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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃德治
研究生(外文):De-Zhi Huang
論文名稱:實體鋼筋混凝土建築物之崩塌實驗模擬分析與驗證
論文名稱(外文):Analysis and simulation of push over test for an existing Reinforced Concrete Building
指導教授:林炳昌林炳昌引用關係
指導教授(外文):Bing-Chang Lin
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:口湖國小構材塑角性質非線性推覆分析實體構架推覆試驗
外文關鍵詞:plastic hinge propertyATC-40Push Over test for Existing BuildingKouhu Elementary SchoolEUROCODE 8Analysis of Nolinear Static Push Over
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建築物的耐震能力分析結果與其各項構件之塑鉸有關,然而以往
研究理論所得塑角性質,未曾有過實體建築物試驗數據可供比較,故
從民國94年開始,國家地震中心執行一系列現地靜態側推試驗,以
獲得最直接且符合實際震損情況的結果。
  本文利用前人所做之理論,推算梁、柱構材及台度磚牆之強度及
塑角性質,利用SAP2000之非線性推覆分析方法,進而模擬實體構
架在受地震力時之行為及破壞模式,並與實體構架現地推覆試驗結果
做比對,尋找較佳之模擬方法。
Analysis of the seismic assessment for the building result that relates to plastic hinge property for every member. But the plastic hinge property with studied the theory in the past, no studies have compared to existing building test data. So since the 94th year of the Republic of China, the National Center for Research on Earthguake Engineering carry out a series of static push over tests for existing building, in order to get result of the correspond to earthquake damage of reality.
  This text use of various kinds of theories, calculate the intensity and
plastic hinge property of the beam, colum and brick wall. And used to
analysis of nolinear static push over in SAP2000 to simulation of the
behavior and way of destroying in earthquake of the building. Then
compare with results of the push over test for existing building in order to
look for a good simulation method.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目 錄 IV
圖 目 錄 VII
表 目 錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前 言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文內容 2
第二章 口湖國小試驗資料 4
2.1 建築物外觀及使用概述 4
2.2 結構配筋 4
2.3 材料試驗資料 5
2.4 試驗流程 7
2.5 模擬構架資料整理 7
2.6 試驗結果 8
第三章 構材行為的模擬 10
3.1 前 言 10
3.2 試驗分析比對方式概述 10
3.3 柱構材行為模式 10
3.3.1 撓曲塑鉸模擬 11
3.3.1.1 彎矩降伏強度及極限強度計算 11
3.3.1.2 塑角性質 14
3.3.1.3 塑鉸設置方式 15
3.3.2 剪力塑鉸模擬 16
3.3.2.1 剪力強度計算 16
3.3.2.2 塑角性質 18
3.3.2.3 塑鉸設置方式 18
3.4 梁行為模式 19
3.5 勁度修正係數 20
3.6 磚牆行為模式 20
3.6.1 磚牆模擬方式及彈性模數預測 21
3.6.2 等值斜撐的面積 21
3.6.3 水平極限強度預測 22
3.6.4 水平位移預測 22
3.7 SAP2000程式 23
3.7.1 分析模型建立 23
3.7.2 塑鉸之設定 24
3.7.3 推覆分析 24
3.8 現行耐震評估方法 25
第四章 構材塑性行為分析與模擬 26
4.1 前 言 26
4.2 SAP2000基本模擬模型及分析結果 26
4.3 柱撓曲塑鉸模擬修正 27
4.3.1 Y向磚牆考量修正 27
4.3.2 EUROCODE 8塑角性質設定與試驗結果分析比較 28
4.2.3 小結 30
4.4 柱剪力塑鉸模擬修正 30
4.4.1 混凝土剪力強度簡算及詳算公式比較 30
4.4.2 箍筋剪力強度修正 31
4.4.3 小結 32
4.5 梁構材模擬修正 32
4.5.1梁斷面模擬修正 32
4.5.2梁塑鉸設置模擬修正 33
4.6 勁度修正結果與實驗分析比對 33
4.7 塑角性質殘餘應力段討論 34
4.8 與現行耐震評估法比較 35
