(3.236.228.250) 您好!臺灣時間:2021/04/19 23:18
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:丁英哲
研究生(外文):Ying-Che Ting
論文名稱:高強度鋼管混凝土柱強度之實驗探討
論文名稱(外文):Experimental Investigation for Buckling Strength of CFT Columns with High Strength Concrete
指導教授:呂東苗
指導教授(外文):Dung-Myau Lue
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
論文頁數:101
中文關鍵詞:壓力構件鋼管混凝土複合構件
外文關鍵詞:compressive memberCFTcomposite member
相關次數:
  • 被引用被引用:4
  • 點閱點閱:219
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:43
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
AISC-LRFD 3rd規範針對鋼管混凝土(CFT)柱的設計觀念係採用c1、c2與c3等三個轉換係數將混凝土轉換成等值之鋼骨,再代入一般鋼柱的挫屈強度設計公式用以計算鋼管混凝土(CFT)柱之設計挫屈載重,惟LRFD 3rd 規範規定常重混凝土之抗壓強度必須介於3 ksi (21 MPa) 至8 ksi (55 MPa)之間。隨著今日科技日新月異,混凝土在抗壓強度方面有著非常顯著的提升,因此本論文希望藉由一系列純軸壓試驗探討高強度鋼管混凝土柱(8≦fc'≦12 ksi)是否仍然適用於LRFD 3rd規範。
本研究總共製作22支CFT試體柱其混凝土強度分別為fc' = 4、9、10、12 ksi,經純軸壓試驗後得其試驗強度與標稱強度之比值(Ptest / Pn),在fc' = 4、9、10、12 ksi下之平均值分別為1.43、1.46、1.54及1.59。顯示在本試驗設定之條件下,LRFD CFT公式不僅適用於高強度鋼管混凝土柱(8≦fc'≦12 ksi),而且LRFD CFT公式在計算CFT柱之軸壓強度是偏向保守的。此外由本研究之分析可知,當應變(ε)在εfc' 之前(包含ε在εfc' ),使用本研究之強度線性疊加模式去預估實際CFT柱的軸壓強度發展大致上是合理可行的,又當ε在εfc' 之後,因CFT柱本身之鋼管壁對其內部混凝土產生圍束作用,至使CFT柱的軸壓強度有著非常顯著的增加趨勢。

The AISC analysis of composite columns is done in the same way as for ordinary structural steel compression members, using the same equations from AISC Chapter E, but with values of Fy, E, and r that have been modified through the use of numerical coefficients c1, c2 and c3 . These coefficients c1, c2 and c3 are used to transform plain concrete into equivalent steel with the limitations that the compressive strength of concrete must be ranged between 3 and 8 ksi. Because the high strength of concrete has been developed in the past decade, the use of high strength of concrete is getting popular. This study is intended to see if AISC composite column formulas can still be applied through a series of axial compressive tests when the concrete strength is increased exceed the upper limit of 8 ksi.
There are 22 CFT specimens consisting of four groups with fc' = 4, 9, 10 and 12 ksi. According to the axial compressive tests, it can be concluded that the average ratios of Ptest / Pn are 1.43, 1.46, 1.54 and 1.59 for fc' = 4, 9, 10 and 12 ksi, respectively. The result shows that the LRFD formulas of high-strength CFT columns with 8≦fc'≦12 ksi is fit and the formula of calculating the buckling strength of CFT columns is also on the favor side of practicing engineers. A proposed linear superposition model also provided to predict the actual buckling strength of CFT columns. The results are quite encouraging when the strain ε is smaller than εfc' , and the compressive strength of CFT columns is in striking increase due to the confined effect of concrete in the CFT column when ε is larger than εfc'..

