鋼筋混凝土梁疲勞行為之初步研究

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姓名

鐘偉綸(Wei-Lun Zhong) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

鋼筋混凝土梁疲勞行為之初步研究
(Preliminary Study on Fatigue Behavior of Reinforce Concrete Beam with SD690 Steel Bars)

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摘要(中)

本研究主旨在求得高拉力SD690鋼筋之S-N曲線圖，故以鋼筋混凝土梁進行疲勞實驗，記錄SD690鋼筋於不同應力差幅(fr)之反覆載重作用下，所對應之疲勞壽命，並於靜載重與疲勞載重的過程中，記錄梁中點撓度及混凝土應變，且參考梁之撓度、裂縫最大寬度及頂部混凝土壓應變，以探討其疲勞行為。
從文獻[5]可以得知鋼筋的強度較高者，疲勞極限(fr,limit)會相對地較大，代表高強度鋼筋具有較良好的抗疲勞特性。於目前實驗結果可得知，高拉力SD690鋼筋的疲勞特性與文獻[5]所提出之鋼筋疲勞壽命經驗式的計算結果相近。
試體梁之勁度會隨著反覆加載的次數增加而降低，尤其是在疲勞試驗初期，其勁度降低的幅度最為劇烈；而撓曲裂縫寬度也會隨著其反覆受力的次數增加而變寬，以及其最終疲勞斷裂位置，將位於撓曲裂縫寬度最大之處。另外，SD690鋼筋在發生疲勞斷裂之後，於斷面所產生之疲勞裂紋區域占全斷面的比例非常小，不同於SD420鋼筋之疲勞特性。

摘要(英)

This study is to obtain the S-N curve of SD690 high-strength reinforcement. Therefore, the fatigue test is preformed to observe the fatigue behavior of RC beams with SD690 steel reinforcement. In the test, the cyclic fatigue loading, the mid-span deflection, concrete strain, the maximum width of concrete crack, and the compressive strain of top sectional concrete are measured for studying the fatigue characteristics of the New RC beams.
The test results showed that the fatigue life of the higher strength reinforcement SD690 Bars can be predicted by the empirical equations proposed by the literature [5]. The SD690 bar has the higher fatigue limit(fr, limit), and the better fatigue resistance than SD420 reinforcement.
The results also concluded that the stiffness of the New RC beams will decrease as the increase of the number of repeated fatigue loadings, especially in the about first one fifth of the fatigue cycles. That is, the reduction of RC beams stiffness is decreasing severely, and the width of flexural crack becomes wider as the number of repeated loadings increases. The final fatigue fracture locations of all the beam specimens were occurred at one of the top loading points. In addition, fracture area of the SD690 reinforcements is about 7% of total rebar sectional area, which is much smaller than the fatigue area of the SD420 reinforcement, about 50%.

關鍵字(中)

★ New RC
★ SD690高拉力鋼筋
★ S-N曲線
★ 疲勞壽命

關鍵字(英)

