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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉騰嶸
研究生(外文):Teng-Rong Liu
論文名稱:柱軸力對鋼筋混凝土梁柱接頭耐震性能之影響
論文名稱(外文):Effect of Column Axial Load on Seismic Performance of Reinforced Concrete Beam-Column Joints
指導教授:李宏仁李宏仁引用關係
指導教授(外文):Hung-Jen Lee
口試委員:林克強李翼安
口試委員(外文):Ker-Chun LinLi, Yi-An
口試日期:2022-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:營建工程系
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:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:221
中文關鍵詞:梁柱接頭高軸力擴頭鋼筋錨定非線性分析遲滯迴圈剪力強度
外文關鍵詞:beam-column jointshigh axial loadheaded barsnonlinear analysishysteresis loopshear strength
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隨著我國新版「混凝土結構設計規範」(土木401-110)[14]推出,許多設計經驗公式將與以往不同,而軸力因子的考慮也逐漸被規範納入考慮,但目前軸力於設計規範裡對梁柱接頭的影響只有強柱弱梁比,在ACI 318-19[1]規範中如為高軸力須提高接頭圍束箍筋量,但本國規範尚未跟進,所以軸力對梁柱接頭耐震性能之影響,還須更多實驗數據支持與數值分析模型開發。
本研究將會利用前期研究團隊建議之非線性遲滯模型與軟化壓拉桿模型,來開發出能考慮軸力參數之接頭剪力強度衰減模型,並搭配結構分析軟體PERFORM-3D進行非線性分析。本研究接頭分析模型可以分為剛域接頭模型或是等值斜撐接頭模型,等值斜撐接頭將可以考慮接頭為半剛性並設定合宜之等值斜撐非線性鉸,使模型分析可以考慮接頭剪力破壞行為,且在等值斜撐接頭模型與軟化壓拉桿模型的搭配下,提出可以考慮軸力參數的接頭抗剪強度計算公式,並選用共14座內外部梁柱接頭來進行模型之校正,模擬梁柱接頭受軸力影響可能的破壞模式,經由數值模型分析可以發現,提高軸力可以有效的增加接頭抗剪強度且改善破壞模式,而對於有妥善細節設計的梁構件,經由本研究模型分析比對,是可以提高ASCE[19]所建議的梁塑鉸參數,使整體分析模型更加符合實驗結果。
最後為了驗證數值分析模型與釐清軸力對梁柱接頭耐震性能之影響,本研究將設計13座實尺寸卜字形梁柱接頭試體,依照材料等級高低分為三種族群,並施加高軸力0.45A_g f_c^'或低軸力0.1A_g f_c^'進行實驗對照。而13座梁柱接頭試體裡有8座試體會進行軸力比對,探討軸力對接頭抗剪強度的影響與是否可以改善破壞模式,而本研究也將會事先分析與預測13座梁柱接頭試體破壞模式,如實驗數據結果與數值分析模型結果吻合,將可驗證本研究所提出考慮軸力之接頭抗剪強度公式且提供工程界應用與參考。13座梁柱接頭其錨定方式皆採用T頭錨定,目的為測試新版「混凝土結構設計規範」(土木401-110)[14]之擴頭鋼筋規定,如為耐震使用的擴頭鋼筋需放大1.25倍錨定長度是否過於保守。而提高軸力是否會改善其錨定性能,待後續實驗研究成果釐清。

The latest "Code of Design for Concrete Structures" (Civil 401-110)[14] in Taiwan updates many design formulas which differ from the previous ones. The effect of column axial load on design shear strength is considered in beams and columns but except for joints. Also, ACI 318-19 [1] requires joints to increase the amount of hoop reinforcement for high axial load, but Civil 401-110 did not follow up to do so. More test data and numerical analysis are needed to clarify these issues.
This study used the non-linear hysteresis model and the softened strut-and-tie model from the prior research work to develop a joint shear strength degradation model accounting for the effect of column axial load. The non-linear analysis are performed with the structural analysis software PERFORM-3D. In the analysis model, joints can be modeled by a rigid panel or an equivalent diagonal braces. The equivalent diagonal brace model can simulate the joint flexibility with proper equivalent diagonal braces. Therefore, the nonlinear analysis can simulate the possible shear failure of the joints. Fourteen interior and exterior beam-column joint specimens were selected to calibrate the model parameters and investigate the shear strength of the joints under different axial loads. From the numerical analysis, it is concluded that increasing the column axial forces can effectively increase the joint shear strength and may change the failure modes. For well-design frame beams, the analysis demonstrates that the nonlinear hinge parameters given by ASCE [19] can be calibrate to fitting with the experimental results.
Finally, in order to validate the analysis model and to determine the effect of column axial forces on the seismic performance of the beam-column joints, 13 large scale beam-column joint specimens are designed and divided into three groups according to the reinforcement grade, and to be tested under a column axial load of 0.45A_g f_c^' or 0.1A_g f_c^' in the further study. If the test data agree with the proposed model, the prosed shear strength formula could be referred in engineering practice. The 13 beam-column joint specimens used T-headed beams bars for testing the formulas in Civil Engineering 401-110, which requires 1.25 times the development length of headed bars for seismic system may be too conservative. Increasing the column axial forces will improve the bond and anchorage within the joints. This will be demonstrated by subsequent experimental program.