目 錄
中文摘要………………………………………………………………………… i
英文摘要………………………………………………………………………… ii
目錄……………………………………………………………………………. iii
圖表目錄………………………………………………………………………… v
照片目錄……………………………………………………………………….. ix
符號說明………………………………………………………………………… x
第一章 緒論………………………………………………………………….. 1
1.1 前言………………………………………………………………….... 1
1.2 文獻回顧…………………………………………………………….... 2
1.3 研究方法與目的…………………………………………………….... 5
第二章 LRFD規範說明……………………………………………………... 7
第三章 實驗規劃與測試…………….……………………………………… 9
3.1 實驗規劃…….……………………………………………………….. 9
Part I 鋼管斷面尺寸與厚度之選擇………………………………… 9
Part II 高強度混凝土的製作……………………………………….. 12
Part III 防止柱試體於施力在過程端點發生局部挫屈現象………. 16
Part IV 鋼管混凝土柱試體介紹……………………………………. 16
Part V 試體柱與邊界條件製作…………………………………….. 17
3.2 量測裝置…….……………………………………………………….. 17
3.3 實驗測試…………..…………………………………………………. 17
第四章 實驗結果與比較……………………………………………………. 26
4.1 實驗結果……….…………………………………………………….. 26
4.1.1 實驗值…………………………………………………………. 28
4.2 實驗結果說明與比較………………………………………………… 31
4.2.1 強度線性疊加模式與鋼管混凝土柱(CFT)試驗強度之比較.. 31
4.2.2 純軸壓強度探討………………………………………………. 33
4.2.3 圍束效應的探討………………………………………………. 38
4.2.4 韌性容量的探討………………………………………………. 39
例題4-1……………………………………………………………………. 57
例題4-2……………………………………………………………………. 66
例題4-3……………………………………………………………………. 75
第五章 結論與建議…………………………………………………………… 84
結論………………………………………………………………………… 84
建議………………………………………………………………………… 84
參考文獻…………………………………………………………………….…. 85
Appendix / 例題說明………………………………………………………….. 88
圖表目錄
表3-1 斷面最小厚度(tmin)之決定……………………………………………… 9
表3-2 迴轉半徑rmx及rmy之限制檢驗……………………………………….. 9
表3-3 複合斷面含鋼率之檢驗…………………………………………….… 10
表3-4 Fmy (modified yield stress for composite columns)之計算……………... 10
表3-5 Em (modified modulus of elasticity)之計算……………………………. 11
表3-6 λc (column slenderness parameter)之計算…………………………… 11
表3-7 鋼管混凝土柱之標稱強度計算………………….…………………… 12
表3-8 膠結材料之成分與性質………………………………………………. 13
表3-9 混凝土配比表………………………………………………….……… 14
表3-10 試驗試體柱編號、尺寸及個數……..…………………….…………17
表4-1 各CFT柱破壞模式及挫屈載重之整理………………….………….. 26
表4-1(續) 各CFT柱破壞模式及挫屈載重之整理………………….……… 27
表4-2 鋼材之抗拉及降伏強度……………………………………….……… 28
表4-3 鋼材之銲縫抗拉強度………………………………………….……… 28
表4-4 混凝土各齡期之抗壓強度( 7天、14天及28天)…..……….……… 29
表4-5 混凝土28天彈性模數(Ec)…………………………………….……… 29
表4-6 新拌混凝土之-坍度與坍流度……………………………….……… 30
表4-7 Section Properties of CFT Columns…….…………………….……… 30
表4-8 Test Results for Axial Compression Loads / Buckling Loads.……..… 31
表4-9 強度線性疊加模式與鋼管混凝土(CFT)柱軸壓試驗值之比較…..…. 32
表4-9(續) 強度線性疊加模式與鋼管混凝土(CFT)柱軸壓試驗值之比較…. 33
表4-10 鋼管混凝土(CFT)柱軸壓試驗值與規範值之比較……..…………... 35
表4-11 Kenny, Bruce與Bjorhovde (1994)之實驗資料……………………... 35
表4-11(續) Kenny, Bruce與Bjorhovde (1994)之實驗資料………..………... 36
表4-11(續) Kenny, Bruce與Bjorhovde (1994)之實驗資料………..………... 37
表4-12 本試驗資料與以往試驗資料比較……..……………………………. 38
表4-13 韌性容量 / Capacity of Ductility.………………………………….… 41
表4-14 鋼管鋼材之P-ε試驗資料………………………………………….. 57
表4-15鋼管中混凝土(fc' = 29.09 MPa)之P-ε試驗資料…………………... 58
表4-16 鋼材與混凝土(標稱fc' = 29.09 MPa)強度線性疊加之P-ε資料…. 59
表4-17鋼管混凝土(CFT)試體C4k4-2之試驗資料…………………………. 60
表4-18 強度線性模式與鋼管混凝土(CFT)柱C4k4-2軸壓強度之比較…… 65
表4-19鋼管鋼材之P-ε試驗資料…………………………………………... 66
表4-20鋼管中混凝土(fc' = 63.22 MPa)之P-ε試驗資料…………………… 67
表4-21鋼材與混凝土(標稱fc' = 63.22 MPa)強度線性疊加之P-ε資料….. 68
表4-22鋼管混凝土(CFT)試體C9k6-5之試驗資料…………………………. 70
表4-23 強度線性模式與鋼管混凝土(CFT)柱C9k6-5軸壓強度之比較…… 74
表4-24鋼管鋼材之P-ε試驗資料…………………………………………... 75
表4-25鋼管中混凝土(標稱fc' = 83.92 MPa)之P-ε試驗資料…………….. 76
