具高延展消能鋼板之隅撐鋼結構耐震行為研究

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李俐璇(Li-Hsuan Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

具高延展消能鋼板之隅撐鋼結構耐震行為研究

相關論文

★ 隅撐鋼結構耐震性能研究	★ 含斜拉鋼筋之中空複合構件於三維載重下之耐震行為
★ 應用不同尺度隅撐之鋼結構耐震性能研究	★ 雙孔中空複合構件耐震性能研究
★ 具挫屈控制機制之隅撐構架耐震行為研究	★ 圓形中空複合構材耐震性能研究
★ 多層多跨隅撐鋼結構之耐震性能研究	★ 隅撐抗彎構架之性能設計研究與分析
★ 配置開槽消能鋼板之預力式橋柱耐震性能研究	★ 具鋼板消能裝置之隅撐結構耐震行為研究
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摘要(中)

隅撐構架可藉良好承載效能之隅撐，有效提高結構之勁度、強度及消能容量，惟當隅撐挫屈斷裂後，結構效能將有明顯的折減，為提升結構承載性能，本研究利用高延展鋼板進行切削製作隅撐桿件，並將之配置於構架之角隅處，形成高延展隅撐構架。研究中針對一系列配置不同切削細節之高延展隅撐構架進行反覆載重試驗，以界定結構之耐震性能。
試驗結果顯示，高延展隅撐可有效提高構架強度、勁度及能量消散，並且在大位移下，仍可提供構架穩定的消能行為。研究結果亦顯示影響構架強度變化的兩個時機分別為高延展鋼板的初始挫屈以及斷裂時機，因此，就有效之高延展隅撐構架設計，應避免隅撐消能鋼板之斷裂。由本研究之試驗結果得知，配置高延展隅撐之構架強度可達相同尺寸抗彎構架之2至3.5倍，且在3%樓層位移比以內，主要梁及柱構件均可保持在彈性範圍，因此，應為一有效之耐震設計方案。

摘要(英)

Knee Braced Moment Resisting Frame (KBRF) is widely used in construction because of the high strength and significant ductility. It has been validated that the performance of KBRF greatly depends upon the integrity, particularly prevention of fracture, of the adopted knee braces. In order to further improve the structural performance of KBRF, a proposal that adopting high-ductility steel plate to fabricate the knee brace members is made in this study.
A series of cyclic loading tests were conducted on KBRF structures with various schemes of high-ductility reduced plate in the knee braces. Test results showed that the stiffness, strength and energy dissipation of KBRF with high-ductility knee brace members were significantly enhanced. The major parameters that governed the performance of KBRF were the initial buckling and the fracture of the high-ductility knee braces. Therefore, it is suggested that the high-ductility plate be designed to sustain higher drift ratio so that the structural performance could be guaranteed.

關鍵字(中)

★ 隅撐構架
★ 高延展鋼材
★ 耐震設計

關鍵字(英)

★ Knee Braced Moment Resisting Frame
★ High-ductility Steel
★ Seismic Design

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
照片目錄 XIII
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2研究研究動機與目的 3
1-3研究內容 5
1-4論文架構 5
第二章文獻回顧 6
2-1研究內容 6
2-1-1抗彎構架相關研究 6
2-1-2梁柱接頭相關研究 7
2-1-3斜撐系統 8
2-1-4挫屈束制支撐構架系統 9
2-1-5隅撐構架系統 10
2-1-6預力結構相關研究 10
2-2鋼結構設計相關規定 13
2-2-1強柱弱梁設計 13
2-2-2梁斷面要求 14
2-2-3梁柱腹板交會區設計 14
2-2-4含被動消能系統建築物之設計 15
第三章理論分析 17
3-1前言 17
3-2自復位梁柱接頭理論 17
3-3隅撐構件強度之決定 20
3-4構架與隅撐構件尺度之關係 22
第四章實驗規劃與流程 26
4.1前言 26
4-2實驗規劃 26
4-3研究參數 27
4-4試體編號及試驗群組 27
4-5試體製作 27
4-6實驗設備 28
4-7試驗方法 29
4-8加載方式 30
第五章實驗觀察與討論 31
5-1前言 31
5-2實驗觀察 31
第六章結果分析與比較 40
6-1前言 40
6-2強度分析 40
6-3能量消散分析 42
6-4高延展隅撐對構架束制有效性分析 43
第七章結論與建議 45
7-1結論 45
7-2建議 46
參考文獻 47

