- 44
圖3-8 中央載重梁之構材-繫模式側面 -------------------------------- 45
圖3-9梁之桁架模式 -------------------------------------------------------- 45
圖3-10 斜裂縫的模式 ------------------------------------------------------ 46
圖3-11 RC構件剪力的轉換機構 -------------------------------------- 47
圖3-12 剪力鋼筋的間距 ---------------------------------------------------- 47
圖3-13 跨深比與剪力強度關係圖 --------------------------------------- 48
圖3-14 拉力鋼筋比與剪力強度關係圖 --------------------------------- 48
圖3-15 混凝土強度與剪力強度關係圖 --------------------------------- 49
圖3-16 中等樑的 ” 對角張力破壞 ” 或 ” 齒裂縫破壞 ” 模式─49
圖3-17 短樑的基本剪力破壞模式 ---------------------------------------- 50
圖3-18 深樑的破壞模式 ------------------------------------------------------ 50
圖 3-19 P-D關係圖 -------------------------------------------------------------- 51
圖 3-20撓曲構件曲率示意圖 ----------------------------------------------- 51
圖 3-21 單筋R.C.樑鋼筋降伏時之應變應力分佈 -------------------- 52
圖 3-22 單筋R.C.樑鋼筋極限狀況時之應變應力分佈 ------------- 52
圖 3-23 雙筋R.C.樑鋼筋降伏時之應變應力分佈 -------------------- 53
圖 3-24 雙筋R.C.樑鋼筋極限狀況時之應變應力分佈 ------------- 53
圖 3-25 影響R. C.梁延展性參數 ----------------------------------------- 54
圖 3-26 Base and Read 試驗之彎矩曲率關係 ------------------------- 55
圖3-27 鋼筋比與韌性關係圖 ---------------------------------------------- 56
圖3-28 混凝土強度與韌性關係圖 ---------------------------------------- 56
圖 3-29 SHEIKH之有效圍束面積模式 ---------------------------------- 57
圖 3-30 箍筋排列方式對延展性的影響 --------------------------------- 58
圖 3-31 應變速率對延展性的影響 ---------------------------------------- 59
圖 3-32 應變速率對延展性的影響 ---------------------------------------- 59
圖4-1 試體架設示意圖 ------------------------------------------------------- 73
圖4-2 D13、D16、D22鋼筋拉力試驗應力應變圖 ------------------ 73
圖4-3 D13、D16、D22鋼筋拉力試驗載重變位圖---------------------- 74
圖4-4 D4鋼筋試驗圖 ------------------------------------------------------- 74
圖4-5 3000psi圓柱試體壓驗結果 ----------------------------------------- 75
圖4-6 6000psi圓柱試體壓驗結果 ----------------------------------------- 75
圖5-1 NL310試體在單向載重下之載重－位移圖 -------------------- 118
圖5-2 SL310試體在單向載重下之載重－位移圖 --------------------- 119
圖5-3 NL610試體在單向載重下之載重－位移圖---------------------- 120
圖5-4 SL610試體在單向載重下之載重－位移圖----------------------- 121
圖5-5 NM320試體在單向載重下之載重－位移圖 --------------------- 122
圖5-6 SM320試體在單向載重下之載重－位移圖----------------------- 123
圖5-7 NM620試體在單向載重下之載重－位移圖---------------------- 124
圖5-8 SM620試體在單向載重下之載重－位移圖----------------------- 125
圖5-9 NM321試體在單向載重下之載重－位移圖---------------------- 126
圖5-10 SM321試體在單向載重下之載重－位移圖--------------------- 127
圖5-11 NM621試體在單向載重下之載重－位移圖--------------------- 128
圖5-12 SM621試體在單向載重下之載重－位移圖--------------------- 129
照片目錄
照片4-1 模板組立------------------------------------------------------------ 76
照片4-2 鋼筋貼應變計及加套管------------------------------------------ 76
照片4-3 模板及鋼筋組立 ------------------------------------------------ 77
照片4-4 混凝土澆置 ------------------------------------------------------ 77
照片4-5 混凝土養護 ------------------------------------------------------ 78
照片4-6 資料擷取器 ------------------------------------------------------ 78
照片4-7 試體塗白漆及畫矩形網格 ------------------------------------ 79
照片4-8 描繪裂縫走向及載重大小 ------------------------------------ 79
照片4-9 試體架設情形------------------------------------------------------ 80
照片4-10 試體架設完成施加載重之情形 ------------------------------ 80
照片5-1 a/d=4.0之撓曲裂縫之發展情形----------------------------- 203
照片5-2 a/d=4.0之傾斜裂縫發展破壞情形-------------------------- 203
照片5-3 a/d=2.0之撓曲裂縫之發展情形 -------------------------- 204
照片5-4 a/d=2.0樑頂之壓碎與傾斜裂縫發展情形 -------------- 204
照片5-5 a/d=1.0之撓曲裂縫之發展情形 -------------------------- 205
照片5-6 a/d=1.0之傾斜裂縫之發展情形 ---------------------------205
照片5-7 壓力筋變形情形 --------------------------------------------- 206
照片5-8 SH340自充填混凝土錨錠開裂情況 --------------------- 206
照片5-9 NH343普通混凝土開裂情況 -----------------------------207
照片5-10 620系列混凝土裂紋情況比較 --------------------------207
照片5-11 剪力筋量與梁破壞模式情況之比較 ---------------------208

參考文獻
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