表4-26鋼材與混凝土(標稱fc' = 83.92 MPa)強度線性疊加之P-ε資料….. 78
表4-27鋼管混凝土(CFT)試體C12k6-4之試驗資料………………………... 79
表4-28 強度線性模式與鋼管混凝土(CFT)柱C12k6-4軸壓強度之比較….. 83
圖1.1包覆型SRC柱斷面示意圖………….……..…………………………… 6
圖1-2 鋼管混凝土CFT柱斷面示意圖….……………………………………. 6
圖3-1 坍度、坍流度試驗示意圖……………………………………………. 19
圖3-2 鋼管混凝土(CFT)柱尺寸與配置示意圖……………………………... 19
圖3-3 鋼管混凝土柱與MTS test frame架設示意圖………………………...20
圖3-4 實驗執行流程圖………………………………….…………………… 21
圖4-1 矩形鋼管鋼材應力-應變圖…………………………………………… 44
圖4-2 混凝土應力-應變圖…………………………….…………………….. .44
圖4-3 空鋼管柱與四種強度鋼管混凝土柱之載重-應變( P-ε)圖比較……. 45
圖4-4鋼管混凝土(CFT)柱C4K4-1之載重-應變( P-ε)圖…………………. .45
圖4-5鋼管混凝土(CFT)柱C4K4-2之載重-應變( P-ε)圖…………………. .46
圖4-6鋼管混凝土(CFT)柱C4K4-3之載重-應變( P-ε)圖…………………. .46
圖4-7鋼管混凝土(CFT)柱C4K4-4之載重-應變( P-ε)圖…………………. .47
圖4-8鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-1之載重-應變( P-ε)圖…………………. .47
圖4-9鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-2之載重-應變( P-ε)圖…………………. .48
圖4-10鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-3之載重-應變( P-ε)圖…..……………. .48
圖4-11鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-4之載重-應變( P-ε)圖..………………. .49
圖4-12鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-5之載重-應變( P-ε)圖…..……………. .49
圖4-13鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-6之載重-應變( P-ε)圖…..…………….. 50
圖4-14鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-1之載重-應變( P-ε)圖………………. .50
圖4-15鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-2之載重-應變( P-ε)圖………………. .51
圖4-16鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-3之載重-應變( P-ε)圖………………. .51
圖4-17鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-4之載重-應變( P-ε)圖………………. .52
圖4-18鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-5之載重-應變( P-ε)圖………………. .52
圖4-19鋼管混凝土(CFT)柱C10K6-6之載重-應變( P-ε)圖………………. .53
圖4-20鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-1之載重-應變( P-ε)圖………………. .53
圖4-21鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-2之載重-應變( P-ε)圖………………. .54
圖4-22鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-3之載重-應變( P-ε)圖………………. .54
圖4-23鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-4之載重-應變( P-ε)圖………………. .55
圖4-24鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-5之載重-應變( P-ε)圖………………. .55
圖4-25鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-6之載重-應變( P-ε)圖………………. .56
圖4-26 鋼材、混凝土(fc' = 29.09 MPa)與強度線性疊加之P-ε圖……….. 60
圖4-27鋼管混凝土(CFT)柱C4K4-2與強度線性疊加之P-ε圖…………... 62
圖4-28鋼材、混凝土(fc' = 63.22 MPa)與強度線性疊加之P-ε圖………… 69
圖4-29鋼管混凝土(CFT)柱C9K6-5與強度線性疊加之P-ε圖…………... 72
圖4-30鋼材、混凝土(fc' = 83.92 MPa)與強度線性疊加之P-ε圖………... 79
圖4-31鋼管混凝土(CFT)柱C12K6-4與強度線性疊加之P-ε圖…………. 81
照片目錄
照片3-1 上支承機構(hinge)………..………………………………………… 22
照片3-2 下支承機構(hinge)………..………………………………………… 22
照片3-3 混凝土圓柱試體抗壓試驗裝置(一)……………………………….. 23
照片3-4 混凝土圓柱試體抗壓試驗裝置(二)……………………………….. 23
照片3-5 混凝土圓柱試體抗壓試驗後之破壞情況(一)…………………….. 23
照片3-6 混凝土圓柱試體抗壓試驗後之破壞情況(二)…………………….. 23
照片3-7鋼管混凝土柱試體架設前視圖…………………………………….. 24
照片3-8鋼管混凝土柱試體架設側視圖…………………………………….. 24
照片3-9鋼管混凝土柱C9K6-2發生鋼管壁外凸之破壞…………………… 25
照片3-10鋼管混凝土柱C12K6-5發生鋼管壁外凸之破壞………………… 25
照片3-11鋼管混凝土柱C10K6-5發生1st buckling mode之破壞…………. 25
照片3-12鋼管混凝土柱C12K6-4發生1st buckling mode之破壞…………. 25

References
ACI 363R-92, “State-of-the-Art Report on High Strength Concrete,” Reported by Committee 363, pp.363R-23.
