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研究生:顧政晏
研究生(外文):Jheng-Yan Gu
論文名稱:具矽酸鈣板外覆材之冷軋型鋼牆體循環載重實驗
論文名稱(外文):Cyclic Shear Test of Steel Wall Frames with Calcium Silicate Board
指導教授:潘吉齡潘吉齡引用關係
指導教授(外文):Chi-Ling Pan
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:循環載重實驗冷軋型鋼牆體
外文關鍵詞:Cyclic Shear TestCold-Formed Stee Wall Frame
相關次數:
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本研究乃針對具矽酸鈣板外覆材之冷軋型鋼牆體進行循環載重實驗,對於牆體在不同厚度( 9 mm與12 mm)的矽酸鈣板外覆材,以不同的加壓方式(循環載重與直剪載重)來進行實驗比較,同時對於牆體的極限強度、延性比、能量吸收、勁度衰退、結構系統過強因子(Ω)、反應修正係數(R)及試體破壞情況進行討論。此外,本研究也對矽酸鈣板進行了彈性模數與剪力模數的實驗及冷軋型鋼鋼材的拉伸實驗,並探討這些材料的性質。
由實驗結果得知,牆體的破壞主要為槽鋼受力變形及底部槽鋼開孔破壞,直剪部分,使用雙根邊立柱的極限強度、勁度、R值都會比單根邊立柱來的高,外覆材厚度越厚所能承受的力量越高,勁度衰退也會比較慢,結構系統過強因子(Ω值)的建議值為1.5,反應修正係數(R值)的建議值2.5。
This research is concentrated on the cold-formed steel wall frame sheathed with calcium silicate board under cyclic loads. Two different thicknesses of sheathing, 9 mm and 12 mm, and two types of shear load, monotonic and cyclic loading conditions, were used in the experimental study. The ultimate strength, ductility ratio, energy absorption, stiffness dissipation, overstrength factor (Ω), response modification factor (R), and failure mode for each individual specimen were discussed in this study. In addition, the material properties, such as elastic modulus of steel, as well as elastic modulus and shear modulus of calcium silicate board were also investigated in order to provide relative parameters for the analysis of wall strength.

It was observed that most specimens reached the ultimate until the bottom track was pulled out from anchor bolts due to the uplift force during the test. For the specimens under the monotonic shear load, the ultimate strength, stiffness, and R value of the wall specimens with double end studs are much greater than those with only one single end stud. It is also found from the tests that the specimen sheathed with thicker board has higher ultimate strength. The overstrength factor of 1.5 and response modification factor of 2.5 were proposed for the cold-formed steel wall sheathed with calcium silicate board.
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究內容 2
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 相關牆體剪力研究 5
2.2參數定義 14
2.2.1勁度 14
2.2.2能量消散 17
2.2.3延性比 17
2.2.4勁度衰退 22
