臺灣博碩士論文加值系統

本研究藉由一系列大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁試驗，以探討其在受彎矩及剪力時之力學行為。試體之設計參數有鋼骨與RC之合成狀態、鋼骨翼板或腹板加設剪力釘以及翼寬比（bf/B）等，主要用以探討美國ACI規範之「應變相合法」及日本AIJ-SRC規範之「強度疊加法」用於計算SRC梁極限抗彎強度之合理性及SRC梁受剪力之下破壞模式。此外，本研究並探討剪力釘對SRC梁撓曲行為及繫拱行為（Tie-Arch Action）之影響。
在抗彎力學特性方面，本研究根據實驗觀察比較SRC梁與普通RC梁從彈性階段、勁度開始軟化到破壞時之載重-位移關係，並以詳細之應變計資料說明二者力學行為之差異性。在抗剪力學特性方面，試驗結果顯示SRC梁可能由於過大之翼寬比導致鋼骨翼板與混凝土介面發生剪力握裹破壞（Shear Bond Failure），導致SRC梁無法達到預期之極限強度。但研究結果亦顯示在鋼骨翼板加銲剪力釘可以減少SRC梁壓力緣混凝土的開裂現象，而有助於避免SRC梁發生剪力握裹破壞。在短梁方面，由於繫拱現象與撓曲行為不同，實驗結果顯示SRC短梁中鋼骨翼板上之剪力釘並無傳遞撓曲行為所需之水平剪力之功能，故加銲剪力釘無法增加SRC短梁之極限強度，但研究顯示在翼板或腹板加銲剪力釘後有助於提高SRC短梁之韌性。本研究之實驗結果有助於深入瞭解SRC梁之抗彎與抗剪強度及其力學行為，對於後續之相關研究與SRC梁之強度預測方法之發展等方面具有正面之參考價值。

A series large-scale steel reinforced concrete（SRC）specimens were tested with vertical monotonic load to study mechanical behavior of SRC beams. The suitability of the design approaches used in the ACI-318 code (1995) and the AIJ-SRC code (1987) are investigated. Major variables studied include the composite action between steel and RC and the flange width ratio（bf/B）. In addition, the influence of shear stud on flexural behavior and tie-arch action of SRC beam is also discussed.
This study compares the differences of the strain distribution and the load- displacement relationship between SRC and RC beams according to the data recorded from the tests. Experimental results indicate that the use of shear stud has little improvement on the ultimate flexural strength, but it is helpful for avoiding shear bond failure. Test results also reveal that using of shear stud on the steel flange of SRC short beam has little improvement on the ultimate shear strength. This in mainly because the shear capacity of SRC short beam is controlled by the tie-arch action. However, the application of shear stud on the steel flange or web is found to be helpful for improving the ductility of SRC short beams.

鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁抗彎
及抗剪試驗與力學行為研究
頁數