表目錄

表5-1鋼構架與斜撐構架在不同性能等級下之層間位移比 52
表5-2隅撐抗彎構架之性能目標 52
表5-3隅撐構架實驗統整 52
表5-4隅撐構架實驗統整 53
表5-5消能鋼板破壞時機 53
表6-1構架強度比較 …54
表6-2構架能量消散比較 54

圖目錄

圖1-1 (a)抗彎構架；(b)抗彎構架變形示意圖 55
圖1-2 鋼同心斜撐構架 56
圖1-3 隅撐抗彎構架 56
圖1-4 (a)抗彎構架彎矩圖；(b)隅撐抗彎構架彎矩圖 57
圖1-5隅撐構架受力示意圖 58
圖1-6 標準拉力試驗 58
圖1-7 自復位梁柱接頭配置示意圖 59
圖3-1 接合承載行為：(a)接合以等校三線性彈簧描述；(b)鋼棒受力模式 60
圖3-2 不同階段之接合變形與預力鋼棒受力關係 61
圖3-3 不同階段之梁柱接頭示意圖(a)鋼棒因施加預力而產生結合彎矩；(b)外力所引致之彎矩小於結合彎矩(c)外力引致之彎矩大於結合彎矩造成開角 62
圖3-4 隅撐構架變形示意圖 63
圖3-5 反對稱隅撐構架取半分析其節點編號及尺度 63
圖3-6 隅撐構架取半分析之反力圖 64
圖4-1 (a)自復位抗彎構架系統立面圖；(b)隅撐構架系統立面圖 65
圖4-2(a)隅撐構件示意圖；(b)隅撐構件側視圖 66
圖4-3高延展鋼才JIS G3131之消能裝置示意圖 (a)消能裝置尺度大小示意圖；(b)消能裝置立體示意圖 67
圖4-4單層單跨構架試驗編號說明 68
圖4-5單層單跨構架試驗試體架設示意圖 (a)試體架設3D圖；(b)試體架設平面圖 69
圖4-6單層單跨隅撐構架量測儀器位置 70
圖4-7單層單跨隅撐構架消能鋼板應變計編號 70
圖4-8單層單跨構架試驗結構加載歷時圖 71
圖5-1自復位抗彎構架MRF-SC遲滯迴圈 72
圖5-2自復位抗彎構架MRF-SC強度包絡線 72
圖5-3自復位抗彎構架MRF-SC梁上應變計 73
圖5-4自復位抗彎構架MRF-SC隅撐構件之位移 74
圖5-5自復位抗彎構架MRF-SC兩側隅撐構件位移比較 74
圖5-6構架KFx80x7遲滯迴圈 75
圖5-7構架KFx80x7強度包絡線 75
圖5-8 構架KFx80x7梁上應變計 76
圖5-9 構架KFx80x7消能鋼板應變計 77
圖5-10構架KFx80x7隅撐構件之位移 78
圖5-11構架KFx80x7兩側隅撐構件位移比較 78
圖5-12構架KFx90x7遲滯迴圈 79
圖5-13構架KFx90x7強度包絡線 79
圖5-14構架KFx90x7梁上應變計 80
圖5-15構架KFx90x7消能鋼板應變計 81
圖5-16構架KFx90x7隅撐構件之位移 82
圖5-17構架KFx90x7兩側隅撐構件位移比較 82
圖5-18構架KFx100x7遲滯迴圈 83
圖5-19構架KFx100x7強度包絡線 83
圖5-20構架KFx100x7梁上應變計 84
圖5-21構架KFx100x7消能鋼板應變計 85
圖5-22構架KFx100x7隅撐構件之位移 86
圖5-23構架KFx100x7兩側隅撐構件位移比較 86
圖5-24構架KFx70x8遲滯迴圈 87
圖5-25構架KFx70x8強度包絡線 87
圖5-26構架KFx70x8梁上應變計 88
圖5-27構架KFx70x8消能鋼板應變計 89
圖5-28構架KFx70x8隅撐構件之位移 90
圖5-29構架KFx70x8兩側隅撐構件位移比較 90
圖5-30構架KFx80x8遲滯迴圈 91
圖5-31構架KFx80x8強度包絡線 91
圖5-32構架KFx80x8梁上應變計 92
圖5-33構架KFx80x8消能鋼板應變計 93
圖5-34構架KFx80x8隅撐構件之位移 94
圖5-35構架KFx80x8兩側隅撐構件位移比較 94
圖5-36構架KFx70x9遲滯迴圈 95
圖5-37構架KFx70x9強度包絡線 95
圖5-38構架KFx70x9梁上應變計 96
圖5-39構架KFx70x9消能鋼板應變計 97
圖5-40構架KFx70x9隅撐構件之位移 98
圖5-41構架KFx70x9兩側隅撐構件位移比較 98
圖6-1七組試體強度包絡線比較 99
圖6-2消能鋼板厚度為7mm之試體強度包絡線比較 99
圖6-3消能鋼板厚度為8mm之試體強度包絡線比較 100
圖6-4消能鋼板有效面積為630〖mm〗^2之試體強度包絡線比較 100
圖6-5消能鋼板有效面積為560〖mm〗^2之試體強度包絡線比較 101
圖6-6自復位抗彎構架與隅撐構架在各樓層位移比下之累積能量消散 101
圖6-7隅撐構架消能鋼板厚度為7mm之累積能量消散 102
圖6-8隅撐構架消能鋼板厚度為8mm之累積能量消散 102
圖6-9隅撐構架消能鋼板有效面積為630〖mm〗^2之累積能量消散 103
圖6-10隅撐構架消能鋼板有效面積為560〖mm〗^2之累積能量消散 103
圖6-11六組隅撐構架累積能量消散與強度之關係 104
圖6-12隅撐構架在樓層位移比1.5%前之梁柱接頭受力行為 105
圖6-13隅撐構架在樓層位移比1.5%前隅撐與梁接合處受力行為 105
圖6-14隅撐構架梁柱接頭受力行為 106
圖6-15自復位抗彎構架角隅處開合量與構架位移關係 106
圖6-16隅撐構架中隅撐開合量與構架位移之關係 107