2.2.5遲滯迴圈與包絡線 23
2.2.6 韌性容量 25
2.2.7 結構系統過強因子Ω 30
第三章 實驗配置及說明 32
3.1前置作業 32
3.1.1試體規格 32
3.2 牆體配置 36
3.3 試體編號 39
3.4 材料性質 47
3.4.1 冷軋型鋼拉伸試驗 47
3.4.2 外覆材(矽酸鈣板)彈性模數試驗 50
3.4.2 外覆材(矽酸鈣板)剪力模數試驗 55
3.5 冷軋型鋼牆體組裝 59
3.6 實驗配置與架設 60
3.7 實驗加載速度及資料擷取 63
第四章 實驗結果與分析 67
4.1 實驗結果 67
4.1.1 試體破壞情形 67
4.1.2 儀器階段性調整 77
4.1.3試體力與位移圖 82
4.1.4試體水平與垂直位移圖 95
4.2實驗分析 101
4.2.1勁度 101
4.2.2延性比 104
4.2.3能量吸收 105
4.2.4勁度衰退 112
4.2.5 結構系統過強因子 117
4.2.6 韌性容量 118
第五章 結論與建議 121
5.1結論與建議 121
5.2 後續發展及研究 123
參考文獻 124



圖目錄
圖2-1 Yu-Fei Wu的實驗試體【7】 6
圖2-2 Yu-Fei Wu的實驗儀器【7】 7
圖2-3 Yu-Fei Wu的實驗加載方式【7】 7
圖2-4 Yu-Fei Wu試體的勁度衰減曲線比較【7】 8
圖2-5  O.C. Celik、J.W. Berman與M. Bruneau的實驗試體【8】 9
圖2-6  O.C. Celik、J.W. Berman與M. Bruneau的實驗儀器【8】 9
圖2-7  O.C. Celik、J.W. Berman與M. Bruneau的試體累積能量消散 比較【8】 10
圖2-8 L.A. Fulop 與 D. Dubina的實驗試體【9】 11
圖2-9 L.A. Fulop 與 D. Dubina的實驗儀器【9】 11
圖2-10 Y.S. Tian、J. Wang與T.J. Lu的實驗試體【10】 12
圖2-11 E.F. Gad的實驗試體及儀器【12】 13
圖2-12 E.F. Gad的勁度數據【12】 14
圖2-13 ECCS勁度法示意圖 15
圖2-14 AISI 1996勁度示意圖 16
圖2-15 Oguz C.等能量消散實驗數據圖 17
圖2-16 脆性與延性結構變型破壞圖 18
圖2-17 結構的降伏變形與最大容許變形 19
圖2-18 ECCS之延性比示意圖 21
圖2-19 延性之定義 22
圖2-20 勁度衰減示意圖 24
圖2-21 遲滯迴圈示意圖【7】 24
圖2-22 包絡線示意圖【7】 25
圖2-23 AISI結構系統過強因子設計方法 31
圖3-1 冷軋型鋼鋼材斷面積 37
圖3-2 純框架試體 38
圖3-3 貼附外覆材之試體 38
圖3-4 半尺寸框架自攻螺絲接合位置 39
圖3-5 試體編號說明 40
圖3-6 試體種類 46
圖3-7 材料實驗片規格 48
(a) 試片一 48
(b) 試片二 49
(c) 試片三 49
圖3-8 拉伸試驗支應力-應變曲線圖 49
圖3-9 ASTM點彎曲試驗試體圖 51
圖3-10 小型結構實驗組 52
圖3-11 外覆材彈性模數實驗力與變位圖( 9 mm 矽酸鈣板) 54
圖3-12 外覆材彈性模數實驗力與變位圖( 12 mm 矽酸鈣板) 54
圖3-13 剪力實驗組裝示意圖 57
圖3-14 外覆材剪力模數實驗力與變位圖 ( 9 mm 矽酸鈣板) 58
圖3-15 外覆材剪力模數實驗力與變位圖 ( 12 mm 矽酸鈣板) 58
圖3-16 外覆材剪力模數9 mm 線性迴歸分析 59
圖3-17 外覆材剪力模數12 mm 線性迴歸分析 59
圖3-18 MTS與試體儀器及牆體示意圖 61
圖3-19 ASTM method A循環位移圖 65
圖3-20 ASTM method B循環位移圖 65
圖3-21 ASTM method C循環位移圖 66
圖4-1 試體下方受到彎矩力示意圖 69
圖4-2 槽鋼外擴(FC-C12-HO-1) 69
圖4-3 槽鋼撕裂 (FC-C09-HT-2) 70
圖4-4 外覆材拔出(FM-C09-HO-1) 71
圖4-5 自攻螺絲孔變形(FM-C09-HT-1) 71
圖4-6 試體前端抬升(FM-C09-HO-1) 72
圖4-7 試體尾端擠壓(FM-C09-HT-1) 73
圖4-8 試體底部外覆材破裂(FM-C09-HO-1前端) 73
圖4-9 自攻螺絲拔出(FC-C12-HO-1前端) 74
圖4-10 自攻螺絲剪力破壞(FM-C12-HO-1前端) 75
圖4-11 槽鋼開孔撕裂破壞(FC-C12-HO-1前端) 76
圖4-12 槽鋼開孔破壞(FC-C09-HT-2尾端) 76
圖4-13 階段一實驗示意圖 78
圖4-14 階段一實驗示意圖 79
圖4-15 鋼樑彎曲(FM-C09-HT-1) 79
圖4-16 階段二實驗示意圖 80
圖4-17 階段二實驗圖 80
圖4-18 階段三實驗示意圖 81
圖4-19 階段三實驗圖 81
圖4-20 直剪加載試體力與位移圖MTS原始圖 83
圖4-21 直剪加載試體力與位移圖資料擷取器原始圖 錯誤! 尚未定義書籤。
圖4-22 直剪加載試體力與位移圖 84
圖4-23 本次實驗框架圖 86