★ New RC
★ SD690 High-strength reinforcement
★ S-N curve
★ Fatigue life

論文目次

摘要 vi
Abstract viii
誌謝 x
目錄 xi
表目錄 xiv
圖目錄 xv
符號說明 xviii
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 公路橋梁設計規範 3
2.2 有關鋼筋疲勞研究 6
2.2.1 Collins[6]對於鋼筋的疲勞特性之看法 6
2.2.2 Helgason等人[5] 與MacGregor等人[10]的鋼筋疲勞研究 9
2.2.2.1 應力差幅(fr) 10
2.2.2.2 最小應力(fs,min) 10
2.2.2.3 鋼筋的強度(fy) 11
2.2.2.4 鋼筋的直徑(db) 12
2.2.2.5 鋼筋表面的形狀 12
2.3 有關混凝土疲勞之研究 13
2.4 有關鋼筋混凝土結構疲勞之研究 15
2.5 混凝土彈性模數Ec 15
2.6 高強度鋼筋混凝土結構設計手冊[4] 17
2.6.1 混凝土的等效矩形應力塊 17
2.6.2 T頭主筋之伸展長度 17
2.7 小結 18
第三章試體規劃與實驗步驟 20
3.1 試體規劃 20
3.2 材料試驗 21
3.2.1 鋼筋拉伸試驗 22
3.2.2 混凝土抗壓試驗 22
3.2.3 鋼筋彎曲試驗 23
3.2.4 量測竹節尺寸r/h 24
3.3 試體設計 24
3.4 試體製作 26
3.4.1 黏貼鋼筋應變計 26
3.4.2 錨定T-head安裝 28
3.4.3 鋼筋籠製作 28
3.4.4 應變計整線 29
3.4.5 模板製作 30
3.4.6 模版內預埋母螺栓 30
3.4.7 模板組立 31
3.4.8 試體澆鑄 31
3.4.9 試體拆模與養護 32
3.4.10 試體架設 32
3.5 實驗設備 33
3.5.1 加載系統 33
3.5.1.1 油壓機設備改裝 33
3.5.1.2 程式架構 34
3.5.1.3 雙向千斤頂 34
3.5.2 量測系統 35
3.5.2.1 荷重計 35
3.5.2.2 位移計 35
3.5.2.3 應變計 35
3.5.2.4 手持式電子側微計 35
3.6 實驗方法 36
3.7 實驗數據處理 37
3.7.1 理論標稱載重Pn 37
3.7.2 理論降伏載重Py 37
3.7.3 反覆荷重歷時 38
第四章實驗結果 39
4.1 靜載重實驗 39
4.2 疲勞載重試驗 40
4.2.1 試體HFL-0.7 (fr = 0.7fya) 41
4.2.1.1 試體HFL-0.7-A 41
4.2.1.2 試體HFL-0.7-B 43
4.2.2 試體HFL-0.5 (fr = 0.5fya) 45
4.2.3 試體HFL-0.3 (fr = 0.3fya) 47
4.3 S-N曲線 49
4.4 SD690高拉力鋼筋的疲勞斷裂 50
第五章結論與建議 51
5.1 結論 51
5.2 建議 52
參考文獻 53
附錄A 試體標稱強度計算 133
附錄B 試體降伏載重計算 137
附錄C 以Response-2000分析 139

參考文獻

[1] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary Building Code Requirements for Structural Concrete, ACI 318-14, American Concrete Institute, 2014.
[2] ACI Committee 215, Considerations for Design of Concrete Structures Subjected to Fatigue Loading, ACI 215R-74, American Concrete Institute, 1997.
[3] 交通技術標準規範公路類公路工程部，公路橋梁設計規範，初版，交通部，臺北市，2000年2月。
[4] 中華民國結構工程學會、中華民國地震工程學會、國家地震工程研究中心，高強度鋼筋混凝土結構設計手冊，初版，中華民國結構工程學會，臺北市，2017年12月。
[5] T. Helgason, J. M. Hanson, N. F. Somes, W. G. Corley, and E. Hongnestad, Fatigue Strength of High Yield Reinforcing Bars, National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 164, Trans-portation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., 1976.
[6] M. P. Collins, and D. Mitchell, Prestressed Concrete Structures, Pren-tice-Hall, New Jersey, 1991.
[7] J. Moehle, Seismic Design of Reinforced Concrete Buildings, McGraw-Hill Education, United States of America, 2015.
[8] T. S. Chang, and C. E. Kesler, “Fatigue Behavior of Reinforced Concrete,” ACI Structural Journal, Vol. 55, No. 2, pp. 245-254, Aug. 1958.
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[10] J. G. MacGregor, I. C. Jhamb, and N. Nuttall, “Fatigue Strength of Hot Rolled Deformed Reinforcing Bars”, ACI Structural Journal, Vol. 68, No. 3, pp. 169-179, Mar. 1971.
[11] G. P. Tilly, Fatigue of Concrete Structure, C.E.B Comite Euro International, Republika Hrvatska, 1988.
[12] 中國土木水利工程學會混凝土工程委員會，鋼筋混凝土學 (土木406-100)，科技圖書，臺北市，民國一百年。
[13] 彭耀南、江文卿，「鋼筋混凝土樑之疲勞行為」，中國土木水利工程學刊，第一卷第二期，147~152頁，民國七十八年三月。
[14] 經濟部標準檢驗局，「CNS 560 A2006 鋼筋混凝土用鋼筋」，土木材料及品質管理相關國家標準(CNS規範)，民國九十七年九月。
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[16] C. Bentz, and M.P.Collins, Programs of Response-2000, University of Toronto, V. 1.0.5, Aug. 2000.

指導教授

王勇智

審核日期

2018-8-24

推文