AISC Structural Stability Research Council (SSRC) Task Group 20, “Specification for the Design of Steel-Concrete Composite Column,” Engineering Journal, AISC, Vol.16, Fourth Quarter, 1979, pp.101-115.
AISC (1999), Manual of Steel Construction, Load and Resistance Factor Design, 3rd Edition, Chicago, Illinois.
AISC (1989), Manual of Steel Construction, Allowable Stress Design, Ninth Edition, AISC, Chicago, Illinois.
Bradford, Mark A. (1996), “Design Strength of Slender Concrete-Filled Rectangular Steel Tubes,” ACI Structural Journal, March-April, 1996, pp.229-235.
Bridge, R. Q. (1976), “Concrete-Filled Steel Tubular Columns,” Civil Engineering Transaction, Institution of Engineers, Australia, V. CE18, pp.127-133.
Bridge, R. Q. (1976), “Concrete Filled Steel Tubular Columns,” Research Report No.R283, The University of Sydney, Sydney.
Chapman, J. C. and Negoi, P. K. “Research on Concrete Filled Tubular Columns,” Progress to October 31, 1964, Jan. 31, 1965, Nov. 30, 1965 and April 30, 1966, Engineering Structures Laboratories, Civil Engineering Department, Imperial College, London.
Design of Composite Bridge (1987): use of BS 5400: part 5: 1979 for Department of Transport Structures. Department of Transport, London, December, 1987.
Elremaily, A. and Azizinamini, A. (2002), “Behavior and Strength of Circular Concrete-Filled Tube Columns,” Journal of Constructional Steel Research, Vol.58, pp.1567-1591.
Furlong, R. W. (1967), “Strength of Steel-Encased Beam-Column,” Journal of the Structural Division, ASCE, Vol.93, ST5, pp.113-124.
Eurocode 4 (1992): Design of Composite Steel and Concrete Structures, Part 1.1: General Rules and Rules for Building, Commission of European Communities, Brussels, Belgium, March, 1992.
Galambos, T. V., (1986), “Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures,” 4th Edition, John Wiley and Sons, New York, pp.359-386.
Ge, H. B. and Usami, T. (1992), “Strength of Concrete-Filled Thin-Walled Steel Box Column: Experiment,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.118, No.11, pp.3036-3054.
Ghasemian, M. and Schmidt, L. C. (1999), “Curved Circular Hollow Section (CHS) Steel Structures in Filled with Higher-Strength Concrete,” ACI Structural Journal, March-April, 1999, pp.275-281.
Kenny, J. R., Bruce, D. A. and Bjorhovde, R. (1994), “Removal of Yield Stress Limitation for Composite Tubular Columns,” Journal of Structural Engineering, AISC, First Quarter, pp.1-11.
Kilpatrick, A. E. and Rangan, B. V. (1999), “Testes on High-Strength Concrete-Filled Steel Tubular Columns,” ACI Structural Journal, March-April, 1999, pp.264-274.
Liu, D., Gho, Wie-Min and Yuan, J. (2003), “Ultimate Capacity of High-Strength Rectangular Concrete-Filled Steel Hollow Section Stub Columns,” Journal of Constructional Steel Research, Vol.59, pp.1499-1515.
Marsi, M. and Uy, B. (2003), “Strength of Concrete Filled Steel Box Column Incorporating Interaction Buckling,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.129, No.5, pp.626-639.
Schneider, S. P. (1998), “Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tubes,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.124, No.10, pp.1125-1138.
Shakir-Khalil, H. and Zeghiche, J. (1989), “Experimental Behavior of Concrete-Filled Rolled Rectangular Hollow-Section Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.67, No.19, pp.346-353.
