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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡裕璨
研究生(外文):Yu-TsanTsai
論文名稱:剪力摩擦概念應用於RC翼牆及有開口牆剪力強度之研究
論文名稱(外文):Shear Strength of RC Wing Walls and Walls with Openings Based on Shear Friction Concept
指導教授:杜怡萱杜怡萱引用關係
指導教授(外文):Yi-Hsuan Tu
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:157
中文關鍵詞:鋼筋混凝土翼牆有開口牆剪力強度剪力摩擦
外文關鍵詞:Reinforce concretewing-wallwall with openingshear strengthshear friction
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  翼牆為常見之耐震補強構件,有開口牆則常見於RC建築外牆,兩者之共同點為皆非填滿構架之完整牆體。在分析時,目前國內耐震補強實務多將翼牆視為柱加以分析,有開口牆則常忽略不計,或以無開口牆強度依開口率乘上折減係數計之,缺乏較具力學根據之分析方式。
  本研究將一套應用於評估無開口牆側向剪力強度之分析模型―剪力摩擦模型(Shear Friction Model),發展成適用於RC翼牆及有開口牆之剪力強度分析模型,此分析模型之理論來自剪力摩擦概念,計算假設破壞路徑之摩擦力,再透過牆體力平衡關係得到所求之剪力強度。套用於有開口牆時,因開口導致牆體剪應力分佈情況會改變,剪力傳遞路徑亦隨之改變,本文深入探討翼牆及有開口牆之剪力元素和破壞路徑,建議兩種不同之剪力元素決定方式。試體破壞路徑的決定則先探討變動軸力對裂縫角度之影響,與文獻試體實際裂縫角度比較後發現其影響不顯著,故依直接觀察方式建立破壞路徑決定原則。
  本研究以既有文獻之19座無開口牆試體、60座有開口牆試體及19座翼牆試體對分析模型進行驗證,發現分析模型對於翼牆及無開口牆之剪力強度預測準確而略偏保守,但對有開口牆部分則有過於保守之情形,因而提出修正。本文以三種分析模式進行分析,發現有開口牆試體可以垂直、水平鋼筋總和力比值2.5作為分界值,小於2.5以分析模式A2進行計算,大於2.5則改為分析模式B,修正後可明顯減少誤差。本文亦於分析模型中加入撓曲控制之因素,以SPOC程式計算撓曲強度,與剪力強度相比較以判斷試體破壞模式,分析結果發現無開口牆理論與實際破壞模式相符合,均為剪力破壞,有開口牆試體無明顯之誤差,翼牆試體判斷誤差較嚴重,皆為將實際撓曲破壞者認定為剪力破壞,顯示本文分析模型對翼牆進行分析時較為保守,但仍合理可行。

  Wing-walls and walls with openings are both incomplete panel within RC frames. In Taiwan, adding wing-walls is a popular seismic retrofit measure, but the wing-walls are usually modeled as columns but not panels in seismic analysis due to their slenderness. The analysis for walls with openings needs case-by-case consideration. It is too complicated so simplified methods such as reduction factors from the size of openings are usually used instead. These mean that practical models for both wing-walls and walls with openings are needed.
  This research developed an analytical model to estimate the shear strength of RC wing-walls and walls with openings. The analytical model developed from shear-friction concept was originally used for RC shear walls without openings. It calculates the shear strength by simple force equilibrium of the walls with assumed failing path. When it is applied to walls with openings, the failing path must be modified due to the existence of openings. This research proposed the method to determine shear elements and failing paths for wing-walls and walls with openings. Two types of shear element configurations are suggested. The influence of varied axial force on failing path was discussed. However, the comparison with experimental data doesn’t show good result when the varied axial force is considered. Instead, an empirical method is proposed for determining the failing path.
  Experimental result of 19 walls without openings, 60 walls with openings, and 19 wing-walls were used to verify the analytical model. The preliminary comparison with experimental result shows that the analytical model provides good and conservative estimation for the shear strength of wing-walls and walls without openings, but might be too conservative for walls with openings. Therefore, a revision for walls with openings was made from a detailed study on the errors. It is suggested that among the three modes of shear element-failing path combination proposed, mode A2 should be used when Fsv/Fsh ratio is lower than 2.5 and Mode B is used otherwise. The revised model is verified again and shows good result. Failure modes of the specimens were also compared with the analytical ones. The analytical failure mode is determined by the lesser of the analytical shear strength and flexural strength. The comparison shows accurate prediction for the walls without openings, slight error for walls with openings and conservative result for the wing-walls by mistaking flexural failure as shear failure.

