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研究生:林育聰
研究生(外文):Yu-Tsung Lin
論文名稱:輕質自充填混凝土柱於同心軸力下之行為
論文名稱(外文):Behavior of Lightweight Self-Consolidating Concrete Columns under Concentric Compression
指導教授:林建宏林建宏引用關係
指導教授(外文):Chien-Hung Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
中文關鍵詞:輕質自充填混凝土同心軸力
外文關鍵詞:Lightweight Self-Consolidating ConcreteColumnConcentric Compression
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本研究主要在探討輕質自充填混凝土柱及普通混凝土柱之無偏心加載下之構件行為及其差異。共製作三十三支斷面為300 ×300 mm柱試體,其中十八支為輕質自充填混凝土柱試體及十六支普通混凝土柱試體。試驗變數包括混凝土強度、縱向鋼筋比、圍束箍筋強度、箍筋間距、橫向箍筋型式、 等,期望對輕質自充填混凝土柱之無偏心加載下之極限強度與圍束效應有所了解。試驗結果歸納如下:
1.目前ACI 318所使用之極限軸向強度計算式仍適用於本研究中之
輕質自充填混凝土柱。
2.相同條件下,輕質自充填混凝土柱之構件延展性指數 普遍較小,即輕質自充填混凝土試體圍束效應較普通混凝土差。
3. 相同 而不同箍筋強度、箍筋間距之柱試體,具相同之圍束效
應,故可以使用高拉力箍筋以減低箍筋需求量。
4.輕質自充填混凝土柱之裂縫控制較普通混凝土柱佳。
5.混凝土應力-應變預測式之應力下降段,以最大應力值及最大應力的50%決定較為合理。
6.由試驗結果,分別提出輕質自充填混凝土及普通混凝土應力-應變關係之預測式。

The purpose of this study is to investigate the behavior of lightweight self-consolidating concrete columns under concentric compression. A total of thirty-three column specimens were made in this study, fifteen were normal concrete columns and the rest were lightweight self-consolidating concrete columns. The column cross section was 300 ×300 mm. The test parameters included the volumetric ratio and spacing of transverse reinforcement, yield strength of transverse reinforcement, amount of longitudinal steel, and concrete compressive strength. The following conclusions can be made from the test results.
1.The results show that the nominal axial load strengths predicted by ACI 318 code are applicable to lightweight self-consolidating concrete columns.
2.Lightweight self-consolidating concrete columns show worse ductility than normal concrete columns.
3.With the same value of transverse reinforcement, the columns can achieve the same ductility.
4.Have better crack control over normal concrete columns.
