普通鋼筋混凝土撓曲剪力研究

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姓名

陳信豪(Hsin-Hao Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

普通鋼筋混凝土撓曲剪力研究
(The Flexure Shear behavior of Normal Reinforced Concrete Beams)

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摘要(中)

前人研究結果顯示，RC構件在承受反覆載重下，隨著位移增加會使混凝土抗剪能力漸漸失效，同時產生強度的衰減，並且剪力強度衰減程度較撓曲強度衰減劇烈。因此為了預防結構產生不預期的剪力破壞，目前ACI318耐震設計規範與NZS規範在剪力設計上，則規定可忽略混凝土抗剪的貢獻。本實驗研究目的是探討RC梁在反覆載重下的剪力衰減行為，以求得RC梁在不同層間變位角下，其混凝土強度抗剪的貢獻，以討論ACI318耐震規範之剪力設計可不考慮混凝土抗剪貢獻之疑問。再者，本研究亦引用Priestley學者建議的混凝土剪力衰減模式，藉以驗證該模式的準確性。
經由實驗結果，可以整理出普通強度與New RC的混凝土剪力衰減模式。從模式中可發現，ACI318規範混凝土設計抗剪貢獻0.17√(f_c^′ )之規定，對本研究試體而言是為保守。故同樣以0.17√(f_c^′ )作為New RC梁之混凝土剪力強度，則更為保守，值得再進一步作調查。而觀察本實驗結果建立的剪力衰減模式得知，ACI318耐震規範在梁剪力設計上，忽略混凝土的抗剪貢獻，顯然是較於保守，尤其是New RC梁，故值得商確。最後，Priestley所建議的混凝土剪力衰減模式，應可作為評估耐震區RC梁混凝土抗剪強度。

摘要(英)

According to previous research results, when reinforced concrete (RC) members subjected to cyclic loading, the shear resistance of concrete degrades with increasing ductility demand, and the shear strength degradation is faster than the flexural strength. Therefore, in order to prevent shear failure of RC structures, the seismic specification in ACI318 and NZS code assumed the contribution of the concrete shear strength to be zero. The purpose of this experiment is to investigate the flexure-shear degradation behavior of RC beams under the cyclic loading, and to find the contribution of concrete shear strength. Meanwhile, the discussion on shear design of ACI318 seismic code assuming zero concrete shear strength will be performed. The concrete shear degradation model created by Priestley is also verified.
In this study, the shear degradation mode of Normal RC and New RC can be obtained from experiment results. The results showed that ACI318 adopting 0.17√(f_c^′ ) as the designed nominal shear stress is too conservative for both Normal RC and New RC beams. From the test results, Priestley’s concrete shear degradation model can be used as the assessment of RC beam shear under seismic region.

關鍵字(中)

★ 剪力衰減
★ New RC
★ 混凝土抗剪貢獻

關鍵字(英)

