预铸五螺箍矩形SRC柱之轴压与反复载重抗震试验

本研究成功的进行一系列大尺寸钢骨钢筋混凝土(Steel Reinforced Concrete,SRC)矩形柱之轴压试验与反复载重抗震试验,旨在探讨新型的复合螺旋箍筋(本文称之为"五螺箍(5-Spirals)"或"尹氏螺箍(Yin′sSpi-rals)")在矩形SRC柱之使用效益。本研究的五螺箍采用自动化加工制造,具备高度经济效益,很适合用于预铸工法。此外,由于SRC柱内部之钢骨亦能够围束混凝土,有助于降低SRC柱箍筋之需求量,达到更经济的设计结果;且螺旋箍筋对混凝土之围束效果比传统水平闭合箍筋更好,亦可提升柱之强度与抗震能力。试验结果显示,SRC柱之反复载重迟滞迴圈(Hysteretic Loop)均相当饱满,试件的层间变位角(Drift Angle)高达6.0%rad,且SRC柱之强度可以持续的维持在高档。此一现象显示在6.0%rad的大变形之下,五螺箍SRC柱仍然具备十分稳定的强度,可以有效地抵抗强震引致之水平剪力,而不致于发生快速崩塌之现象。因此,五螺箍SRC柱在抗震方面具有卓越的特色,对于保障大地震来袭时之生命与财产安全有重要意义。

新型五螺箍SRC柱的反复载重抗震试验

成功的进行四组实尺寸配置新型五螺箍的矩形SRC柱的反复载重抗震试验.由于五螺箍采用自动化机械加工制造,具有很高的经济效益,因此很适合应用于预制工法.试验结果发现,SRC柱的反复载重滞回曲线相当饱满,四组样品的层间变位角均高达6.0%弧度,且柱的强度可持续且稳定的维持在高档,并无明显下降的趋势.这一现象表明,在6.0%弧度的大变形状况之下,五螺箍SRC柱仍然具备稳定的强度,可以有效的抵抗强震所引致的水平剪力,而不致于发生快速崩塌的情形.因此,大地震来袭时,SRC柱在抗震方面具有卓越的特色对于保障生命与财产安全有重要意义.试验发现,五螺箍SRC柱底部的塑铰区发挥了良好的韧性,该区的混凝土仅有表面的保护层剥落,五螺箍内部所约束的混凝土大致保持完好,且SRC柱的主筋并无屈曲现象,箍筋亦未发生断裂.本研究成果显示,五螺箍具有良好的约束混凝土能力及防止主筋屈曲的功能,可以成功的应用于预铸矩形SRC柱.

钢梁与SRC柱之梁柱接头耐震试验

相对于传统SRC梁接SRC柱的梁柱接头而言,本研究采用钢梁接SRC柱之接头型式,尝试利用SRC柱在劲度与抗压强度之优点,并避开SRC梁在施工上的不便,初步进行了两组大尺寸试体之反复载重试验,以探讨此种型式接头之耐震行为。实验结果显示,由于两组试体之钢梁与钢柱之弯矩强度比并未满足强柱弱梁的规定(但SRC柱整体之抗弯强度仍大于钢梁之强度),因此其反复载重位移曲线并不如满足强柱弱梁的纯钢构接头饱满,而在非弹性阶段出现较明显劲度衰减的现象;但由于SRC柱接头区的混凝土对钢柱提供了良好的围束,使得试体极限强度仍可稳定发展。

钢造双核心自复位斜撑发展与耐震试验:应用复合纤维材料棒为预力构件

首次发展双核心自复位斜撑,藉由两组核心受压构件与两组拉力构件,使斜撑的变形量在拉力构件相同应变下大幅增加(或在相同斜撑变形量下,斜撑的拉力构件应变量减少一半),首先说明双核心自复位斜撑力学理论,并设计及测试三组5350mm长的双核心自复位斜撑,斜撑使用的拉力构件分别为直径22mm、29mm的玻璃纤维棒与直径13mm的碳纤维棒。试验结果显示,使用预力的双核心自复位斜撑除了有稳定的能量消释及自复位能力外,耐震性能也能符合AISC(2010)规范针对挫屈束制斜撑要求的最小层间位移角2%前不破坏的原则,并可完成在1.5%层间侧位移角下15圈反复载重无破坏发生;其中两组试体更可再进一步地完成2.5%层间位移角试验而不破坏,最大斜撑轴力约1400 kN。

