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研究生:梁文哲
研究生(外文):Wen-ZheLiang
論文名稱:高強度鋼筋及聚丙烯纖維高強度混凝土受高溫後的強度與彈性模數之研究
論文名稱(外文):Study on Strength and Modulus of Elasticity of New RC PP Fiber Concrete and Reinforcement under Elevated Temperature
指導教授:劉光晏劉光晏引用關係
指導教授(外文):Kuang-Yen Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:高強度鋼筋混凝土聚丙烯纖維高溫
外文關鍵詞:New RCPP FiberElevated Temperature
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鋼筋混凝土為現今房屋結構材料之主體,台灣地狹人稠,高樓建築已成為都會區開發的趨勢,然而高層結構物底層之柱須承受相當高的軸向壓力,若使用高強度鋼筋混凝土材料,即能達到提升承載能力、縮小構件斷面尺寸、增加室內使用空間、節省材料用量並降低生產成本等優點。新型高強度鋼筋混凝土構造(New RC)為高強度鋼筋與高強度混凝土的組合,依現行台灣的建築環境,New RC成為改善生活居住品質的優良選項。
高強度混凝土雖可提升建築物整體的承載能力,但因其材料內部緻密性高、空隙少,在遇到高溫火害時,構造物表面可能產生爆裂,導致鋼筋裸露並直接受高溫影響,進而危及結構物安全。而在混凝土中添加聚丙烯纖維(PP Fiber)能夠抑制高溫爆裂的發生,本研究製作兩種強度、四種纖維體積比含量的混凝土圓柱試體,並各別加熱到四種目標溫度,再測量其高溫後之抗壓強度與彈性模數。另準備兩種號數的高強度鋼筋,同樣加熱至高溫後測其降伏強度、拉力強度及彈性模數。
根據實驗數據之統計及整合,本研究建立高強度材料的力學性質與溫度之關係,以供未來建築物耐火性能設計參考之用。
According to ACI, any reinforcing bar with a yield strength greater than 420 MPa is defined as high-strength reinforcing bar, and concrete with a compressive strength of greater than or equal to 55 MPa for 28 days is defined as high-strength concrete. With the development of building materials and environmental needs, engineers gradually increased the strength of materials. The combination of high-strength concrete and high-strength reinforcing bar is “ New RC “. Nowadays, high-rise buildings have gradually become a new trend in metropolitan areas. In light of the fact that column members placed below high-rise constructions bear relatively high vertical loads, the application of New RC with its high strength as well as the design without expanding cross-section of column members not only reduce material usage and costs but also increase interior space in a building. But if high-strength concrete is heated rapidly, it is prone to burst, causes the protective layer to peel off and rebar to expose, even seriously affect the structural safety. Fortunately, adding some polypropylene fibers (PP Fibers) into concrete can reduce the chance of concrete bursting at high temperatures. In order to improve the fire resistance of the material. This thesis want to discuss the mechanical properties of the localized polypropylene high-strength concrete at elevated temperature, including compressive strength, modulus of elasticity and peak strain, and establish compressive stress-strain relationships of the localized polypropylene high-strength concrete at elevated temperature. Also, we want to establish the mechanical relationship of the high-strength reinforcing bar at elevated temperature either.
摘要 i
SUMMARY ii
誌謝 x
目錄 xi
表目錄 xiv
圖目錄 xvi
符號 xxi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 混凝土在高溫中之力學性質 5
2.1.1 Eurocode 2【4】 5
2.1.2 ACI 216.1-07【5】 5
2.1.3 Farhad Aslani and Bijan Samali【6】 6
2.2 鋼筋在高溫中之力學性質 10
2.2.1 Eurocode 2【4】 10
2.2.2 ACI 216.1-07【5】 10
2.2.3 陳舜田、林英傑、楊旻森【15】 10
2.2.4 Hiroyuki Aoyama【16】 11
第三章 實驗計畫 25
3.1 實驗規劃 25
3.2 試體製作 26
3.2.1 熱電偶 26
3.2.2 材料配比與工作性試驗 26
3.2.3 試體澆置與養護 27
3.3 試體磨平及烘乾 28
3.3.1 圓柱試體磨平處理 28
3.3.2 試體內部水分烘乾 29
3.4 高溫火害試驗 29
3.4.1 實驗設備 29
3.4.2 升溫模式與降溫模式 30
3.5 混凝土圓柱試體抗壓強度試驗 30
3.5.1 試驗設備 30
3.5.2 試驗過程 31
3.6 鋼筋抗拉試驗 31
3.6.1 試驗設備 31
3.6.2 試驗過程 32
第四章 高溫後混凝土抗壓試驗結果 57