表目錄 …………………………………………………………………………… V
圖目錄 …………………………………………………………………………… IX
符號說明 ……………………………………………………………………… XIII

第一章 緒論 ………………………………………………………………… 1
1.1 研究動機及目的 …………………………………………………… 1
1.1.1 研究動機 …………………………………………………… 1
1.1.2 研究目的 …………………………………………………… 2
1.2 文獻回顧 …………………………………………………………… 2
1.2.1 RC有開口牆試體 …………………………………………… 2
1.2.1.1 RC有開口牆之國外文獻 ……………………… 2
1.2.1.2 RC有開口牆之國內文獻 ……………………… 5
1.2.2 RC翼牆試體 ………………………………………………… 6
1.2.2.1 RC翼牆之國外文獻 …………………………… 6
1.2.2.2 RC翼牆之國內文獻 …………………………… 6
1.3 本文研究流程 ……………………………………………………… 7
1.4 適用範圍 …………………………………………………………… 9
1.4.1 有開口牆適用範圍 ………………………………………… 9
1.4.2 翼牆適用範圍 ……………………………………………… 9
1.5 章節概述 …………………………………………………………… 10
第二章 試體蒐集及整理 ……………………………………………………… 11
2.1 試體選取 …………………………………………………………… 11
2.2 試體簡介 …………………………………………………………… 11
2.2.1 有開口牆試體 ……………………………………………… 12
2.2.2 翼牆試體 …………………………………………………… 27
2.3 試體比較 …………………………………………………………… 33
第三章 剪力強度分析模型之建立 ……………………………………………… 39
3.1 剪力摩擦理論簡介 ………………………………………………… 39
3.2 既有分析模型建立 ………………………………………………… 40
3.2.1 假設破壞路徑與力平衡機制 ……………………………… 40
3.2.2 剪力強度公式 ……………………………………………… 42
3.2.2.1 適用高寬比大於1之剪力強度公式 …………… 42
3.2.2.2 適用高寬比小於1之剪力強度公式 …………… 43
3.2.3 摩擦係數與上限控制 ……………………………………… 44
3.2.3.1 摩擦係數 ………………………………………… 44
3.2.3.2 上限控制 ………………………………………… 45
3.3 本文分析模型修正 ………………………………………………… 46
3.3.1 剪力元素之決定 …………………………………………… 46
3.3.2 破壞路徑探討 ……………………………………………… 48
3.3.2.1 試體實際破壞路徑整理 ………………………… 49
3.3.2.2 翼牆試體之理論破壞路徑 ……………………… 52
3.3.2.3 有開口牆試體之理論破壞路徑 ………………… 54
3.3.3 植筋或補強筋之影響 ……………………………………… 73
3.3.4 加入撓曲控制之因素 ……………………………………… 74
第四章 驗證結果及探討 ……………………………………………………… 77
4.1 計算說明 …………………………………………………………… 77
4.2 理論強度與破壞模式之決定方式 ………………………………… 78
4.3 分析模型與試驗結果之比對 ……………………………………… 79
4.3.1 比對方式 …………………………………………………… 79
4.3.2 比對結果 …………………………………………………… 80
4.3.2.1 理論極限強度比對結果 ………………………… 80
4.3.2.2 理論破壞模式比對結果 ………………………… 95
4.4 比對結果之探討 …………………………………………………… 96
4.4.1 翼牆試體 …………………………………………………… 98
4.4.2 有開口牆試體 ……………………………………………… 108
4.4.2.1 分析模式A1 ……………………………………… 108
4.4.2.2 分析模式A2 ……………………………………… 121
4.4.2.3 分析模式B ……………………………………… 134
4.5 分析模型之修正 …………………………………………………… 147
第五章 結論與建議 ………………………………………………………… 153
5.1 結論 ………………………………………………………………… 153
5.2 建議 ………………………………………………………………… 154
參考文獻 ………………………………………………………………………… 155