5.The descending branch of concrete stress-strain curve can be well represented by the points corresponding to 50% of the peak stress and the peak stress.
6.Analytical stress-strain models are proposed for normal concrete and lightweight self-consolidating concrete .

摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄……………………………………………………...VIII
照片目錄 .XIV
符號說明 .XVI
第一章 緒論 .1
1-1 前言 .1
1-2 自充填混凝土之定義 .1
1-3 輕質混凝土之定義 .2
1-4 研究動機 .2
1-5 研究目的與方法 .3
第二章 文獻回顧 .5
第三章 試驗計畫及過程 19
3-1試體規劃 19
3-2試驗材料 20
3-3試體製作 22
3-4試驗設備 24
3-5試體安裝 25
3-6試驗過程 25
第四章 試驗結果與分析 27
4-1 混凝土新拌材料性質 27
4-2 無偏心加載下之破壞行為 27
4-3 載重變位關係之比較 30
4-3-1 混凝土強度 30
4-3-2 縱向鋼筋比 31
4-3-3 橫向箍筋強度 31
4-3-4 橫向箍筋型式 32
4-3-5 橫向箍筋間距 33
4-3-6 33
4-3-7 混凝土材料 34
4-4 裂縫觀測 34
4-4-1 混凝土強度與裂縫寬度 34
4-4-2 縱向鋼筋比與裂縫寬度 35
4-4-3 橫向箍筋強度與裂縫寬度 35
4-4-4 橫向箍筋型式與裂縫寬度 36
4-4-5 橫向箍筋間距與裂縫寬度 36
4-4-6 與裂縫寬度 37
4-4-7 混凝土材料與裂縫寬度 37
第五章 混凝土應力應變曲線 39
5-1 應力應變關係圖之推演 39
5-1-1 應力應變圖產生之過程 39
5-2 無圍束混凝土柱 40
5-3 混凝土應力應變關係之比較 40
5-3-1 混凝土強度 41
5-3-2 縱向鋼筋比 42
5-3-3 橫向箍筋強度 43
5-3-4 橫向箍筋型式 43
5-3-5 橫向箍筋間距 44
5-3-6 44
5-3-7 混凝土材料 45
5-3-8 混凝土圍束效應判斷法之優劣 45
5-4 理論推導 46
5-5 圍束混凝土應力-應變曲線預測 47
5-5-1 普通混凝土應力-應變曲線之預測 48
5-5-2 自充填混凝土應力-應變曲線之預測 49
5-5-3 應力-應變關係預測式之比較 51
5-5-3 比較LSCC與SCC之優劣 53
第六章 結論 54
6-1 結論 54
參考文獻 56
表 目 錄
表1-1 日本土木學會自充填混凝土之規範表 58
表3-1 試體規劃表 59
表3-2 混凝土配比表 60
表3-3 水泥與爐石性質表 61
表3-4 飛灰性質表 62
表3-5 粗骨材物理性質表 63
表3-6 細骨材物理性質表 63
表3-7 粗細骨材物理性質表 63
表3-8 輕質骨材物理性質表 63
表3-9 輕質骨材物理性質表 63
表3-10 鋼材基本性表 64
表3-11 混凝土實際抗壓強度表 65
表4-1 混凝土之新拌性質表 66
表4-2 最大載重值與ACI設計載重之比較表 67
表4-3 混凝土柱試體構件延展性指數之比較表 68
表4-4 裂縫寬度之比較表 69
表5-1 無圍束混凝土柱與圓柱試體強度之比較表 69
表5-2 試體混凝土延展性展性比較表 70
表5-3 混凝土應力下降至最大應力之85%時之斜率比較表 71
表5-4 混凝土應力下降至最大應力之50%時之斜率比較表 72
表5-5 本文及各理論與試驗之下降段斜率比較 73
表5-6 圍束混凝土最大應力之理論值與試驗值比較表 74
表5-7 圍束混凝土最大應力之理論值與試驗值比較表 75
表5-8 混凝土最大應力理論值之比較表 76
表5-9 混凝土最大應力理論值之比較表 77
表5-10 圍束混凝土應變之理論值 、 與試驗值比較 78
表5-11 圍束混凝土應變之理論值 、 與試驗值比較 79
表5-12 圍束混凝土應變之理論值 與試驗值比較 80
圖 目 錄
