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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉星佑
研究生(外文):Hsing-YuYeh
論文名稱:加強磚造翼牆面內開裂強度與剛度之研究
論文名稱(外文):A Study on the Cracking Strength and Stiffness of Confined Masonry Wing-walls under In-plane Loading
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:92
中文關鍵詞:加強磚造翼牆初始開裂強度初始剛度
外文關鍵詞:confined masonrywing-wallscracking strengthinitial stiffness
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台灣中小學典型校舍常為低層加強磚造建築,此類典型校舍為採光及通風需求,常於背側及走廊側設置了許多門窗開口,造成長向壁量較少,為了增加此方向之耐震性,必須仰賴柱與開口部之間的剩餘牆體,一般稱為翼牆。這類磚翼牆只有單側鄰柱,為三邊圍束,且高寬比多大於2,仍可提供相當程度的側向強度,但過去對其強度評估與分析方式卻少有研究。本文即引用七座加強磚造翼牆面內方向側推試體之試驗結果,建立適用於加強磚造磚翼牆之初始開裂強度與初始剛度分析模型。
經試驗結果觀察發現,試體於面內側力施加過程中,柱與牆構成一拉壓桿系統,牆為對角方向之等值壓桿,柱為拉桿。因此,在試體所受總軸力固定之情形下,加強柱承受額外軸拉力,而磚牆則承受額外軸壓力。本文建立磚牆額外軸壓力之估算方式,磚牆之額外軸壓力,可藉由試體底端之拉壓力偶與水平側力所造成固端彎矩之力矩平衡概算而得,並依試驗之實際裂縫型態與柱牆受力情形對此額外軸壓力進行折減。
本文即以此額外軸壓力代入FEMA 356建議於純磚牆之拉裂強度公式,計算磚牆之開裂強度,再依經過折減之磚牆與柱剪力模數與斷面積乘積比例,計算加強柱所對應之剪力,並與ACI加強柱開裂強度之計算結果取小值,作為加強柱之強度貢獻,最後加總柱牆貢獻得加強磚造翼牆之初始開裂強度。由於磚牆之額外軸壓力與所受水平側向力有關,因此,計算磚翼牆之初始開裂強度時,需先假設水平側向力,再以疊代試誤方式計算,直到假設之水平側向力與開裂強度計算結果相符。磚翼牆之初始剛度則依照FEMA 356對填入式磚牆之建議,以對角等值壓桿之概念計算。
本文建立之初始開裂強度與初始剛度模型,經與試驗結果進行比較後,七座試體中有兩座之理論初始開裂強度略為高估,其餘試體皆為低估。理論初始剛度則有三座試體高估試驗值,其餘試體偏為保守。七座試體之分析模型側推曲線與試驗曲線比較結果大致符合,顯示本文分析模型仍屬合理。

Confined masonry is commonly used in the construction of Taiwanese school buildings. Typical schools usually have many openings along the back and corridor side for lighting and ventilation, resulting in the lack of wall along the longitudinal-direction. It is necessary to rely on the remaining walls, so-called “wing-walls”, between openings and columns for enhancing the seismic capacity in this direction. These wing-walls are only confined by three sides, having a slenderness ratio larger than 2.0. There is very little analysis on their capacity under an earthquake load. This paper uses seven wing-wall specimens under in-plane loading to establish the analytical model for their cracking strength and initial stiffness.
The experimental result show that the column and panel act as the tension and compression elements, respectively, forming a strut-and-tie system. It causes the tie-column and the panel to be subjected to additional axial tension and compression when the specimen is laterally loaded. This paper estimates the additional axial force from moment equilibrium and suggests a reduction factor according to the stress distribution between column and panel.
This paper estimates the cracking strength of wing-walls by superposing the contributions from the masonry panels and tie-columns. The additional axial force is applied to the diagonal tension strength proposed in FEMA 356 for unreinforced masonry walls to estimate the cracking strength of masonry panel. Then, the contribution of the column is obtained by a modified ratio of the product of shear modulus and sectional area between the column and the panel. However, the contribution of the column must not exceed the cracking strength proposed by ACI 318. Because the panel’s cracking strength correlates with the additional axial force, the strength is calculated with an interactive procedure. The initial stiffness of confined masonry wing-walls is estimated by using the concept of diagonal compression strut proposed in FEMA 356.
The analytical model was verified with the experimental result. The cracking strength of two specimens were slightly overestimated and the remaining specimens were underestimated. The initial stiffness of three specimens were overestimated and the remaining specimens were underestimated. However, the analytical model showed a good fit when it was compared with the experimental load-displacement curves. In conclusion, the analytical model presented in this thesis is reasonable and applicable.