1.內政部建築研究所,「既有鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊」,內政部建築研究所專題研究計劃成果報告,民國85年。
2.ACI Committee 318, Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-08), American Concrete Institute, Farmington Hills, 2008.
3.Yi-Hsuan Tu & Toshimi Kabeyasawa, “Shear Strength of RC Shear Walls by Shear-Friction Concept, Summaries of the technical papers of annual meeting, Architectural Institite of Japan, pp. 297-298, 2007.
4.加藤大介、村上幸靖,「鉄筋コンクリート造有開口壁の耐力評価に関する研究-(その1)実験概要とX型筋の効果」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 603-604, 1989.10.
5.村上幸靖、加藤大介,「鉄筋コンクリート造有開口壁の耐力評価に関する研究-(その2)最大せん断耐力評価法」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 605-606, 1989.10.
6.壁谷澤寿海、木村匠,「鉄筋コンクリート造開口耐震壁の終局強度-(その3)開口高さが異なる耐震壁の実験」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 607-608, 1989.10.
7.佐藤和英、東浦章、久保哲夫、渡部丹,「高配筋耐震壁の復元力特性に及ぼす開口の影響-(その1)水平加力実験」,日本建築学会構造系論文報告集,第418号,1990.12.
8.熊谷仁志、稲田泰夫、山野边宏治、坂口昇、香田伸次,「高強度コンクリートを用いたRC耐震壁の構造特性」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 611-612, 1990.10.
9.小野正行、徳広育夫,「鉄筋コンクリート造耐震壁の開口の影響による耐力低減率の提案」,日本建築学会構造系論文報告集,第435号,1992.5.
10.小野正行、徳広育夫、倉富和義,「縦長開口を有する鉄筋コンクリート造耐震壁の水平耐力に関する実験的研究」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 385-386, 1992.8.
11.小野正行,「有開口耐震壁の破壊性状におよぼすパラメータの影響」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 283-284, 1994.9.
12.竹原雅夫、望月洵、小野里憲一、飯田正敏,「有開口耐震壁の破壊モードの判別式」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C, 構造II, pp. 285-286, 1994.9.
13.西山拓、小野正行,「開口周比0.4以上の開口壁に関する実験的研究-(その2)面積膨張、水平耐力」,日本建築学会大会学術講演梗概集C-2, 構造IV, pp. 149-150, 1995.8.
14.西山拓、小野正行,「開口周比0.4以上の開口壁に関する実験的研究-(その1.ひび割れ性状、破壊性状、変形性状)」,日本建築学会大会学術講演梗概集 C-2, 構造IV, pp. 147-148, 1995.8.
15.Ӧzgür Anil, Sinan Altin, “An Experimental Study on Reinforced Concrete Partially Infilled Frames, Engineering Structures, Vol. 29, pp. 449-460, 2007.
16.Baek Il Bae, Hyun ki Choi, Chang Sik Choi, “Evaluation of Shear Strength Reduction Ratio of Reinforced Concrete Shearwalls with Openings, Proceedings SB10 Seoul: The International Conference on Sustainable Building Asia, 2010.
17.林草英、陳永克、黃建銘,「含有開口剪力牆之設計及分析」,行政院國家科學委員會,防災科技研究報告73-62號,1985。
18.王進財,「無邊界柱開口鋼筋混凝土剪力牆之耐震行為」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,1990。
19.楊欽富,「含邊界柱開口鋼筋混凝土剪力牆之耐震行為」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,1991。
20.黃世建、陳力平、陳俊宏,「含開口RC牆非韌性構架之耐震行為研究」,國家地震工程研究中心,NCREE-03-010,2003。
21.Toshimi Kabeyasawa, Toshikazu Kabeyasawa, Yousok Kim, Toshinori Kabeyasawa, Kunkuk Bae and Phan Van Quang, “Strength and Deformability of Reinforced Concrete Columns with Wing Walls, Proceedings of the 9th U.S. National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering, No. 813, July, 2010.
22.中村聡宏、勅使川原正臣、井上芳生、太田勤,「鉄筋コンクリート造両側袖壁補強柱のせん断終局強度評価」,日本建築学会構造系論文集,第76巻,第661号,pp. 619-627, 2011.3.
23.黃文駿,「RC翼牆柱試驗與軟化桁架模式分析」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2002。
24.蔡昇芳,「翼牆用於RC構架補強之研究」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2005。
25.洪維良,「預鑄翼牆應用於提升受損及舊有RC構架耐震能力研究」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2006。
26.劉子暐,「簡化推垮分析法驗證之研究」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2008。
27.ASCE-ACI Task Committee 426, “The Shear Strength of Reinforced Concrete Members, Journal of the Structural Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Vol. 99, No. ST6, June, pp. 1091-1187, 1973.
28.Mau S. T., Hsu T. T., Discussion of paper by Walraven J. C., Frenay J., Pruijssers A., “Influence of Concrete Strength and Load History on Shear Friction Capacity of Concrete Members, PCI Journal, Vol. 22, No. 1, pp.166-170, 1988.
29.翁樸文,「鋼筋混凝土短柱受剪破壞之耐震行為曲線研究」,碩士論文,國立台灣科技大學營建工程系,台北,2007。
30.涂耀賢、周逢霖、江文卿,「鋼筋混凝土低型剪力牆幾何性質對剪力強度之影響」,中國土木水利工程學刊,第二十二卷,第一期,2010。

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