圖2-1 Saatcioglu and Razvi 應力應變曲線預測圖 81
圖2-2 Mander 應力應變曲線預測圖 81
圖2-3 Sheikh and Uzumeri應力應變曲線預測圖 81
圖2-4 Park and Priestley應力應變曲線預測圖 82
圖2-5 Kent and Park應力應變曲線預測圖 82
圖3-1 試體尺寸、斷面圖 83
圖3-2 鋼材應力應變圖 84
圖3-3 斷面型試A之應變計黏貼之示意圖 85
圖3-4 斷面型試B之應變計黏貼之示意圖 86
圖3-5 斷面型試C之應變計黏貼之示意圖 87
圖3-6 斷面型試C之應變計黏貼之示意圖 88
圖3-7 試體架設示意圖 89
圖4-1 試體N10載重-變位示意圖 90
圖4-2 試體L2載重-變位示意圖 90
圖4-3 試體N10主筋應變-變位圖 91
圖4-4 試體L2主筋應變-變位圖 91
圖4-5 試體N10箍筋應變-變位圖 92
圖4-6 試體L2箍筋應變-變位圖 92
圖4-7 裂縫發展與保護層剝落示意圖 93
圖4-8 試體N1、N2、N3載重-變位比較圖 94
圖4-9 試體L1、L2、L3載重-變位比較圖 94
圖4-10 試體N2、N4、N5載重-變位比較圖 95
圖4-11 試體L2、L4、L5載重-變位比較圖 95
圖4-12 試體N2、N6、N7載重-變位比較圖 ...96
圖4-13 試體L2、L6、L7載重-變位比較圖 …96
圖4-14 試體N2、N13、N14、N15載重-變位比較圖 …97
圖4-15 試體L2、L13、L14、L15、L17載重-變位比較圖 …97
圖4-16 試體N2、N8、N9、N10載重-變位比較圖 …98
圖4-17 試體L2、L8、L9、L10載重-變位比較圖 …98
圖4-18 試體N2、N11、N12載重-變位比較圖 …99
圖4-19 試體L2、L11、L12載重-變位比較圖 …99
圖4-20 混凝土強度變化之構件延展性指數比較圖 ..100
圖4-21 縱向鋼筋比變化之構件延展性指數比較圖 ..100
圖4-22 箍筋強度變化之構件延展性指數比較圖 ..101
圖4-23 箍筋型式不同之構件延展性指數比較圖 ..101
圖4-24 箍筋間距變化之構件延展性指數比較圖 ..102
圖4-25 固定而 、 不同之構件延展性指數比較圖 ..102
圖4-26 試體N1、L1載重-變位比較圖 ..103
圖4-27 試體N2、L2載重-變位比較圖 ..103
圖4-28 試體N3、L3載重-變位比較圖 ..103
圖4-29 試體N4、L4載重-變位比較圖 ..104
圖4-30 試體N5、L5載重變位比較圖 ..104
圖4-31 試體N6、L6載重-變位比較圖 ..104
圖4-32 試體N7、L7載重-變位比較圖 ..105
圖4-33 試體N8、L8載重-變位比較圖 ..105
圖4-34 試體N9、L9載重-變位比較圖 ..105
圖4-35 試體N10、L10載重-變位比較圖 ..106
圖4-36 試體N11、L11載重-變位比較圖 ..106
圖4-37 試體N12、L12載重-變位比較圖 ..106
圖4-38 試體N13、L13載重-變位比較圖 ..107
圖4-39 試體N14、L14載重-變位比較圖 ..107
圖4-40 試體N15、L15載重-變位比較圖 ..107
圖4-41 試體L16、L17、L18載重-變位比較圖 ..108
圖4-42 試體N1、N2、N3載重-裂縫寬度比較圖 ..109
圖4-43 試體L1、L2、L3載重-裂縫寬度比較圖 ..109
圖4-44 試體N2、N4、N5載重-裂縫寬度比較圖 ..110
圖4-45 試體L2、L4、L5載重-裂縫寬度比較圖 ..110
圖4-46 試體N2、N6、N7載重-裂縫寬度比較圖 ..111
圖4-47 試體L2、L6、L7載重-裂縫寬度比較圖 ..111
圖4-48 試體N2、N13、N14、N15載重-裂縫寬度比較圖 112
圖4-49 試體L2、L13、L14、L15、L17載重-裂縫寬度比較圖 112
圖4-50 試體N2、N8、N9、N10載重-裂縫寬度比較圖 113
圖4-51 試體L2、L8、L9、L10載重-裂縫寬度比較圖 113
圖4-52 試體N2、N11、N12載重-裂縫寬度比較圖 114
圖4-53 試體L2、L11、L12載重-裂縫寬度比較圖 114
