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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林武壯
研究生(外文):Wu-juang Lin
論文名稱:低降伏鋼應用於歷史建築清水磚拱修復補強之實驗研究
論文名稱(外文):Seismic Retrofit on Masonry Arch of Historic Buildings with Low-Yield Steel Panels
指導教授:張嘉祥張嘉祥引用關係陳純森陳純森引用關係
指導教授(外文):Ja-Shian ChangChun-sen Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系碩博士班
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:低降伏鋼面內歷史建築補強清水磚拱
外文關鍵詞:Low-yield SteelRetrofitIn-planeBrick archHistoric buildings
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修復時如何妥善維持原建築風貌是文化資產維護保存過程中極為重要之部分,古蹟及歷史建築其文化資產價值隨著歲月增加而增加,但是其結構安全情況卻正好相反,隨著歲月之增長逐漸衰退。若以古蹟及歷史建築保存而言,在不影響古蹟文化風貌之原則下,如何針對與結構安全最密切之牆體採取適當的補強施作,對於整個建築本體之延續以及文化資產之保存,實為不可或缺之一環。
本文的基本推估公式是以近代學者所發展的破壞路徑構想為基礎加以發展,數值分析是使用結構分析軟體(SAP V9.03),補強裝置載重預測是將
其簡化為純對角受拉斜撐模擬,忽略桿件對壓力之貢獻,進行試驗後相關重點結論如下:
1. 磚拱破壞模式:裂縫大致上可分為剪力裂縫與撓曲裂縫;未補強磚拱斜向剪力裂縫發生處為拱心角約63o 處,撓曲水平裂縫發生於開口兩側底部三皮磚位置。
2. 未補強磚拱,其水平極限荷載預測之誤差:推估公式中將磚拱簡化為門形構架,其面內剛度由垂直構材提供,平均誤差在-20~20%之間;結構分析程式中將磚拱以殼元素模擬,平均誤差在-15~10%之間。
3. 磚拱補強後,其水平極限荷載預測之誤差:數值分析程式預測結果誤差約在35~80%之間,推估公式預測結果誤差約在25~40%之間,試驗進行時磚拱與底梁固定處及底梁與反力基座產生微小變形應為誤差來源。
4. 磚拱補強前後,其水平極限荷載的影響:往復加載試體極限荷載下降約12%,單向加載試體極限荷載上升20%,雖然往復加載下載重未見增加,但若以補強效果來看,磚拱整體韌性提高,可避免牆體發生不可修復之裂縫。面內水平加載試驗結果得知補強材降伏時之變位角為3.8/1000,可視裂縫發生之變位角為2.2/1000,未來可進一步改善使補強材降伏時之變位角達到2.2/1000 以前,即可達到預警功能之作用。
It’s most important part that how to maintain the original features on restoration in the process of conserving and protecting cultural assets, the value of monuments and historical buildings increase along with the years increase, but its structure safety situation just opposite, decrease with the years increase. How to adopt suitable reinforcement on walls related with structure safety tight is dispensable to monuments and cultural assets preservation on principle which doesn’t affects the features.
The basic estimated formula is expand according to the cracked path developed by scholar recently, The structure program SAP 2000 V9.03 is used for numerical study, the prediction of retrofit device is simulated by simplifying for pure tension diagonals, which neglect the contribution of compression diagonals, the emphatic conclusion to be as follows after carrying out the experiments:
1. Brick arch failure mode:Cracks are separated into shear and flexural cracks, the shear and flexural crack of un-reinforced brick arch occur in arch angle 63o respectively and at the bottom of 3rd brick walls on both sides of opening.
2. The error of ultimate load prediction of un-reinforced brick arch: brick arch will be simplified to portal frame are used to preliminary estimation, in-plane stiffness which only provides from vertical frame, the average error between -20~20%;Structure program are used to simulate brick arch with shell elements analyzed, the average error between -15%~10%.
3. The error of ultimate load prediction after retrofitting:the error of structure program and preliminary estimation are between respectively 35~80% and 25~40%, the reason of error results from the slight deformation between the fixed beam relation with brick arch and reaction force base.