目 錄

表目錄 IV
圖目錄 V
符號說明 VII

第一章 緒論 1-1
1.1 研究動機與目的 1-1
1.1.1 研究動機 1-1
1.1.2 研究目的 1-2
1.2 文獻回顧 1-2
1.3 研究方法 1-5
1.4 章節概述 1-5
1.5 適用範圍 1-6
第二章 開裂強度分析模型 2-1
2.1 加強磚造磚翼牆試體介紹與試驗結果 2-1
2.1.1 試體介紹 2-1
2.1.2 材料性質 2-4
2.1.3 試驗結果 2-5
2.2 加強磚造翼牆面內受載行為 2-9
2.3 既有強度分析模型簡介與討論 2-16
2.3.1 陳奕信強度分析模型 2-16
2.3.2 FEMA 356建議公式 2-19
2.3.3 ACI規範之RC柱剪力開裂強度公式 2-20
2.3.4 既有分析模型計算結果與討論 2-21
2.4 本文加強磚造翼牆之牆柱原始軸力分配 2-29
2.5 磚牆額外軸壓力計算 2-33
2.5.1 加強磚造翼牆之拉壓桿系統 2-33
2.5.2 額外軸壓力折減因子 2-35
2.5.3 磚牆所受軸壓力 2-42
2.6 本文初始開裂強度分析模型 2-43
第三章 初始剛度分析模型 3-1
3.1 既有初始剛度分析模型簡介與討論 3-1
3.1.1 FEMA 356無邊界柱磚牆剛度公式 3-1
3.1.2 FEMA 356無邊界柱磚牆剛度公式計算結果與討論 3-2
3.2 本文初始剛度分析模型 3-5
3.2.1 對角等值壓桿系統 3-5
3.2.2 本文初始剛度分析公式 3-7
第四章 分析模型與試驗之比對 4-1
4.1 初始開裂強度分析模型與試驗比對結果 4-1
4.2 初始剛度分析模型與試驗比對結果 4-6
4.3 加強磚造翼牆試驗與理論側推曲線之比較 4-7
第五章 結論與建議 5-1
5.1 結論 5-1
5-2 建議 5-3

參考文獻 參-1



表 目 錄

表2.1 加強磚造翼牆簡介 2-3
表2.2 加強磚造磚翼牆各項材料性質表 2-4
表2.3 試體各項試驗結果比較表 2-5
表2.4 依修正陳奕信公式計算之磚翼牆理論初始開裂強度 2-23
表2.5 依FEMA 356公式計算之磚翼牆理論初始開裂強度 2-26
表2.6 依照Drysdale修正係數曲線圖進行取點之結果 2-31
表2.7 柱牆原始軸力之分配結果 2-32
表2.8 本文試體於額外軸壓力計算之彈性模數折減比例 2-38
表2.9 本文試體磚牆之壓力負擔比例係數β 2-41
表2.10 不同牆柱寬比所對應之磚牆壓力負擔比係數β 2-42
表3.1 FEMA 356無邊界柱磚牆剛度公式計算結果 3-2
表3.2 對角等值壓桿面積之計算結果 3-7
表4.1 磚牆之理論初始開裂強度 4-2
表4.2 加強柱之理論開裂強度 4-4
表4.3 加強磚造翼牆之理論初始開裂強度與試驗初始開裂強度比較 4-5
表4.4 理論初始剛度及開裂變位與試驗結果之比較 4-6


圖 目 錄

圖2.1 試驗配置與L型鋼梁架設示意圖(單位:cm)(引用自【10】、【11】) 2-2
圖2.2 試體A之側力-側位移曲線 2-6
圖2.3 試體B之側力-側位移曲線 2-6
圖2.4 試體C之側力-側位移曲線 2-6
圖2.5 試體AC之側力-側位移曲線 2-7
圖2.6 試體BC之側力-側位移曲線 2-7
圖2.7 試體AL之側力-側位移曲線 2-7
圖2.8 試體BS之側力-側位移曲線 2-8
圖2.9 試體A之側力-側位移圖與裂縫圖 2-10
圖2.10 試體B之側力-側位移圖與裂縫圖 2-11
圖2.11 試體C之側力-側位移圖與裂縫圖 2-11
圖2.12 試體AC之側力-側位移圖與裂縫圖 2-12
圖2.13 試體BC之側力-側位移圖與裂縫圖 2-12
圖2.14 試體AL之側力-側位移圖與裂縫圖 2-13
圖2.15 試體BS之側力-側位移圖與裂縫圖 2-13
圖2.16 加強磚造磚翼牆視為等值拉壓桿系統示意圖 2-14
圖2.17 性能曲線示意圖 2-15
圖2.18 磚牆破裂路徑示意圖(引用自【4】) 2-17
圖2.19 陳奕信假設之三邊圍束理論破裂路徑(引用自【4】) 2-22
圖2.20 試體裂縫方向示意圖 2-22
圖2.21 ASTM規定之磚墩砌體示意圖(引用自文獻【13】) 2-30
圖2.22 羅婷頤碩論【10】與林柏成碩論【11】之磚墩尺寸示意圖 2-30
圖2.23 試體柱主筋拉力總和T與側力Q之關係 2-34
圖2.24 額外軸力計算示意圖 2-34
圖2.25 試體之中性軸範圍 2-37
圖2.26 試體之中性軸假設範圍 2-38
圖2.27 計算磚牆壓力負擔比之應力應變示意圖 2-40
圖2.28 不同W/h試體所對應之磚牆壓力負擔比係數β 2-41
圖2.29 初始開裂強度疊代計算流程圖 2-47
圖2.30 發生預先垂直開裂試體之Ws修正方式 2-48
圖3.1 試體A之初始剛度 3-3
圖3.2 試體B之初始剛度 3-3
圖3.3 試體C之初始剛度 3-3
圖3.4 試體AC之初始剛度 3-3
圖3.5 試體BC之初始剛度 3-4
圖3.6 試體AL之初始剛度 3-4
圖3.7 試體BS之初始剛度 3-4
圖3.8 對角等值壓桿系統與頂點A之力平衡圖 3-5
圖4.1 試體A之初始剛度 4-7
圖4.2 試體B之初始剛度 4-7
圖4.3 試體C之初始剛度 4-8
圖4.4 試體AC之初始剛度 4-8
圖4.5 試體BC之初始剛度 4-8
圖4.6 試體AL之初始剛度 4-8
圖4.7 試體BS之初始剛度 4-9
1.內政部建築研究所,『九二一集大地震全面勘災報告─建築物震害調查─』,國家地震工程研究中心,報告編號NCREE-99-054,1999。
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11.林柏成,『加強磚造翼牆面內側向加載試驗與分析』,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2011。
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