削切钢盖板梁柱接头设计与耐震行为

本研究的目的为提出新式的梁柱接头以避免在工地现场进行梁柱接头全渗透焊接,同时亦控制塑性变形发生在一简单、可修复的装置(削切盖板)而非钢梁。削切盖板(RFP)以焊接或栓接方式固定于钢管混凝土(CFT)柱,以螺栓或填角焊与梁翼板接合,四组全尺寸削切盖板梁柱接头试体试验结果显示:(1)削切盖板梁柱接头在反复载重作用下均可超越0.04弧度的位移角,而使梁的塑性弯矩强度得以发挥;(2)塑性变形发生在削切盖板而非钢梁上,进而避免钢梁的挫屈;(3)利用有限元素分析程序ABAQUS可预测试体接头的反复载重行为,并证明削切盖板梁柱接头的弹性挠曲劲度与盖板梁柱接头相似,满足刚性接头的劲度要求;(4)削切盖板的非弹性挫屈强度可藉由本研究提出的非线性回归分析模型预测。

钢梁与包覆RC箱型钢柱之梁柱接头耐震性能研究

本研究进行两组“大尺寸梁柱接头”之反复载重试验,以探讨其力学行为与耐震性能。本研究之试体采用钢梁与“受钢筋混凝土包覆之箱型钢柱(简称包覆箱型钢柱或SRC柱)”接合之梁柱接头。此种钢梁与SRC柱接合之构造的主要特点,在于利用SRC柱之劲度、防火与抗压强度方面的长处,又可以发挥钢梁在韧性与施工便捷方面之优点。本研究之试体均符合“强柱弱梁”之原则且梁柱接头区之标称剪力强度均大于该区之需求剪力强度,试体之断面配置均符合台湾SRC设计规范之要求。本研究探讨之重点包含:(1)此种新型梁柱接头之钢梁塑性铰的发展情形,(2)梁柱接头区混凝土之开裂状况,(3)配置剪力钉对梁柱接头韧性之影响。实验结果显示,由于SRC柱内之箱型钢管断面在X与Y向各有两片腹板,故可以提供梁柱接头区充分的剪力强度,并可抑制接头区的剪力变形,使接头区之混凝土保持良好状态,并无明显开裂之情形,进而确保插入SRC柱的钢梁受到接头区之钢筋混凝土有效的束制,使得钢梁的塑性铰可以远离焊道,最终在SRC柱之混凝土面外约15cm处发展出稳定且充分的塑性变形。换言之,SRC柱接头区的钢筋混凝土具有保护钢骨梁柱接头焊道的功能,该区的钢筋混凝土成功的将钢梁的塑性铰逼离焊道,使钢梁在SRC柱混凝土面外形成良好的塑性铰。本研究之梁柱接头试体在反复载重作用下,可以发展出稳定且饱满的迟滞循环(Hysteretic Loop)。两组接头试体之钢梁塑性转角(Plastic Rotation Angle)达到5.4%和6.0%rad,梁柱接头之层间变位角(InterstoryDrift Angle)达到6.2%与6.7%rad,显示此两组梁柱接头均具有优良的塑性变形能力,超过AISC SeismicProvisions(2002)所订4%rad层间变位角之要求。本研究依据有限的试验结果初步证实,在适当设计下,此种型式的梁柱接头将可以发挥良好的耐震性能。

钢结构梁柱梁翼内侧加劲板补强接头耐震试验及有限元素分析

本研究主要探讨钢结构梁柱补强接头之耐震行为,补强接头的主要方式是采取避免破坏既存建筑物楼板且不会减低楼层净高度要求下,在钢梁翼板内侧与箱形柱间焊加劲板增加梁端近柱面之弯矩强度。为证明此补强接头之耐震行为,共进行六组大尺寸之梁柱接头试验,其中一组为传统未补强之梁柱接头,另外五组为梁翼内侧加劲板补强接头,未补强之梁柱接头及一组补强接头之梁柱焊接工作于1996年前工地现场完成后,于2006年由既存34层大楼切除后运至实验室进行试验,另四组梁柱补强接头之焊接工作均于2006年在实验室内完成。补强接头试体加劲板与梁翼及柱板接合均采用全渗透焊接,梁上下翼板之背垫板均未移除,亦未与柱面进行填角焊接。二组补强接头试体在实验时的韧性行为极佳,试体在历经第一次反复载重测试至超越美国规范AISC(2005)规定之4%弧度层间侧位移角的要求下,并未发生梁柱接头焊道断裂及强度递减的情形。因此将此二组试体分别进行第二次AISC(2005)反复载重测试,在历经第二次反复载重测试至4%弧度的层间侧位移角时,发生较明显之梁挫屈及强度递减,但梁柱界面焊道未断裂。而另外三组补强接头因梁翼板内侧加劲板所提供的劲度及强度不足,与未补强之梁柱接头试体同样在未能达到AISC(2005)所订定之4%弧度层间侧位移角前而发生破坏。本研究并利用非线性有限元素分析程序ABAQUS(2003)仿真梁柱接头试体,以进一步了解梁翼板内侧加劲板传递梁弯矩的贡献,和可能发生接头破坏的区域。根据实验及有限元素分析结果提出设计方法及范例供工程师补强既有钢结构梁柱接头参考。