4. The impact of ultimate load after retrofitting:the ultimate load from cyclically loaded tests decrease by 12%, monotonically loaded tests increase by 20%, although it doesn’t increase in cyclically loaded tests, it enhances ductility of overall walls and avoids non-repairable cracks occurred as the view of retrofitted effectiveness.
The results of in-plane loading test shows that the story drift angle of yield point is 3.8/1000, visible crack is 2.2/1000,it could succeed the function of warning point if adjusting the yield point before the drift angle 2.2/1000 with further improvement of low-yield steel afterward.
表目錄...................................................................................................... IV
圖目錄........................................................................................................V
符號說明.................................................................................................. IX
第一章 緒論...........................................................................................1
1-1 研究動機與目的............................................................................................1
1-1-1 保險絲的概念................................................................................1
1-1-2 本文研究目的................................................................................1
1-2 本文研究方法................................................................................................2
1-3 文獻回顧........................................................................................................3
1-4 本文適用範圍................................................................................................5
第二章 試體及試驗規劃.......................................................................7
2-1 試體規劃........................................................................................................7
2-2 實驗軸壓機制規劃......................................................................................16
2-2-1 軸壓系統......................................................................................16
2-2-2 槓桿及滑輪機制..........................................................................17
2-3 試體製作過程..............................................................................................19
2-3-1 試體砌製......................................................................................19
2-3-2 低降伏鋼及槽鋼補強施作..........................................................22
2-4 試驗裝置......................................................................................................24
2-5 試驗資料與加載模式..................................................................................26
2-5-1 試驗資料......................................................................................26
2-5-2 加載模式......................................................................................28
2-6 試驗流程......................................................................................................29
第三章 試體材料基本性質.................................................................31
3-1 材料性質基本試驗......................................................................................31
3-1-1 紅磚抗壓試驗..............................................................................31
3-1-2 砂漿抗壓試驗..............................................................................32
3-2 紅磚與砂漿介面強度試驗..........................................................................33
3-2-1 紅磚與砂漿介面抗剪試驗..........................................................33
3-2-2 紅磚與砂漿介面抗拉試驗..........................................................34
3-2-3 紅磚與砂漿介面摩擦係數..........................................................35
3-3 補強材料強度試驗......................................................................................37
3-3-1 螺栓與紅磚介面抗拉試驗..........................................................37
3-3-2 低降伏鋼強度試驗......................................................................38
3-3-3 補強裝置試驗..............................................................................40
第四章 未補強清水磚拱面內基本行為.............................................45
4-1 基本假設及分析方法..................................................................................45
4-2 極限載重預測..............................................................................................46
4-2-1 基本性質建立..............................................................................46
4-2-2 破壞路徑推估..............................................................................50
4-2-3 數值分析方法..............................................................................54
4-3 未補強磚拱水平加載試驗..........................................................................61
4-3-1 破壞行為......................................................................................61
4-3-2 載重與變形關係..........................................................................66
4-3-3 軸壓對加載行為影響之比較......................................................75
4-4 與實驗結果比較..........................................................................................82
4-5 討論..............................................................................................................84
第五章 低降伏鋼補強水平加載試驗.................................................85
5-1 補強規劃......................................................................................................85
5-1-1 斜撐桿件推估..............................................................................85
5-1-2 數值分析方法..............................................................................91
5-2 低降伏鋼補強試體W2................................................................................95
5-2-1 破壞行為......................................................................................95
5-2-2 載重與變形關係........................................................................101
5-3 低降伏鋼補強試體W3..............................................................................102
5-3-1 破壞行為....................................................................................102
5-3-2 載重與變形關係........................................................................107
5-4 補強與未補強行為比較(往復水平加載)..................................................108
5-5 不同加載方式之影響................................................................................118
5-6 與實驗結果比較........................................................................................121
5-7 預警式補強設計應用................................................................................124
第六章 結論與建議...........................................................................125
6-1 結論............................................................................................................125
6-2 建議............................................................................................................126
參考文獻.................................................................................................127
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40. 蕭尤菁,"低降伏鋼板剪力牆之耐震行為研究",國立台灣科技大學碩士論文,2008
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