第五章 結論與建議 36
5.1 結 論 37
5.2 建 議 38
參考文獻 40
附 圖 43
附 表 83
圖 2.1 口湖國小校舍平面、立面圖……….….……………………..…………..…43
圖 2.2 口湖國小校舍平面圖………………..….…………………………………..43
圖 2.3 口湖國小校舍二樓柱之示意圖……..….…………………………………..44
圖 2.4 口湖國小校舍基礎平面、立面圖…..….…………………………………..44
圖 2.5 箍筋細部圖…………………………..….…………………………………..45
圖 2.6 標準立面圖…………………………..….…………………………………..45
圖 2.7 二樓柱配筋圖………………………..….…………………………………..46
圖 2.8 一樓柱配筋圖………………………..….…………………………………..46
圖 2.9 一樓鑽心取樣位置圖………………..….…………………………………..47
圖 2.10 教室四、五鑽心取樣狀況圖………….…………………………………..47
圖 2.11 教室四、五抗壓試驗狀況圖………….…………………………………..48
圖 2.12 教室四、五鋼筋取樣狀況圖………….…………………………………..48
圖 2.13 側向力加載示意圖…………………..…...………………………………..49
圖 2.14 額外加載示意圖……………………..….…..……………………………..49
圖 2.15 結構平面圖…………………………..….………..………………………..50
圖 2.16 模擬構架配筋圖……………………..…...………………………………..50
圖 2.17 空構架試驗之位移與基底剪力關係圖.…..…………………..…………..51
圖 2.18 空構架單向推覆試驗(進行中) ………..…..….…………………………..52
圖 2.19 空構架單向推覆試驗(倒塌) ……..………..…..………………………..52
圖 2.20 Frame A 破壞情形………………………..…..………………………..…..53
圖 2.21 Frame B 破壞情形………………………..…..………………………..…..54
圖 2.22 Frame C 破壞情形………………………..…..………………………..…..55
圖 3.1軸力-彎矩交互作用圖及承受地震力之構材軸力-彎矩關係…..….…..…..56
圖 3.2未圍束混凝土應力應變關……………………………………….…….……56
圖 3.3 混凝土構材之降伏彎矩計算流程圖…………………………….…………57
圖 3.4 混凝土構材之極限彎矩計算流程圖…………………………….…………58
圖 3.5 P-M-M塑鉸軸力彎矩交互作用關係設定………………………….………59
圖 3.6 柱撓剪裂縫夾角示意圖……..……..…………….……………………..…..59
圖 3.7 CASE 1塑鉸設置示意圖……..…...…..…………..………………...…..…..60
圖 3.8 CASE 2塑鉸設置示意圖……..……..…………….………………...…..…..61
圖 3.9 CASE 3塑鉸設置示意圖……..……..…………….………………...…..…..62
圖 3.10 T形梁示意圖……………………………………….…………………..…..63
圖 3.11 T形梁結構示意圖…………………...…..……...……….……………..…..63
圖 3.12 磚牆圍束示意圖…………..…………..………………………...……..…..64
圖 3.13 台度磚牆破壞路徑示意圖……………..…………………..…...……..…..64
圖 3.14台度磚牆破壞路徑示意圖………………………………………....…..…..65
圖 3.15台度磚牆模擬方式對照圖…………….…………………………...…..…..65
圖 3.16 SAP 2000集中載重示意圖………………………………………...…..…..66
圖 3.17 SAP 2000均佈載重示意圖………………………………………...…..…..66
圖 3.18 剛隔板……………………….…………………………………......…..…..66
圖 3.19 End Offset示意圖………….………………………...………..…....….…...67
圖 3.20 效應示意圖………….………………………...…………...….…...67
圖 3.21 容量曲線………….…………………………………...…………...….…...67
圖 3.22 自訂hinge之行為圖………….………………………...…………...….…68
圖 4.1 剪力塑鉸設置方式(未考慮軸力影響簡算法B2【V13】)…. ..……......…69
圖 4.2 軸力塑鉸設置方式(牆寬300)……………………………….. ..……......…69
圖 4.3 SAP2000基本模擬模型分析推覆曲線…………………….. ………….......70
圖 4.4 SAP2000基本模擬模型分析破壞機制…………………………………......70
圖 4.5 撓曲塑鉸設置方式(CASE 2柱B2)…………………………………..….....71
圖 4.6 考量Y向1B磚牆影響後所得推覆曲線圖………………… ………….....71
圖 4.7 破壞機制差異示意圖(case1~ case3) ………………………...……....….…72
圖 4.8 撓曲塑鉸設置方式(EUROCODE 8柱B2) ………………………………..73
圖 4.9 塑角性質設定與試驗結果分析比較(推覆曲線)……..….......…...…....73
圖 4.10塑角性質設定與試驗結果分析比較(破壞機制)……..…. …….……...…..74
圖 4.11混凝土剪力強度(Vc)簡、詳算公式推覆曲線差異.…...……..………..…74
圖 4.12混凝土剪力強度(Vc)簡、詳算公式破壞機制差異……..……………..…75
