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研究生:吳松城
研究生(外文):Sung-Cheng Wu
論文名稱:高強度混凝土充填箱型鋼柱於大軸力下之耐震行為
論文名稱(外文):Seismic Behavior of High Strength Concrete Filled Box Columns under Large Axial Loads
指導教授:周中哲
指導教授(外文):Chung-Che Chou
口試委員:蔡克銓黃世建陳正誠歐昱辰
口試日期:2015-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:176
中文關鍵詞:高強度材料混凝土充填箱型鋼柱高軸力梁柱構件
外文關鍵詞:High strength materialConcrete filled box columnHigh axial load beam-column
相關次數:
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本研究探討混凝土充填高強度箱型鋼柱(CFBC)於大軸力下之耐震行為,主要試驗參數包括寬厚比、軸力大小及斷面配置,共計有六組試體,試驗內容為施加固定軸力並進行反覆側推試驗,方形斷面寬為420、400及280 mm,寬厚比分別為13、20及22 mm,使用高強度SM 570M鋼材(降伏強度420~540 MPa)及高強度混凝土(70 MPa)。研究結果顯示寬厚比增加會小幅降低柱韌性,軸力大小對柱韌性之影響非常顯著,銲接箱型斷面內充填混凝土與否對韌性並無明顯影響,寬翼斷面相較於方形斷面而言韌性較差。
歐洲EC規範及日本AIJ規範對於混凝土充填高強度混凝土充填箱型鋼柱之強度預測較為準確,美國AISC、美國ACI及台灣規範均過於保守;各規範對於高強度鋼柱之強度預測均偏於保守,對於寬厚比較小之試體,預測誤差更大。


The cyclic load behavior of concrete filled high strength box column (high strength CFBC) under large axial load was experimentally investigated. The parameters in the study included the width-to-thickness (b/t) ratio, axial load level and section type. Total six beam-column specimens were tested under constant axial load and increasing cyclic loading. The CFBC specimens were 280 to 420 mm in width and 2000 mm in height. Nominal b/t ratios varied from 11 to 30. All the specimens were made from high strength (SM 570M, 420~540 MPa) steel, and three of them were filled with high strength (70 MPa) concrete. Experimental results indicate that the ductility decrease significantly with an increase in either the axial load level or the b/t ratio of the steel. The ductility does not change significantly whether there is concrete infill in the steel box column.
Eurocode (EC 2004) and Architectural Institute of Japan (AIJ 2010) can give good accuracy in predicting the flexural strength of high strength CFBC. American Institute of Steel Construction –Load and Resistance Factor Design (AISC-LRFD 2010), American Concrete Institute (ACI 2011) and Taiwan Steel Design Code (Taiwan Code) are too conservative in predicting the flexural strength of high strength CFBC. All the design code are a bit too conservative in high strength steel column moment capacity prediction. Especially the steel column with smaller b/t ratio, the error between prediction and actual moment strength become larger.


目錄
誌謝 i
中文摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
照片目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 5
1.4 研究方法 5
第二章 規範介紹與試體設計 6
2.1 設計規範 6
2.1.1 美國AISC-LRFD規範 6
2.1.2 美國ACI規範 9
2.1.3 歐洲EC規範 10
2.1.4 日本AIJ規範 12
2.1.5 台灣鋼結構規範 20
2.2 試體規劃與設計 23
2.2.1 試體斷面規劃 23
2.2.2 基礎設計 24
第三章 試體製作與實驗流程 26
3.1 試體製作 26
3.1.1 鋼柱製造 26
3.1.2 鋼筋混凝土基礎施作 26
3.2 測試系統 27
3.3 量測系統 28
3.3.1 應變計配置 28
3.3.2 影像量測系統(NDI)配置 28
3.3.3 位移計配置 28
3.4 材料性質 29
3.5 實驗流程與載重歷時 29
第四章 實驗結果分析與討論 31
4.1 實驗觀察 31
4.1.1 CFBC系列 31
4.1.2 HBC系列 33
4.1.3 WF 試體 35
4.2 試體整體變形分析與比較 35
4.2.1等效側向力修正 35
4.2.2 遲滯曲線 36
4.2.3 曲率計算及分析 39
4.2.4 韌性 39
4.2.5 能量消散與等效阻尼比 41
4.2.6 鋼骨提供軸力及剪力比例分析 42
4.3 試體強度與規範預測值比較 43
4.4 試體局部反應分析與比較 44
4.4.1 各試體挫屈時間及挫屈量 44
4.4.2 試體間挫屈比較 46
4.4.3 鋼骨軸向應變比較 47
第五章 有限元素分析 50
5.1 前言 50
5.2 材料及接觸模型介紹 50
5.2.1 混凝土模型 50
5.2.2 鋼材塑性模型 53
5.2.3 鋼與混凝土介面接觸模型 53
5.2 模型建置與邊界條件設定 53
5.2.1 模型建置 53
5.2.2 邊界條件設定 54
5.3 模型分析結果與比較 54
5.3.1 HBC-18-40分析結果與比較 54
5.3.2 CFBC-18-40分析結果與比較 54
第六章 結論與建議 56
6.1 結論 56
6.2 建議 57
參考文獻 58
附錄 A 鋼柱設計圖 166
附錄 B 混凝土基礎設計圖 170


參考文獻
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25.日本建築学会,“充填鋼管構造設計”,2012年10月改定
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30.張家彰,「加勁鋼管混凝土柱基礎受力模式分析」,碩士論文,國立中央大學土木工程學系,民國93年


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