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
致謝Ⅲ
目錄Ⅳ
表目錄Ⅴ
圖目錄Ⅵ
照片目錄Ⅶ
第一部份
鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁抗彎試驗與力學特性
中文摘要1-1
英文摘要1-2
一、前言1-3
二、設計規範1-4
2.1美國ACI-318設計規範1-4
2.2美國AISC-LRFD設計規範1-4
2.3日本AIJ-SRC設計規範1-5
2.4國內「鋼骨鋼筋混凝土構造（SRC）設計規範草案」1-7
三、SRC梁試體與實驗裝置1-8
3.1試體製作1-8
3.2實驗裝置1-9
四、SRC梁之撓曲破壞行為1-9
4.1RC梁與SRC梁撓曲破壞之比較1-9
4.2SRC梁之載重-位移曲線1-11
4.2.1RC梁之載重-位移曲線1-11
4.2.2SRC梁之載重-位移曲線1-12
4.2.3SRC梁載重-位移曲線上之塑性變形起始點1-13
4.2.4塑性變形起始點之力學行為1-14
4.3合成作用對SRC梁行為之影響1-14
五、SRC梁之抗彎強度1-15
5.1ACI規範預測值與實驗結果比較1-15
5.2AISC-LRFD規範預測值與實驗結果比較1-16
5.3AIJ-SRC規範預測值與實驗結果比較1-17
5.4國內「鋼骨鋼筋混凝土構造（SRC）設計規範草案」
預測值與實驗結果比較1-18
5.5合成作用對抗彎強度之影響1-19
5.6SRC梁之中性軸1-20
六、SRC梁之韌性1-20
6.1SRC梁與RC梁韌性之比較1-21
6.2合成作用對韌性之影響1-21
七、結論1-22
參考文獻1-25
表1-27
圖1-31
照片1-49
第二部份
包覆型SRC梁剪力握裹破壞試驗與力學行為研究
中文摘要2-1
英文摘要2-2
一、前言2-3
二、設計規範2-4
2.1日本AIJ-SRC規範 - 抗剪強度之計算2-4
2.2日本AIJ-SRC規範 - 抗彎強度之計算2-6
三、SRC梁試體與實驗裝置2-7
3.1試體製作2-7
3.2實驗裝置2-9
四、SRC梁破壞行為模式2-9
4.1彎矩破壞之SRC梁2-9
4.2剪力握裹破壞之SRC梁2-10
4.3彎矩破壞與剪力握裹破壞SRC梁行為比較2-11
五、SRC梁之抗彎與抗剪強度2-12
5.1SRC梁之極限抗彎強度2-12
5.2SRC梁之剪力握裹破壞強度2-13
六、結論2-15
參考文獻2-17
表2-18
圖2-23
照片2-32
第三部份
剪力釘對包覆型SRC梁力學行為之影響
中文摘要3-1
英文摘要3-2
一、前言3-3
二、文獻回顧3-3
三、SRC梁試體與實驗裝置3-4
3.1參數規劃與試體製作3-4
3.2實驗裝置3-6
四、SRC長梁之試驗行為3-7
4.1SRC梁之破壞行為3-7
4.2剪力釘對SRC梁強度之影響3-8
4.2.1剪力釘對剪力握裹破壞強度之影響3-8
4.2.2剪力釘對撓曲破壞強度之影響3-10
五、SRC短梁之試驗行為3-10
5.1SRC短梁之繫拱行為3-10
5.2剪力釘對SRC短梁繫拱行為之影響3-12
5.3SRC短梁之韌性3-13
六、結論3-14
參考文獻3-16
表3-18
圖3-21
照片3-31
表目錄
頁數
第一部份
鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁抗彎試驗與力學特性
表一試體尺寸及材料強度1-27
表二SRC梁試驗強度與規範預測值之比較1-28
表三RC梁與SRC梁試體之位移韌性指數1-30
第二部份
包覆型SRC梁剪力握裹破壞試驗與力學行為研究
表一SRC梁試體尺寸及材料強度2-18
表二SRC梁試體抗彎強度比較2-19
表三剪力握裹破壞之SRC梁試驗值與AIJ預測值之比較:抗剪強度方面2-20
表四剪力握裹破壞之SRC梁試驗值與AIJ預測值之比較:抗彎強度方面2-21
表五AIJ-SRC規範預測SRC梁之剪力強度及破壞模式2-22
第三部份
剪力釘對包覆型SRC梁力學行為之影響
表一試體尺寸及材料強度3-18
表二SRC長梁（B系列）試體抗彎強度比較3-19
表三SRC短梁（D系列）試體之位移韌性指數3-20
圖目錄
頁數
第一部份
鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁抗彎試驗與力學特性
圖一試體斷面尺寸資料1-31
圖二SRC梁試體鋼骨與鋼筋配置圖1-32
圖三測計及實驗配置圖1-33
圖四RC梁（B1-RC）載重過程裂縫之發展1-34