圖 4.13箍筋剪力強度(Vs)修正後推覆曲線差異……………………….…..…..…75
圖 4.14箍筋剪力強度(Vs)修正後破壞機制差異……………….…………..…..…76
圖 4.15梁不同斷面模擬形式推覆曲線差異…...………….….…………….…..…76
圖 4.16梁不同斷面模擬形式破壞機制差異……………….…………...…..…..…77
圖 4.17矩形梁塑鉸去除推覆曲線差異………...................……...…..…77
圖 4.18 T形梁塑鉸去除推覆曲線差異……..…...…………………………...….…78
圖 4.19梁塑鉸設置與否柱體破壞機制差異………………………...……..…..….79
圖 4.20勁度折減推覆曲線比較…………...…...……..…………………….…..….80
圖 4.21 ATC-40梁勁度折減修正後推覆曲線比較…...………………….………..80
圖 4.22 EI值折減破壞機制示意圖…...………………….………………...…...….81
圖 4.23撓曲塑鉸之塑角性質殘餘應力段修正..……….………………...…...…...82
圖 4.24撓曲及剪力塑鉸之塑角性質殘餘應力段修正……….……………….......82
表2.1 空構架試體混凝土鑽心試驗表…………………………...…………..…………..…83
表2.2 空構架試體鋼筋抗拉試驗表…………………………...……………..…………..…84
表2.3 外加載重及模擬質量…………………………...……………………..…………..…84
表2.4 材料性質…………………………...…………..…………………………………..…85
表2.5 空構架試體柱破壞行為模式…………………………...……………..…………..…85
表3.1 不考慮軸力之降伏彎矩及極限彎矩SAP2000計算值…..……………………....…86
表3.2 非良好圍束柱體考慮軸力之降伏彎矩及極限彎矩程式計算值…..……...……..…87
表3.3 鋼筋混凝土柱桿件之非線性分析過程之型式參數與各性能水…..……...……..…88
準中之塑性轉角限制值(rad)
表3.4 鋼筋混凝土柱桿件之 EUROCODE 8塑性轉角計算值……..…..……...……..…89
表3.5 剪力強度詳算法(考慮軸力) …..……...………………………………………..…90
表3.6 剪力強度詳算法(不考慮軸力) …..……...……………………………………..…91
表3.7 剪力強度簡算法(考慮軸力) …..……............................……..…92
表3.8 剪力強度簡算法(不考慮軸力) …..……...……………………………………..…93
表3.9 不考慮軸力混凝土剪力強度簡算法(箍筋剪力強度修正)………………...……..…93
表3.10考慮軸力混凝土剪力強度簡算法(箍筋剪力強度修正)………………………....…94
表3.11 鋼筋混凝土桿件剪力行為之非線性分析過程之型式參數與各…..……...…..…95
性能水準中之塑性轉角限制值(rad)
表3.12 鋼筋混凝土梁桿件之非線性分析過程之型式參數與各性能水………...……..…96
準中之塑性轉角限制值(rad)
表3.13 T型梁斷面尺寸…..……...……..……………………………………………………97
表3.14 構材之剛度折減係數..........................................……..…97
表3.15 台度磚牆等值斜撐之材料性…..……...…………………………………....…97
表4.1 柱塑角性質列表………………...…..……........................……..…98
表4.2 柱塑角性質列表(EUROCODE 8) …..……...………...……………………...…99
表4.3 框架A柱破壞機制模擬研判…..…………………………………………………..100
表4.4 框架B柱破壞機制模擬研判......................................………100
表4.5 框架C柱破壞機制模擬研判…..……...……………………………………………101
表4.6 剪力塑鉸產生柱體峰值點上下彎矩值...………..…………………………………101
表4.7 剪力塑鉸產生柱體峰值點上下彎矩值.………………...…………………….……102
表4.8 框架A柱破壞機制模擬研判..………..…………………………………...……….102
表4.9 框架B柱破壞機制模擬研判…..…..……………………………………...……….103
表4.10 框架C柱破壞機制模擬研判…..…………..………………………..…...……….103
表4.11 現行耐震評估結果(框架A) …..…….……………………………………….……104
表4.12 現行耐震評估結果(框架B).. ..……………..………………………...……….105
表4.13 現行耐震評估結果(框架C) …..…………………….………………...………..106
表4.14 現行耐震評估結果……….. …..………………………………..…...……….106
(1) 蔡益超、陳清泉,「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」,內政部建築研究所(1999)。
(2) Applied Technology Council(ATC), Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Vol.1, ATC 40, Redwood City, CA,1996.。
(3) Kent, D. C. and R. Park,“Flexural Members with Concreted Concrete,” Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, ST7, July 1971, pp. 1969-1990.