圖4-24 施志銘實驗框架圖 86
圖4-24 FC-C09-HO-1試體遲滯迴圈圖 88
圖4-25 FC-C09-HO-1試體包絡線圖 88
圖4-26 FC-C09-HO-2試體遲滯迴圈圖 89
圖4-27 FC-C09-HO-2試體包絡線圖 89
圖4-28 FC-C12-HO-1試體遲滯迴圈圖 90
圖4-29 FC-C12-HO-1試體包絡線圖 90
圖4-30 FC-C12-HO-2試體遲滯迴圈圖 91
圖4-31 FC-C12-HO-2試體包絡線圖 91
圖4-32 FC-C09-HT-1試體遲滯迴圈圖 92
圖4-33 FC-C09-HT-1試體包絡線圖 92
圖4-34 FC-C09-HT-2試體遲滯迴圈圖 93
圖4-35 FC-C09-HT-1試體包絡線圖 93
圖4-36 所有循環加載試體包絡線圖 94
圖4-37 直剪加載系列試體水平與垂直位移圖 96
圖4-38 FC-C09-HO-1 前端垂直位移圖 97
圖4-39 FC-C09-HO-1 後端垂直位移圖 97
圖4-40 FC-C09-HO-2 前端垂直位移圖 98
圖4-41 FC-C09-HO-2 後端垂直位移圖 98
圖4-42 FC-C12-HO-1 前端垂直位移圖 98
圖4-43 FC-C12-HO-1 後端垂直位移圖 99
圖4-44 FC-C12-HO-2 前端垂直位移圖 99
圖4-45 FC-C12-HO-2 後端垂直位移圖 99
圖4-46 FC-C09-HT-1 前端垂直位移圖 100
圖4-47 FC-C09-HT-1 後端垂直位移圖 100
圖4-48 FC-C09-HT-2 前端垂直位移圖 100
圖4-49 FC-C09-HT-2 後端垂直位移圖 101
圖4-50 ECCS與AISI勁度比較 103
圖4-51 單、雙立柱ECCS與AISI勁度比較 104
圖4-52 FM-C09-HO-1 能量吸收 107
圖4-53 FC-C09-HO-1 能量吸收 108
圖4-54 FC-C09-HO-2 能量吸收 108
圖4-55 FM-C12-HO-1 能量吸收 109
圖4-56 FC-C12-HO-1 能量吸收 109
圖4-57 FC-C12-HO-2 能量吸收 110
圖4-58 FM-C09-HT-1 能量吸收 110
圖4-59 FC-C09-HT-1 能量吸收 111
圖4-60 FC-C09-HT-2 能量吸收 111
圖4-61 全部試體能量吸收 112
圖4-62 FM-C09-HO-1 勁度衰退圖 114
圖4-63 FC-C09-HO-1 勁度衰退圖 114
圖4-64 FC-C09-HO-2 勁度衰退圖 114
圖4-65 FM-C12-HO-1 勁度衰退圖 115
圖4-66 FC-C12-HO-1 勁度衰退圖 115
圖4-67 FC-C12-HO-2 勁度衰退圖 115
圖4-68 FM-C09-HT-1 勁度衰退圖 116
圖4-69 FC-C09-HT-1 勁度衰退圖 116
圖4-70 FC-C09-HT-2 勁度衰退圖 116
圖4-71 全部試體勁度衰退圖 117



表目錄
表2-1國內建築物耐震設計及規範【3】 29
表2-2 AISI 北美標準冷軋型鋼結構側向設計【15】與IBC2000規範【14】 29
表3-1 CNS6183-G3211鋼材機械性質表【16】 32
表3-2 CNS 13777-A2266 矽酸鈣板之性能【17】 33
表3-3 AISI自攻螺絲號數與直徑【4】 35
表3-4 框架FM-C09-HO-1各構材實際尺寸 40
表3-5 框架FC-C09-HO-1各構材實際尺寸 41
表3-6 框架FC-C09-HO-2各構材實際尺寸 41
表3-7 框架FM-C09-HT-1各構材實際尺寸 42
表3-8 框架FC-C09-HT-1各構材實際尺寸 42
表3-9 框架FC-C09-HT-2各構材實際尺寸 43
表3-10 框架FM-C12-HO-1各構材實際尺寸 43
表3-11 框架FC-C12-HO-1各構材實際尺寸 44
表3-12 框架FC-C12-HO-2各構材實際尺寸 44
表3-13 框架FM-C12-HT-1各構材實際尺寸 45
表3-14 框架FC-C12-HT-1各構材實際尺寸 45
表3-15 框架FC-C12-HT-2各構材實際尺寸 46
表 3-16試驗拉伸所得結果 49
表3-17 ASTM外覆材建議切割試體長度 51
表3-18外覆材彈性模數 53
表3-19 外覆材在各實驗點的位移 53
表3-20彈性模數實驗各實驗點版材E值 55
表3-21外覆材剪力模數 57
表4-1 試體破壞情況 68
表4-2 極限強度和極限位移 85
表4-3與施志銘【20】、陳柏佑實驗數據比較 85
表4-4 極限強度和極限位移 94
表4-5各試體極限強度與極限位移比較 95
表4-6 ECCS勁度計算 102
表4-7 AISI勁度計算 103
表4-8 ECCS延性比 105
表4-9能量吸收 106
表4-10勁度衰減 113
表4-11 各試體結構系統過強因子(Ω值) 118
表4-12 各試體R值 119
表4-13 單、雙根立柱實驗之R值與規範之R值比較 120
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