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研究生:王紫綺
研究生(外文):Tzu-ChiWang
論文名稱:台灣傳統疊斗式木構造點金柱柱頭斗的水平面旋轉行為與加固
論文名稱(外文):Rotational behaviour and retrofit for the Column-Dou connections on the columns in Taiwanese traditional Dieh-Dou timber frames.
指導教授:葉玉祥葉玉祥引用關係
指導教授(外文):Yu-Hsiang Yeh
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:旋轉行為加固柱頭斗疊斗式木構造靜態足尺實驗
外文關鍵詞:Rotational behaviourRetrofitColumn-DouDieh-Dou timber structures
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本研究主要探討台灣傳統疊斗式木構造點金柱柱頭接點的構造形式、力學行為與破壞模式,透過案例調查與匠師訪談歸納出柱頭接點的構造形式及構件尺寸,並透過靜態足尺實驗,分析柱頭接點在不同型態參數的影響之下,其試體的水平面旋轉行為,以進一步探討柱頭接點之旋轉勁度、極限彎矩、破壞模式等結構特性。後續再針對試體損壞的部位進行臨時加固,經由再次的實驗結果來觀察並探討補強後的結構特性與效益。研究目的為提供後續接點結構性能的評估依據,以及透過加固後的試驗分析,可供未來在實務層面上,臨時補強工法的參考價值。
傳統疊斗式木構造為台灣重要的文化資產,在廟宇、宗祠、書院等重要的古蹟建築多可見疊斗式棟架,其結構系統及構造形式均為台灣傳統建築中相當重要的一部分。台灣是位處於地震帶的國家,建築物對於地震的損壞與其耐震性能均須有完整的研究系統。為建立出較完善的修復評估機制,清楚地瞭解木構造建築各構件及接點的力學行為是不可或缺的。
研究對象為點金柱柱頭接點,且以柱頭處有獨立柱頭斗的形式為主。柱頭斗上方的槽孔需同時承接兩向的水平構件,分別為面內方向的「束」與面外方向的「桁引」與「楹」。由此可知,柱頭接點除須承載屋頂重量並將其傳遞至地面,當棟架受地震力影響時,柱頭接點亦需同時承受兩向的水平力,為確保力能有效的傳遞,深入探討柱頭接點的結構特性為當務之急。
藉由足尺的靜態實驗來探討柱頭接點的水平面旋轉行為,每階段實驗共有八組試體,設定的參數有兩個,其一為柱頭斗的木紋方向,分為三向(X、Y、Z向);其二則為柱頭斗的槽孔深度,分別有6公分(1/2)及9公分(2/3)兩種形式。在第一階段的試驗中,主要是探討這八組試體受水平面作用力後的結構特性與破壞模式。接著在第二階段的試驗裡,針對第一階段受破壞的八組試體做臨時加固的補強處理,本研究於此階段均利用自攻螺絲來進行補強,方式共有三種分別為:[RP]剪力加固,[RI]拉拔-彎矩加固,[RI’]拉拔-彎矩與裂縫加固。加固補強完成後的八組試體再次進行相同的實驗,最後將兩個階段的結果予以分析比較,探討不同方法的補強效益與結構行為。
第一階段的實驗結果顯示,八組試體的損壞模式均發生在柱頭斗與柱的相對旋轉,造成斗底的榫頭剪壞,以及柱榫孔的擠壓變形。柱頭接點的結構強度受槽孔深度影響較大,反之,受到木紋方向的影響較小。
第二階段,藉由自攻螺絲加固後的試驗結果發現,大部分的試體其破壞模式仍發生於柱頭斗與柱的相對旋轉,但損壞方式與結構特性略有不同。其中,「剪力加固」的方式是螺絲被剪壞造成其彎曲變形,且剪力加固的兩組試體結構強度均比第一階段的試驗降低許多,惟其塑性段變形相對平穩,因而不易造成脆性的破壞發生。而利用「拉拔-彎矩加固」及「拉拔-彎矩與裂縫加固」的方式,整體的結構特性都有顯著的提升,其破壞多是因為螺絲無法抵抗水平彎矩而造成螺絲被拔出的情形。然而,當中兩組使用「拉拔-彎矩加固」方式的試體,破壞模式由原本的柱頭斗旋轉分別變成斗耳的剪壞與槽孔下方沿纖維方向的劈裂,由此可初步歸結,在柱與柱頭斗的連接面受到水平彎矩的作用下,利用自攻螺絲進行的「拉拔-彎矩加固」工法是甚為可靠的加固方式。
The research is mainly focused on the constructional profiles, rotational behaviours and failure modes of the column cap joints in the traditional Dieh-Dou timber structures in Taiwan. By case study and craftsman interview, this research categorises the constructional layouts of the column cap joints and the dimensions of associated components. The full-scale static rational experiment is intended for analysing the horizontal rotational behaviour of column cap joint. The rotational stiffness, ultimate moment and failure modes are investigated. According to the failure modes of the joints, this research figures out three ways of reinforcement, which is intended for contemporary retrofit. Then, the rotational test is carried out again to estimate the structural characteristics of the retrofitting strategies. The reinforcing efficiency is quantified and compared and the consequence is discussed. The results contribute to establish the basis for the assessment of the structural properties of the column cap joint and to provide a reference value for the temporary reinforcement of workmanship in the future at the practical level.
摘要 I
誌謝 VII
目錄 VIII
圖目錄 X
表目錄 XIII
照片目錄 XIV
第1章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究範圍 3
1-4 研究方法與流程 6
1-5 研究貢獻 8
第2章 文獻回顧 9
2-1 疊斗式木構造之斗的介紹 9
2-2 疊斗式木構造柱頭的接點形式 10
2-3 疊斗式木構造之力學行為 11
2-4 疊斗式木構造柱頭的破壞模式 15
2-5 木構造接點的補強方式 17
2-6 小結 19
第3章 台灣疊斗式木構造柱頭斗之足尺實驗規劃 21
3-1 疊斗式木構造柱頭斗之構造調 21
3-1-1 台灣疊斗式木構造之案例調查 21
3-1-2 匠師訪談 27
3-2 試體規劃 29
3-2-1 第一階段試體的參數設定 30
3-2-2 第二階段試體的加固方法 32
3-2-3 構件尺寸規劃 35
3-2-4 試體製作 39
3-3 實驗架設計 43
第4章 台灣疊斗式木構造柱頭斗足尺實驗結果與分析 47
4-1 第一階段接點的破壞模式與實驗結果 47
4-1-1 槽孔深度對旋轉行為的影響 48
4-1-2 木紋方向對旋轉行為的影響 54
4-2 第二階段加固後的實驗結果 57
4-2-1 剪力加固 58
4-2-2 拉拔-彎矩加固 61
4-2-3 拉拔-彎矩與裂縫加固 66
4-2-4 加固前後力學行為之比較 71
4-3 小結 72
第5章 結語 74
5-1 結論 74
5-2 建議 76
參考文獻 77
附錄A 79
附錄B 85
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