圖4-54 試體N1、L1載重-裂縫寬度比較圖 115
圖4-55 試體N2、L2載重-裂縫寬度比較圖 115
圖4-56 試體N3、L3載重-裂縫寬度比較圖 115
圖4-57 試體N4、L4載重-裂縫寬度比較圖 116
圖4-58 試體N5、L5載重-裂縫寬度比較圖 116
圖4-59 試體N6、L6載重-裂縫寬度比較圖 116
圖4-60 試體N7、L7載重-裂縫寬度比較圖 117
圖4-61 試體N8、L8載重-裂縫寬度比較圖 117
圖4-62 試體N9、L9載重-裂縫寬度比較圖 117
圖4-63 試體N10、L10載重-裂縫寬度比較圖 118
圖4-64 試體N11、L11載重-裂縫寬度比較圖 118
圖4-65 試體N12、L12載重-裂縫寬度比較圖 118
圖4-66 試體N13、L13載重-裂縫寬度比較圖 119
圖4-67 試體N14、L14載重-裂縫寬度比較圖 119
圖4-68 試體N15、L15載重-裂縫寬度比較圖 119
圖5-1 應力-應變曲線推演圖 120
圖5-2 試體N1、N2、N3應力-應變比較圖 121
圖5-3 試體L1、L2、L3應力-應變比較圖 121
圖5-4 試體N2、N4、N5應力-應變比較圖 122
圖5-5 試體L2、L4、L5應力-應變比較圖 122
圖5-6 試體N2、N6、N7應力-應變比較圖 123
圖5-7 試體L2、L6、L7應力-應變比較圖 123
圖5-8 試體N2、N13、N14、N15應力-應變比較圖 124
圖5-9 試體L2、L13、L14、L15應力-應變比較圖 124
圖5-10 試體N2、N8、N9、N10應力-應變比較圖 125
圖5-11 試體L2、L8、L9、L10應力-應變比較圖 125
圖5-12 試體N2、N11、N12應力-應變比較圖 126
圖5-13 試體L2、L11、L12應力-應變比較圖 126
圖5-14 混凝土強度變化之混凝土延展性比較圖 127
圖5-15 縱向鋼筋比變化之混凝土延展性比較圖 127
圖5-16 箍筋強度變化之混凝土延展性比較圖 128
圖5-17 箍筋型式不同之混凝土延展性比較圖 128
圖5-18 箍筋間距變化之混凝土延展性比較圖 129
圖5-19 固定而 、 不同之混凝土延展性比較圖 129
圖5-20 試體N1、L1應力-應變比較圖 130
圖5-21 試體N2、L2應力-應變比較圖 130
圖5-22 試體N3、L3應力-應變比較圖 130
圖5-23 試體N4、L4應力-應變比較圖 131
圖5-24 試體N5、L5應力-應變比較圖 131
圖5-25 試體N6、L6應力-應變比較圖 131
圖5-26 試體N7、L7應力-應變比較圖 132
圖5-27 試體N8、L8應力-應變比較圖 132
圖5-28 試體N9、L9應力-應變比較圖 132
圖5-29 試體N10、L10應力-應變比較圖 133
圖5-30 試體N11、L11應力-應變比較圖 133
圖5-31 試體N12、L12應力-應變比較圖 133
圖5-32 試體N13、L13應力-應變比較圖 134
圖5-33 試體N14、L14應力-應變比較圖 134
圖5-34 試體N15、L15應力-應變比較圖 134
圖5-35 試體L16、L17、L18應力-應變比較圖 135
圖5-36 核心混凝土之側向應力分布圖 136
圖5-37 核心混凝土有效側向應力圖 136
圖5-38 試體N1理論與試驗之應力-應變比較圖 137
圖5-39 試體N2論與試驗之應力-應變比較圖 137
圖5-40 試體N3理論與試驗之應力-應變比較圖 138
圖5-41 試體N4理論與試驗之應力-應變比較圖 138
圖5-42 試體N5理論與試驗之應力-應變比較圖 139
圖5-43 試體N6理論與試驗之應力-應變比較圖 139
圖5-44 試體N7理論與試驗之應力-應變比較圖 140
圖5-45 試體N8理論與試驗之應力-應變比較圖 140
圖5-46 試體N9理論與試驗之應力-應變比較圖 141
圖5-47 試體N10理論與試驗之應力-應變比較圖 141
圖5-48 試體N11理論與試驗之應力-應變比較圖 142
圖5-49 試體N12理論與試驗之應力-應變比較圖 142
圖5-50 試體N13理論與試驗之應力-應變比較圖 143
圖5-51 試體N14理論與試驗之應力-應變比較圖 143
圖5-52 試體N15理論與試驗之應力-應變比較圖 144