Shakir-Khalil, H. and Al-Rawdan, A. (1996), “Experimental Behavior and Numerical Modeling of Concrete-Filled Rectangular Hollow Section Tubular Columns,” composite construction in steel and concrete III, ASCE, New York, pp.222-235.
Shakir-Khalil, H. and Mouli, M. (1990), “Further Testes on Concrete-Filled Rectangular Hollow-Section Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.68, No.20, pp.405-413.
Shanmugam, N. E. and Lakshmi, B. (2001), “Steel of The Art Report on Steel-Concrete Composite Columns,” Journal of Constructional Steel Research, Vol.57, pp.1041-1080.
Standards Australia AS 4100 (1990), “Steel Structures,” Sydney, Australia.
Tomii, M., Yoshimura, K., and Morishita, Y. (1977), “Experimental Studies on Concrete Filled Steel Tubular Stub Columns under Concentric Loading,” Proc., Int. Colloquium on Stability of Structures,Under Static and Dynamic Loads, pp.718-741.
Usami, T. and Ge, H. B., (1992), “Ductility of Concrete-Filled Steel Box Columns under Cycle Loading,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.120, No.7, pp.2021-2040.
Varma, A. I., Ricles, J. M., Sause, R. and Lu, Le-Wu (2002), “Seismic Behavior and Modeling of High-Strength Composite Concrete-Filled Steel Tube (CFT) Beam-Columns,” Journal of Constructional Steel Research, Vol.58, pp.725-758.
Vrcelj, Z. and Uy, B. (2002), “Strength of Slender Concrete-Filled Steel Box Columns Incorporating Local Buckling,” Journal of Constructional Steel Research, Vol.58, pp.275-300.
Wang, Y. C. (1999), “Test on Slender Composite Columns,” Journal of Constructional Steel Research Vol.49, pp.25-41.
Zhang, W. and Shahrooz, B. M. (1999), “Comparison between ACI and AISC for Concrete-Filled Tubular Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol.125, No.11, November, 1999, pp.1213-1223.
李豐安 (1994),「鋼管混凝土矩形柱之最大強度分析」,碩士論文,國立交通大學。
鄭全志 (1997),「低水泥量高性能混凝土之力學性質研究」,碩士論文,國立中興大學。
傅正堯 (1998),「高強度鋼管混凝土柱之耐震行為」,碩士論文,國立交通大學。
王勝輝 (1999),「加勁鋼管填充混凝土柱之軸向載重行為研究」,碩士論文,國立台灣大學。
鍾善桐 (1999),「高層鋼管混凝土結構」,黑龍江科學技術出版社,中國哈爾濱。
孫惟隆 (2000),「加勁鋼管混凝土柱受軸壓與彎矩之行為研究」,碩士論文,國立台灣大學。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 蔡進雄(2004)。學校轉型領導的理論與實際。教育研究月刊,119,53-65。
2. 蔡清田,王霄燕(1998)。國小校長課程領導實際行動研究之探討:以一所台灣南部鄉村小學的安校長為例。課程與教學,5(2),21-36。
3. 歐用生(2000b)。轉型的課程領導及其啟示。國民教育,41(1),2-8。
4. 歐用生(1999b)。落實學校本位的課程發展。國民教育,39 (4),2~7。
5. 歐用生(1999a)。從「課程統整」的概念評九年一貫課程。教育研究資訊,7(1),22-32。
6. 甄曉蘭(2001)。推動學校本位課程發展的困難與策略。教育研究月刊,85,42-53。
7. 甄曉蘭(1995)。合作行動研究-進行教育行動的另一種方式。嘉義師院學報,7,18-28。
8. 葉連祺(2002)。九年一貫課程與基本能力指標轉化。教育研究月刊,96,49-63。
9. 黃嘉雄(1999)。落實學校本位課程發展的行政策略。國民教育,40(1),29-34。
10. 黃乃熒(2002)。析論九年一貫課程領導的途徑及策略,教育研究月刊,100,70-85。
11. 游家政(2002)。國中的課程領導。課程與教學季刊,5(2),1-20。
12. 陳美玉(2000)。教師專業發展途徑之探討─以教師專業經驗合作反省為例。教育研究資訊,7(4),80-99。
13. 陳怡如(2003)。英國教育改革趨勢─新管理主義。教育研究月刊,113,146-159。
14. 陳伯璋(1999)。九年一貫新課程綱要修訂的背景與內涵。教育研究資訊,7(1),1-13。
15. 莊明貞(2001)。九年一貫試辦課程實施:問題與因應策略之分析。教育研究月刊,85,27-41。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