摘要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 x
圖目錄 xii
符號說明 xx
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
第2章 文獻回顧 3
2.1 現行特殊抗彎矩構架接頭設計 3
2.1.1 抗彎矩構架接頭之柱梁計算彎矩強度比 Mr 3
2.1.2 抗彎矩構架接頭剪力強度Vn 4
2.1.3 伸展長度 8
2.1.4 T頭伸展長度 9
2.1.5 接頭圍束箍筋量Ash 12
2.2 高軸力試驗研究回顧 14
2.3 回顧本研究團隊New RC之研究 15
2.4 研究方向 17
第3章 試體參數規劃與設計 19
3.1 試體斷面設計與配筋 19
3.1.1 N系列試體配筋 19
3.1.2 M系列試體配筋 20
3.1.3 H系列試體配筋 21
3.2 設計參數 22
3.2.1 各試體柱梁計算彎矩強度比參數 23
3.2.2 各試體接頭圍束箍筋量參數 23
3.2.3 各試體接頭剪力設計參數 23
3.2.4 各試體T頭錨定參數 24
3.3 試體製作 24
3.4 試體佈設與實驗程序 26
第4章 鋼筋混凝土構架非線性分析-接頭剪力強度係數區間法 27
4.1 參數定義 27
4.1.1 塑鉸參數a、b、c 27
4.1.2 構件勁度 28
4.1.3 超額強度 29
4.2 剛域接頭模型 29
4.3 接頭剪力強度係數區間法-等值斜撐接頭模型 30
4.3.1 等值斜撐接頭模型之力平衡 32
4.3.2 等值斜撐接頭模型之接頭剪應變 34
4.3.3 等值斜撐接頭模型之接頭降伏轉折點 35
4.3.4 接頭剪力強度係數區間法之破壞模式判別與接頭標稱抗剪強度設定 36
4.4 PERFORM 3D軟體概述 40
4.4.1 PERFORM 3D模型建置簡述 40
4.4.2 遲滯迴圈參數設定 41
4.5 模型分析與實驗結果比對 42
4.5.1 剛域接頭模型分析與試驗比對驗證 42
4.5.2 等值斜撐接頭模型分析與試驗比對驗證 42
第5章 鋼筋混凝土構架非線性分析-軟化壓拉桿區間法 44
5.1 軟化壓拉桿區間法 44
5.1.1 軟化壓拉桿區間法-等值斜撐接頭模型 45
5.1.2 軟化壓拉桿區間法-壓拉桿之力分配 46
5.1.3 軟化壓拉桿區間法-彈性拉桿指標公式 47
5.1.4 軟化壓拉桿區間法-開裂軟化係數 48
5.1.5 軟化壓拉桿區間法-拉桿鋼筋貢獻之修正 48
5.1.6 軟化壓拉桿區間法-破壞模式判別與接頭標稱抗剪強度設定 50
5.1.7 軟化壓拉桿區間法-壓桿有效深度探討 51
5.2 模型分析與實驗結果比對 54
5.2.1 軟化壓拉桿區間法模型分析與試驗比對驗證 54
5.2.2 軟化壓拉桿區間法-變動軸力比之剪力強度係數探討 54
5.3 修正接頭剪力強度係數區間法 55
5.3.1 軟化壓拉桿區間法之接頭剪力強度係數上下限之線性回歸 55
5.3.2 線性回歸公式常數方程式簡化 56
5.3.3 梁柱接頭高寬比探討 56
5.3.4 本研究之接頭標稱抗剪強度建議式與接頭標稱抗剪強度設定 57
5.3.5 本研究建議式區間法模型分析與試驗比對驗證 60
5.3.6 改良本研究建議式區間法模型分析與試驗比對驗證 60
第6章 本研究規劃試體之非線性模型分析預測 62
6.1 非線性分析方法 62
6.2 非線性模型分析結果 63
第7章 結論與建議 65
7.1 結論 65
參考文獻 67


[1]ACI Committee 318, "Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19) and Commentary," American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2019 pp.
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[21]黃韋晴, "考慮接頭剪力強度衰減之鋼筋混凝土構架側推分析," 雲林科技大學論文, 2017.
[22]Wael M. Hassan, and Jack P. Moehle,(2018) “Shear Strength of Exterior and Corner Beam-Column Joints without Transverse Reinforcement.” , November 2018
[23]黃琮皓, "高強度鋼筋混凝土預鑄梁柱接合細節與耐震行為研究," 國立雲林科技大學營建工程系, 碩士論文, 雲林縣, 2020, pp.
[24]ACI Committee 374., "Acceptance criteria for moment frames based on structural testing and commentary (ACI 374.1-05)," American Concrete Institute,




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