★ shear degradation
★ New RC
★ contributions of concrete shear strength

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 xi
圖目錄 xii
符號說明 xvii
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的及方法 2
第二章文獻回顧 3
2.1 規範ACI318-11梁斷面剪力強度規定 3
2.2 規範ACI318-11在梁構件耐震設計規定 4
2.2.1 構架內之撓曲構材 4
2.2.1.1 鋼筋間距之限制 4
2.2.1.2 鋼筋保護層規定 4
2.2.1.3 梁橫向鋼筋規定 4
2.1.1.4 剪力強度之規定 5
2.3 規範AASHTO LRFD 對剪力設計規定 6
2.4 修正壓力場理論(Modified Compression Field Theroy) 7
2.5 規範ACI374.1-05實驗步驟規定 8
2.5.1 相對消能比計算方法 8
2.5.2 實驗加載程序圖規定 8
2.5.3 位移比第三次遲滯迴圈的規定 9
2.6 反覆載重下剪力破壞機制 9
2.6.1 斜拉壓破壞 10
2.6.2 標稱剪應力規定 11
2.6.3 剪力強度規定 11
2.6.4 反覆載重下的實驗結果 12
2.7 利用MCFT預測之相關文獻 13
2.8 剪力衰減相關文獻 13
第三章實驗規劃與步驟 17
3.1 試體規劃 17
3.2 材料試驗 17
3.2.1 混凝土抗壓試驗 17
3.2.2 鋼筋抗拉試驗 18
3.3 試體設計 18
3.3.1 NRB-d 箍筋間距為d 19
3.3.2 NRB-d/2 箍筋間距為d/2 19
3.3.3 NRB-d/4 箍筋間距為d/4 19
3.4 試體製作 20
3.4.1 應變計黏貼 20
3.4.2 鋼筋籠綁紮 21
3.4.3 模板製作 22
3.4.4 試體澆置 22
3.4.5 試體拆模與養護 23
3.5 實驗設備 23
3.5.1 施力系統 23
3.5.1.1 柱頭預力 23
3.5.1.2 反力鋼梁 24
3.5.1.3 千斤頂 24
3.5.2 實驗測計 25
3.6 實驗方法及步驟 26
3.7 實驗數據處理 27
3.7.1 理論標稱載重Pn 27
3.7.2 柱頭旋轉造成之位移∆cb 27
3.7.3 梁固定端旋轉角造成之位移∆bf 27
3.7.4 梁腹矩形應力塊撓曲位移及剪力位移量測 28
3.7.5 線性位移計垂直位移∆bm之量測 29
3.7.6 試體加載點處實際垂直位移∆b 30
3.7.7 理論降伏位移∆b 30
3.7.8 層間變位角DR與位移韌性比μ∆ 31
3.7.9 斷面分析之理論初始勁度 31
第四章實驗結果 33
4.1 試體NRB-d(箍筋間距為d) 34
4.1.1 遲滯迴圈圖 34
4.1.2 力與位移包絡線圖 36
4.1.3 主筋應變與層間變位角圖 38
4.1.4 箍筋應變與層間變位角圖 38
4.1.5 混凝土矩形應力塊分析圖 39
4.2 試體NRB-d/2(箍筋間距為d/2) 40
4.2.1 遲滯迴圈圖 40
4.2.2 力與位移包絡線圖 42
4.2.3 主筋應變與層間變位角圖 43
4.2.4 箍筋應變與層間變位角圖 44
4.2.5 混凝土矩形應力塊分析圖 44
4.3 試體NRB-d/4(箍筋間距為d/4) 45
4.3.1 遲滯迴圈圖 45
4.3.2 力與位移包絡線圖 47
4.3.3 主筋應變與層間變位角圖 48
4.3.4 箍筋應變與層間變位角圖 49
4.3.5 混凝土矩形應力塊分析圖 49
第五章討論 51
5.1 普通鋼筋混凝土梁剪力衰減行為 51
5.2 New RC梁剪力衰減行為 52
5.3 普通混凝土與New RC剪力行為比較 54
第六章結論與建議 55
6.1 結論 55
6.2 建議 56
參考文獻 57
附錄A 試體標稱強度計算書 153
附錄B 相對消能比計算過程 163
附錄C AASHTO規範預測剪力強度 164
附錄D 伸展長度檢核 168
附錄E 驗證Priestley剪力衰減模式 169
附錄F New RC試體箍筋應變圖 173
附錄G 考慮裂縫角度計算剪力衰減曲線 174
附錄E 驗證Elwood及Moehle撓剪破壞經驗式 176

參考文獻

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洪立彥，｢高強度鋼筋混凝土梁撓曲剪力行為研究｣，國立中央大學，碩士論文，民國一百零三年。
經濟部標準檢驗局，金屬材料拉伸試驗試片，中國國家標準CNS 2112，民國九十四年。

指導教授

王勇智(Yung-Chih Wang)

審核日期

2014-7-21

推文