(4) Sezen Halil and Jack P.Moehle, “Shear Strength Model for Reinforced Concrete Columns” Journal of the Structural Engineering, ASCE, November 2004,pp. 1692-1702 。
(5) 「結構混凝土設計規範」,內政部營建署(1992)。
(6) 王力行,「非韌性鋼筋混凝土構造建築物之梁柱構件塑鉸性質推算與耐震能力評估」,碩士論文,私立中原土木研究所,桃園(2005)。
(7) 何昱廷,「磚牆建築物之非線性推覆分析及耐震能力探討」,碩士論文,私立中原土木研究所,桃園(2006)。
(8) 彭勝均,「非韌性鋼筋混凝土構造建築物之梁柱構件塑鉸性質推算與驗證」,碩士論文,私立中原土木研究所,桃園(2006)。
(9) 「雲林縣口湖國小校舍現地試驗之材料取樣檢測與結構配筋圖重建」,國立雲林科技大學營建材料檢測中心,雲林(2005)。
(10) CSI, “SAP2000:Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures”, Computers and Structures, Inc., Berkely,California,(1996)
(11) Fradis,M.N.,’Seismic Assessment and Retrofitting of Existing Buildings According to Eurocode 8’,Fifth National Conference on Earthquake Engineering,26-30 May 2003, Istanbul, Turkey,P. 1-30.。
(12) 蘇侯傑,「修正ATC-40 於受損建築物之耐震能力分析」,碩士論文,私立中原,大學土木研究所,桃園 (2003)。
(13) 林炳昌,陳政杰,蕭志民,林志忠,”功能設計法檢核樓房層間變位角時構材EI值之考量”,中原學報,第三十一卷,第一期,民國90年12月,頁7-19。
(14) 黃國彰,「有邊界柱梁之磚牆耐震試驗與等值版牆分析」,國立成功大學建築研究所碩士論文,許茂雄、蔡萬傳教授指導(1995)。
(15) 高健章、陳清泉、蔡益超,「磚牆加強之鋼筋混凝土構架耐震能力試驗研究(二)」,行政院國家科學委員會,防災科技研究報告74-31號,台北(1985)。
(16) 陳俞遠,「磚造翼牆對建築物耐震能力之影響探討」,私立中原大學土木工程學系碩士論文,林炳昌教授指導(2006)。
(17) 陳奕信,「含磚牆RC建築結構之耐震診斷」,國立成力大學建築究所博士論文,許茂雄教授指導(2003)。
(18) 「建築物耐震設計規範及解說」,內政部營建署(2006)。

(19) Yi-Hsuan Tu1, Shyh-Jiann Hwang and Tsung-Chih Chiou,
In-Site Push Over Tests and Seismic Assessment om School
Buildings In Taiwan, 4th International Conference on
Earthquake Engineering Taipei, Taiwan, October 12-13, 2006
Paper No. 147.
(20) 杜怡萱、黃世建、邱聰智,(2006)「校舍結構耐震評估分析與現地試驗驗證」,1906梅山地震百週年紀念研討會,嘉義。
(21) 杜怡萱、黃世建、江文卿,(2006)「台灣典型RC校舍現地試驗與耐震評估分析」,中華民國第八屆結構工程研討會論文摘要集,南投,第342頁。
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