4.1 纖維含量對力學性質之影響 57
4.1.1 纖維含量與受不同溫度後之抗壓強度的關係 57
4.1.2 纖維含量與受不同溫度後之彈性模數的關係 58
4.1.3 纖維含量與受不同溫度後之峰值應變的關係 58
4.2 溫度對力學性質之影響 59
4.2.1 溫度與添加不同纖維含量之抗壓強度的關係 59
4.2.2 溫度與添加不同纖維含量之彈性模數的關係 60
4.2.3 溫度與添加不同纖維含量之峰值應變的關係 61
4.3 應力應變曲線 62
4.3.1 建立力學性質關係 62
4.3.2 應力應變曲線比較 63
4.4 試體外表變化 64
4.4.1 高溫試驗後之外型變化 64
4.4.2 抗壓試驗之破壞模式 64
4.5 試體內部升溫 65
4.5.1 時間數據 65
第五章 高溫後鋼筋抗拉試驗結果 86
5.1 溫度對力學性質之影響 86
5.1.1 溫度對殘餘降伏強度之影響 86
5.1.2 溫度對殘餘抗拉強度之影響 86
5.1.3 溫度對殘餘抗拉強度與殘餘降伏強度比值之影響 87
5.1.4 溫度對鋼筋殘餘彈性模數之影響 87
5.1.5 鋼筋之應力應變曲線 88
5.2 試體外表變化 88
5.2.1 高溫試驗後之外型變化 88
第六章 結論與建議 98
6.1 結論 98
6.1.1 混凝土 98
6.1.2 鋼筋 99
6.2 建議 99
參考文獻 100
附錄 102
附錄A 高溫後之混凝土試體 102
附錄B 抗壓後之混凝土試體 110
【1】建設省総合技術開發プロジェクト:鉄筋コンクリート造建築物之超軽量化․超 高層化技術の開發(New RC),平成四年度構造性能分科会報告書,(財)国土開發 技術研究センター,1993。
【2】ACI Committee 363R-10, “Report on High-Strength Concrete , American Concrete Institute, 2010.
【3】ACI Committee 318-05, “Building Code Requirements for Structural Concrete , American Concrete Institute, 2004.
【4】European Committee , “Eurocode2:Design of concrete structures – Part1-2:General rules – Structural fire design, EN 1992-1-2, 2004.
【5】ACI Committee 216.1-07, “Code Requirements for Determining Fire Resistance of Concrete and Masonry Construction Assemblies, American Concrete Institute, 2007.
【6】Farhad Aslani and Bijan Samali, “High Strength Polypropylene Fibre Reinforcement Concrete at High Temperature, Fire Technology, 50, 1229–1247, 2014.
【7】Chen B, Liu J, “Residual strength of hybrid-fiber-reinforced high-strength concrete after exposure to high temperatures, Cem Concr Res 34(6):1065–1069, 2004.
【8】Poon CS, Shui ZH, Lam L, “Compressive behavior of fiber reinforced high-performance concrete subjected to elevated temperature, Cem Concr Res 34(12):2215–2222, 2004.
【9】Noumowe A, “Mechanical properties and microstructure of high strength concrete containing polypropylene fibres exposed to temperatures up to 200℃, Cem Concr Res 35:2192–2198, 2005.
【10】Peng GF, Yang WW, Zhao J, Liu YF, Bian SH, Zhao LH, “Explosive spalling and residual mechanical properties of fiber-toughened high-performance concrete subjected to high temperatures, Cem Concr Res 36:723–727, 2006.
【11】Suhaendi SL, Horiguchi T. “Effect of short fibers on residual permeability and mechanical properties of hybrid fibre reinforced high strength concrete after heat exposition. Cem Concr Res 36:1672–1678, 2006.
【12】Behnood A, Ghandehari M, “Comparison of compressive and splitting tensile strength of high-strength concrete with and without polypropylene fibers heated to high temperatures, Fire Saf J 44:1015–1022, 2009.
【13】Pliya P, Beaucour AL, Noumowe´ A, “Contribution of cocktail of polypropylene and steel fibres in improving the behaviour of high strength concrete subjected to high temperature, Constr Build Mater 25(4):1926–1934, 2011.
【14】Xiao J, Falkner H, “On residual strength of high-performance concrete with and without polypropylene fibres at elevated temperatures, Fire Saf J 41:115–121, 2006.
【15】陳舜田、林英俊、楊旻森,「火害後鋼筋混凝土桿件之扭力行為」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告,國立台灣工業技術學院營建工程技術系,台北,1995。
【16】Hiroyuki Aoyama, “Design of Modern Highrise Reinforced Concrete Structures, University of Tokyo, Japan, 2001.
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