圖五SRC梁（B4-SRC-N）載重過程裂縫之發展1-35
圖六五組試體中點之載重-位移關係曲線圖1-36
圖七典型之RC梁及SRC梁載重-位移曲線1-37
圖八B1 RC梁載重-位移曲線與拉力筋降伏載重點關係1-38
圖九B1 RC梁在不同載重下之斷面應變分佈及中性軸變化情況1-39
圖十四組SRC梁載重-位移曲線與塑性變形起始點關係1-40
圖十一B5 SRC梁不同載重下之斷面應變分佈及中性軸變化情況1-41
圖十二B2 SRC梁在不同載重下之斷面應變分佈1-42
圖十三B3 SRC梁在不同載重下之斷面應變分佈1-43
圖十四B4 SRC梁在不同載重下之斷面應變分佈1-44
圖十五B5 SRC梁在不同載重下之斷面應變分佈1-45
圖十六AIJ-SRC規範之一般化疊加法對SRC梁極限抗彎強度之計算1-46
圖十七AIJ-SRC規範一般化疊加法之向量疊加觀念1-47
圖十八位移韌性指數 定義1-48
第二部份
包覆型SRC梁剪力握裹破壞試驗與力學行為研究
圖一SRC梁試體斷面尺寸資料
（bf =200mm 系列，翼寬比bf / B=0.67）2-23
圖二SRC梁試體斷面尺寸資料
（bf =150mm 系列，翼寬比bf / B=0.5） 2-24
圖三SRC梁試體鋼骨與鋼筋配置圖2-25
圖四測計及實驗配置圖2-26
圖五典型之SRC梁載重-位移曲線示意圖2-27
圖六試驗之載重-位移曲線2-28
圖七撓曲破壞試體（B1-20-S）在不同載重下裂縫發展情形2-29
圖八剪力握裹破壞試體（B4-20-N）在不同載重下裂縫發展情形2-30
圖九SRC梁中之水平剪力握裹破壞示意圖2-31
第三部份
剪力釘對包覆型SRC梁力學行為之影響
圖一SRC長梁（B系列）試體斷面尺寸資料3-21
圖二SRC短梁（D系列）試體斷面尺寸資料3-22
圖三測計及實驗配置圖3-23
圖四SRC長梁（B系列）之載重-位移曲線3-24
圖五非合成梁與完全合成梁分別受撓曲作用之情形3-26
圖六三支SRC短梁（D系列）試驗之載重-位移曲線3-27
圖七典型RC短梁之繫拱行為（Tie-Arch Action）模式3-28
圖八RC短梁之梁腹剪力元素受力情形
及不同剪力跨度下之應力分佈3-29
圖九位移韌性指數 定義3-30
照片目錄
頁數
第一部份
鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁抗彎試驗與力學特性
照片一SRC梁試體鋼骨與鋼筋配置1-49
照片二實驗設置1-50
照片三RC梁與SRC梁在極限載重時之狀態1-51
照片四SRC梁在載重達極限前之狀態1-52
照片五SRC梁在極限載重時之破壞情形1-53
照片六四組SRC梁在 載重時之試體狀態1-54
第二部份
包覆型SRC梁剪力握裹破壞試驗與力學行為研究
照片一SRC梁試體鋼骨與鋼筋配置2-32
照片二實驗設置2-33
照片三撓曲破壞之SRC梁在極限載重時之狀態2-34
照片四剪力握裹破壞之SRC梁在極限載重時之狀態2-35
照片五試體在剪力握裹破壞初始發生時之狀態2-36
照片六SRC梁在試驗結束時試體剝除混凝土後之情況2-37
照片七剪力握裹破壞試體鋼骨與混凝土相對滑動之情形2-38
第三部份
剪力釘對包覆型SRC梁力學行為之影響
照片一SRC梁實驗設置3-31
照片二八支SRC長梁（B系列）在極限載重時之狀態3-32
照片三剪力握裹破壞試體（未加剪力釘）梁腹水平裂縫發展之情形3-33
照片四剪力握裹破壞試體（未加剪力釘）鋼骨與混凝土相對滑動之情形3-34
照片五SRC短梁（D系列）載重過程裂縫之發展情形3-35

第一部份
1. ACI, “Buildings Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95),” American Concrete Institute, Detroit, Michigan, 1995.
2. AIJ, “Standards for Structural Calculation of Steel Reinforced Concrete Structures,” Architectural Institute of Japan, Tokyo, 1987.
3. Tanaka, H., ”Study on Additional Strength Theory,” Transactions of the Architectural Institute of Japan, No. 57, pp. 261-264, July, 1957.
