高強度鋼筋混凝土梁構件耐震設計參數之研究

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何立文(Li-Wen Ho) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

高強度鋼筋混凝土梁構件耐震設計參數之研究
(Investigation on Seismic Design Parameters for Designing New Reinforced Concrete Structures)

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摘要(中)

近年來，國內推行高強度鋼筋混凝土(New RC)結構系統研發計畫，其中由於鋼筋強度f_y=685 MPa(SD690)已超過現行規範ACI 318-14許多經驗公式之鋼筋上限值規定。因此，本文將研究此類新型鋼筋混凝土梁之耐震設計參數，以有效初始勁度與鋼筋超額強度因子為關注之重點。藉由收集、整理及統計歷年來之反覆載重下梁撓曲破壞之相關試驗，共計約100個試體進行分析與探討，其中SD420普通RC梁其f_c^′介於15至87 MPa與SD690 New RC梁其f_c^′介於30至120 MPa。本研究將比較SD420 與SD690之RC梁差異，探討國內本土混凝土彈性模數Ec，與利用Paulay (1992)方式求取有效初始勁度Ke。再者，亦利用學者Brooke (2011)統計方法，歸納出SD690鋼筋之超額強度係數，以供工程界結構分析作參考。
本研究結果顯示，目前國內預拌混凝土之彈性模數Ec，其中所調查之混凝土強度介於20至90 MPa，有低於ACI 318-14 Ec經驗式值之趨勢，因此建議所計算Ec值應再乘以0.8較符合現況。而在結構梁降伏以前，配置SD690主筋之RC梁構件其有效慣性矩Ie平均為0.25Ig，而傳統SD420鋼筋RC梁為平均0.30Ig；但梁構件尺寸較長者Ie值有高於平均值之現象。最後，鋼筋超額強度因子統計結果顯示，隨著鋼筋強度種類不同而有差異，SD690鋼筋研究結果平均值為1.15，而傳統SD420鋼筋為1.25。

摘要(英)

The reinforced concrete with higher steel strength (f_y= 685 MPa) than traditional reinforcement (f_y= 420 MPa) is so called as New Reinforced Concrete (New RC). In recent years, the New RC starts considering the construction materials in Taiwan, but the strength limitation of reinforcing steel specified for design codes (ACI 318, 2014) is only up to 420 MPa. Therefore the objective of the research is to investigate the seismic design parameters of New RC structures for seismic design. Until now, 200 experimental data from many countries were collected to provide the research on the effectively initial stiffness and the overstrength factor. The effectively initial stiffness EcIe was estimated according to the 75% secant method, to obtain the member stiffness at a yield state. In addition, this report also investigates the overstrength using Brooke’s (2001) method and discusses the differences in material and structure properties between the RC beam used for SD420 and SD690 steel reinforcement.
The results showed the modulus of elasticity of concrete in Taiwan is lower than the empirical equation provided by ACI 318.A modified factor, for reducing should be 0.8. Meanwhile, the effectively initial stiffness of New RC beams is smaller than the traditional RC members. Thus, the effective moment inertia (I_e) of 0.25I_g for New RC beams is suggested as design. Besides, RC sectional moment inertia I_e varies clearly with the shear span ratio (a/d). This finding implied that the member stiffness varied with the structural length could be considered in seismic rather than assuming a constant value as the traditional design. The overstrength factor of beam flexural reinforcement is different due to the different steel strength. Therefore, the overstrength factor for SD690 rebar is 1.15 in average whereas the factor for SD420 is 1.25 in average.

關鍵字(中)

★ 耐震設計
★ SD690鋼筋
★ 新型鋼筋混凝土(New RC)
★ 有效慣性矩
★ 鋼筋超額強度因子

關鍵字(英)

★ Seismic Design
★ SD690 Rebars
★ Newly Reinforced Concrete (New RC)
★ Effective Moment of Inertia
★ Overstrength Factor of Beam Steel Reinforcement

論文目次

摘要 i
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號說明 xi
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的與方法 2
第二章文獻回顧 3
2.1 材料性質 3
2.1.1 鋼筋SD420與SD690之物理性質 3
2.1.2 混凝土彈性模數Ec 4
2.2 耐震設計參數 6
2.2.1 斷面撓曲強度分析 6
2.2.2 超額強度因子 8
2.3 梁構件軀幹曲線之建立 15
2.3.1 初始有效勁度(Initial Stiffness) 16
2.3.2 鋼筋降伏後變形 20
2.3.3 有效版寬對初始勁度的影響 22
2.4 New RC 材料運用於高樓層建築之耐震性能檢核 22
2.5 資料統計分析的方法 24
第三章資料庫試體之耐震設計參數統計結果 26
3.1 文獻資料庫建置 26
3.1.1 資料庫試體參數分析 27
3.1.2 破壞模式 28
3.1.3 試驗設置類型 29
3.2 混凝土彈性模數探討 30
3.3 有效慣性矩探討 31
第四章鋼筋超額強度因子之探討 35
4.1 材料超額強度因子αmat之探討 35
4.2 應變硬化超額強度因子αhar之探討 36
4.3 鋼筋超額強度因子αo之探討 38
4.3.1 統計結果 38
4.3.2 混凝土抗壓強度、拉力鋼筋比與梁剪力跨深比之影響 40
4.3.3 不對稱斷面之影響 41
第五章建議與討論 43
5.1 結論 43
5.2 建議 45
參考文獻 46
附錄A 鋼筋混凝土梁構梁構件耐震試驗資料庫 86
附錄B 統計結果清單 178
附錄C 試體標稱強度計算 200

參考文獻

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指導教授

王勇智(Yung-Chih Wang)

審核日期

2016-10-19

推文