圖5-53 試體L1理論與試驗之應力-應變比較圖 144
圖5-54 試體L2理論與試驗之應力-應變比較圖 145
圖5-55 試體L3理論與試驗之應力-應變比較圖 145
圖5-56 試體L4理論與試驗之應力-應變比較圖 146
圖5-57 試體L5理論與試驗之應力-應變比較圖 146
圖5-58 試體L6理論與試驗之應力-應變比較圖 147
圖5-59 試體L7理論與試驗之應力-應變比較圖 147
圖5-60 試體L8理論與試驗之應力-應變比較圖 148
圖5-61 試體L9理論與試驗之應力-應變比較圖 148
圖5-62 試體L10理論與試驗之應力-應變比較圖 149
圖5-63 試體L11理論與試驗之應力-應變比較圖 149
圖5-64 試體L12理論與試驗之應力-應變比較圖 150
圖5-65 試體L13理論與試驗之應力-應變比較圖 150
圖5-66 試體L14理論與試驗之應力-應變比較圖 151
圖5-67 試體L15理論與試驗之應力-應變比較圖 151
照 片 目 錄
照片(3-1) 應變計黏貼完成之鋼筋 152
照片(3-2) 鋼筋籠 152
照片(3-3) 鋼筋籠置於鋼模 153
照片(3-4) 坍流度試驗 153
照片(3-5) 6000kN MTS 萬能試驗機 154
照片(3-6) 鋼材抗拉試驗機 154
照片(3-7) 圓柱試體抗壓試驗機 155
照片(3-8) 50mm LVDT變位計 155
照片(3-9) 50mm Dial Gauge變位計 156
照片(3-10) 個人電腦、資料蒐集器及繪圖機 156
照片(3-11) 箱型槽(U槽) 157
照片(3-12) V型漏斗 157
照片(3-13) 坍度儀 158
照片(3-14) 混凝土雙軸拌合機 158
照片(3-15) 試體架設 159
照片(4-1) 試體N1破壞情形 160
照片(4-2) 試體N2破壞情形 160
照片(4-3) 試體N3破壞情形 161
照片(4-4) 試體N4破壞情形 161
照片(4-5) 試體N5破壞情形 162
照片(4-6) 試體N6破壞情形 162
照片(4-7) 試體N7破壞情形 163
照片(4-8) 試體N8破壞情形 163
照片(4-9) 試體N9破壞情形 164
照片(4-10) 試體N10破壞情形 164
照片(4-11) 試體N11破壞情形 165
照片(4-12) 試體N12破壞情形 165
照片(4-13) 試體N13破壞情形 166
照片(4-14) 試體N14破壞情形 166
照片(4-15) 試體N15破壞情形 167
照片(4-16) 試體L1破壞情形 167
照片(4-17) 試體L2破壞情形 168
照片(4-18) 試體L3破壞情形 168
照片(4-19) 試體L4破壞情形 169
照片(4-20) 試體L5破壞情形 169
照片(4-21) 試體L6破壞情形 170
照片(4-22) 試體L7破壞情形 170
照片(4-23) 試體L8破壞情形 171
照片(4-24) 試體L9破壞情形 171
照片(4-25) 試體L10破壞情形 172
照片(4-26) 試體L11破壞情形 172
照片(4-27) 試體L12破壞情形 173
照片(4-28) 試體L13破壞情形 173
照片(4-29) 試體L14破壞情形 174
照片(4-30) 試體L15破壞情形 174
照片(4-31) 試體L16破壞情形 175
照片(4-32) 試體L17破壞情形 175
照片(4-33) 試體L18破壞情形 176

參考文獻
1.劉至軒, ”自充填混凝土柱於同心軸力下之行為”,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,民國九十二年。
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3.Saatcioglu, M., and Razvi, S. R., “ Displacement-Based Design of Reinforces Concrete Columns for Confinement,” ACI Structural Journal, V. 99, No. 1, Jan.-Feb. 2002, pp. 3-11.
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