4. Hirano, M., “Additional Strength of Cross Sections and That of Structures,” Transactions of the Architectural Institute of Japan, No. 63, pp. 397-400, Oct., 1959.
5. 若 林實、南 宏一、谷 資信、平野道勝，”合成構造的設計”，新建築學大系42，章國社刊，東京，1981。
6. Roeder, C.W., “Bond Stress of Embedded Steel Shapes in Concrete,” In：Composite and Mixed Construction, Proceedings of the U.S./Japan Joint Seminar, ASCE, pp. 227-240, New York, 1985.
7. Mirza, S.A., Hyttinen, V. and Hyttinen, E., “Physical Tests and Analyses of Composite Steel-Concrete Beam-Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 122, No. 11, pp. 1317-1326, 1996.
8. Ricles, J.M. and Paboojian, S.D., “Seismic Performance of Steel-Encased Composite Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 120, No. 8, pp. 2474-2494, 1994.
9. 于瑞佐，「鋼梁與鋼筋混凝土柱混合型結構梁柱接頭韌性行為研究」，博士論文，蔡克銓教授指導，國立台灣大學土木工程研究所，台北，台灣，1998。
10. 陳昭榮，「鋼骨鋼筋混凝土梁柱接頭行為研究」，碩士論文，陳生金教授指導，國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所，台北，台灣，1992。
11. 林義閔，「非對稱斷面鋼骨鋼筋混凝土（SRC）梁柱構材極限強度之研究」，碩士論文，陳誠直教授指導，國立交通大學土木工程研究所，新竹，台灣，1999。
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18. Park, R., “Evaluation of Ductility of Structures and Structural Assemblages from Laboratory Testing,” Bulletin Of the New Zealand Soc. for Earthquake Engineering, 22(3), pp.155-166, 1989.
第二部份
1. AIJ, “Standards for Structural Calculation of Steel Reinforced Concrete Structures,” Architectural Institute of Japan, Tokyo, 1987.
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7. 程幼棣，「鋼骨鋼筋混凝土（SRC）構材剪力設計之研究」，碩士論文，翁正強教授指導，國立交通大學土木工程研究所，新竹，台灣，1997。
8. ACI, “Buildings Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95),” American Concrete Institute, Detroit, Michigan, 1995.
9. AISC, “Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings,” 2nd Ed., American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, 1993.
10. AISC, “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings,” American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, 1997.
第三部份
1. ACI, “Buildings Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95),” American Concrete Institute, Detroit, Michigan, 1995.
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3. Tanaka, H., ”Study on Additional Strength Theory,” Transactions of the Architectural Institute of Japan, No. 57, pp. 261-264, July, 1957.
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8. 陳昭榮，「鋼骨鋼筋混凝土梁柱接頭行為研究」，碩士論文，陳生金教授指導，國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所，台北，台灣，1992。
9. Ricles, J.M. and Paboojian, S.D., “Seismic Performance of Steel-Encased Composite Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 120, No. 8, pp. 2474-2494, 1994.
10. Mirza, S.A., Hyttinen, V. and Hyttinen, E., “Physical Tests and Analyses of Composite Steel-Concrete Beam-Columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 122, No. 11, pp. 1317-1326, 1996.
11. 方志楷，「鋼骨鋼筋混凝土短梁隻剪力強度試驗行為」，碩士論文，張大鵬、陳正誠教授指導，國立台灣科技大學營建工程技術研究所，台北，台灣，1999。
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13. Schlaich, J., Schäfer, K. and Jennewein, M., “Toward a Consistent Design of Structural Concrete,” PCI Journal, May-June, pp.74-150, 1987.
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16. Mau, S.T. and Hsu, T.T.C., ”Shear Strength Prediction — Softened Truss Model,” Reinforced Concrete Deep Beams, Blackie and Son Ltd, pp. 157-181, New York, 1990.
17. Park, R., “Evaluation of Ductility of Structures and Structural Assemblages from Laboratory Testing,” Bulletin Of the New Zealand Soc. for Earthquake Engineering, 22(3), pp.155-166, 1989.