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 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
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 1 鋼管混凝土矩形柱之最大強度分析 2 高強度鋼管混凝土柱之耐震行為 3 低水泥量高性能混凝土之力學性質研究 4 加勁鋼管填充混凝土柱之軸向載重行為研究 5 含繫桿內灌混凝土箱型鋼柱之撓曲韌性行為 6 梁柱鋼管混凝土構件之ACI設計強度-數值解法- 7 鋁合金管內填充混凝土之軸壓行為

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 1 矩形鋼管混凝土柱之軸壓行為探討矩形鋼管混凝土柱之軸壓行為探討INVESTIGAIONONBEHAVIOROFRECTANGULARCFTCOLUMNSWITHVARIOUSCONCRETESTRENGTHS 2 鋼管混凝土柱受軸壓及雙向彎矩載重之非線性分析 3 T-型斷面壓力構件強度之探討 4 鋼管混凝土柱受軸壓與彎矩之行為分析 5 鋼管混凝土柱與斜撐構材接合處承壓行為之參數分析 6 鋼管混凝土柱數值模擬之研究 7 複合式鋼管混凝土柱之剪力行為 8 具斜撐構材之圓形鋼管混凝土柱與基礎接合耐震行為 9 自充填混凝土外柱接頭之剪力行為 10 中空雙鋼管混凝土柱受軸壓及彎矩載重之非線性分析 11 加勁鋼管混凝土柱基礎受力模式分析 12 平地水筒模式應用於逕流係數推求之探討 13 航空影像建物模型建立及遮蔽區偵測之研究 14 陡坡底床之堤趾沖刷實驗研究 15 以粗骨材含量為主軸之混凝土波速與強度關係曲線之建立

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