照片目錄

照片1-1 隅撐挫屈 108
照片1-2 傳統剛性接頭使結構梁端產生挫屈 108
照片4-1側撐構架 109
照片4-2 反力構架 109
照片4-3精密型扭力扳手201N-M(NTP-4210N) 110
照片4-4精密型扭力扳手30N-M(NTP-30N) 110
照片5-1構架MRF實驗前之結構外觀 111
照片5-2因梁柱開角使角鋼與黃銅產生相對位移，進行摩擦消能 111
照片5-3構架KFx80x7實驗前之結構外觀 112
照片5-4樓層位移比0.5%時西側上方高延展鋼板出現塑性消能 112
照片5-5構架KFx80x7在大位移下，西側隅撐消能鋼板斷裂 113
照片5-6隅撐構架KFx80x7試驗後之高延展鋼板 113
照片5-7高延展消能鋼板出現疲勞痕跡 114
照片5-8試驗過後之高延展鋼板有極大的塑性變形 114
照片5-9構架KFx90x7實驗前之結構外觀 115
照片5-10樓層位移比0.375%時西側下方高延展鋼板出現塑性消能 115
照片5-11構架KFx90x7在大位移下，西側隅撐消能鋼板斷裂 116
照片5-12構架KFx90x7在樓層位移比3%時有輕微石灰剝落 116
照片5-13隅撐構架KFx90x7試驗後之高延展鋼板 117
照片5-14試驗過後之高延展鋼板有極大的塑性變形 117
照片5-15構架KFx100x7實驗前之結構外觀 118
照片5-16構架KFx100x7樓層位移比1%時之消能鋼板 118
照片5-17構架KFx100x7在大位移下，消能鋼板有顯著的塑性變形 119
照片5-18構架KFx100x7在試驗結束後之隅撐構件 119
照片5-19隅撐構架KFx100x7試驗後之高延展鋼板 120
照片5-20構架KFx100x7中消能鋼板殘餘變形相當大，但仍未斷裂 120
照片5-21構架KFx70x8實驗前之結構外觀 121
照片5-22樓層位移比1%，東側消能鋼板出現塑性變形 121
照片5-23構架KFx70x8東側隅撐上方消能鋼板斷裂 122
照片5-24構架KFx70x8西側隅撐上方消能鋼板斷裂 122
照片5-25構架KFx70x8在大位移下，因隅撐本體相抵，使構架強度並未驟降 123
照片5-26隅撐構架KFx70x8試驗後之高延展鋼板 123
照片5-27構架KFx80x8實驗前之結構外觀 124
照片5-28構架KFx80x8在大位移下，消能鋼板有顯著的塑性變形 124
照片5-29試驗結束後消能鋼板上石灰剝落嚴重 125
照片5-30隅撐構架KFx80x8試驗後之高延展鋼板 125
照片5-31構架KFx70x9實驗前之結構外觀 126
照片5-32構架KFx70x9在試驗過後，消能鋼板有顯著的塑性變形 126
照片5-33試驗過後消能鋼板有明顯的塑性變形 127
照片5-34試驗過後之角鋼維持完好 127

參考文獻

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指導教授

許協隆(Hsieh-Lung Hsu)

審核日期

2016-1-28

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