桁架軟化模式應用於無水平箍筋梁柱接頭剪力及變形曲線預測之研究

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賴宗祺(Tzung-Chi Lai) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

桁架軟化模式應用於無水平箍筋梁柱接頭剪力及變形曲線預測之研究
(Prediction on Shear Stress-Strain Curve of Beam-Column Joint without Shear Reinforcement by Means of Softened Truss Model)

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摘要(中)

有鑒於 Hakuto 所提出之接頭剪力衰減模式，僅是由實驗數據歸納而得，缺乏相關的理論背景。因此本研究主要是將梁柱接頭模擬成平版抗剪的形式，並以桁架軟化模式做為理論依據，進行有關梁柱接頭在載重歷時中，所產生的剪力強度衰減曲線之評估，以確切了解到接頭在損壞後的殘餘抗剪強度，作為現行結構耐震評估的重要依據。
由分析討論的結果得知，利用桁架軟化模式分析接頭的極限抗剪強度時，由於接頭鋼筋不屬於均勻分佈，因此鋼筋比必須作適當的折減，如此可預測出接頭的極限抗剪強度，而在剪力衰減的評估方面，主要是取決於混凝土的軟化模式。目前本研究結果，以 Belarbi 和 Hsu 在1995年所提出的軟化係數，並配合 Thorenfeldt 曲線形式，較能描述接頭軟化行為，但仍有待更多的實驗進行驗證。

摘要(英)

This thesis comes from an idea of Hakuto’s shear degradation curve provided in 1990’s, proposing a rationally theoretical model verified basing on experimental data. The purpose of this study is to simulate the beam-column joint using a panel truss model via present concrete softened theories to find out the degradation curve of joint. Meanwhile, the analytical results of shear. Degradation on curves of beam-column joints can offer a tool for the seismic assessment of building structures.
Results show, in order to predict the ultimate joint stress, the ratio of joint reinforcement have to properly reduce, restricting to the assumption of distributed joint reinforcement of the panel analysis. To obtain joint shear degradation curve, previous softened concrete models are adopted. According to data fitting, 1995’s Belarbi and Hsu softened model with Thorefeldt can simulate the behavior of beam-column joint well. However, it needs more experimental verification.

關鍵字(中)

★ 軟化係數
★ 平版
★ 桁架
★ 剪力衰減
★ 梁柱接頭

關鍵字(英)

★ panel
★ beam-column joint
★ tru
★ shear degradtaion

論文目次

目錄
目錄 Ⅰ
表索引 Ⅲ
圖索引 Ⅳ
符號說明 Ⅶ
第一章緒論
1.1前言 1
1.2研究動機與方法 2
第二章文獻回顧
2.1美國ACI規範 3
2.2 Hakuto之剪力衰減模式 5
2.3桁架模型與壓拉桿模型 6
2.3.1壓拉桿模型 7
2.3.2軟化壓拉桿模型 8
2.3.3 桁架模型(壓力場理論) 10
2.4開裂後混凝土軟化效應 11
第三章理論分析
3.1壓力場理論 18
3.2修正後的壓力場理論 22
3.3旋轉角度的軟化桁架模型 25
3.4固定角度的軟化桁架模型 29
3.5理論之分析流程 32
第四章分析結論與討論
4.1內接頭實驗驗證 35
4.2軟化模式的影響 39
4.3 參數分析 44
4.3.1混凝土強度的影響 44
4.3.2柱向鋼筋比的影響 45
4.3.3擴柱的影響 46
4.4 外接頭實驗驗證 47
第五章結論與建議
5.1 結論 49
5.2 建議與未來展望 50
參考文獻 52
表 57
圖 61
表索引
表2-1 壓拉桿與桁架模型的比較 57
表4-1 何偉智[28]原型試體在修正壓力場理論中相關的變數值 57
表4-2 內接頭試體JIS之材料性質 58
表4-3 使用修正壓力場理論評估各內接頭 58
表4-4 郭瑞宗[29]原型試體在修正壓力場理論中相關的變數值 59
表4-5 使用Hsu軟化係數(4.8)式與Thorenfeldt曲線形狀進行評估
59
表4-6 JIO原型試體在修正壓力場理論中相關的變數值 60
表4-7 使用修正壓力場理論評估各外接頭 60
圖索引
圖2-1 接頭之有效斷面積 61
圖2-2 Hakuto梁柱內接頭剪力衰減曲線 61
圖2-3 D區域及不連續區 62
圖2-4 單跨深梁承受壓拉桿模式 62
圖2-5 節點的分類 63
圖2-6 壓桿的分類 63
圖2-7 軟化壓拉桿模擬內接頭 63
圖2-8 對壓混凝土壓碎強度 64
圖2-9 金屬I型樑的抗剪行為 64
圖2-10 Vecchio 與 Collins 的軟化模式 65
圖2-11 Hsu建議的軟化模式 66
圖3-1 壓力場理論之自由體圖 66
圖3-2(a) 圓柱試體應力應變狀態 67
圖3-2(b) 混凝土開裂後之應力應變狀態 67
圖3-3(a) 壓應變對於壓應力的影響 68
圖3-3(b) 拉應變對於極限抗壓強度的影響 68
圖3-3(c) 三維混凝土應力應變曲線圖 69
圖3-4 壓力場中應變諧和條件 69
圖3-5 鋼筋混凝土樑腹版之剪力場 70
圖3-6 修正後的壓力場理論之自由體圖 70
圖3-7 開裂後混凝土在裂縫處的力量的傳遞 71
圖3-8 各類裂縫寬度 71
圖3-9 影響裂縫寬度的因素 72
圖3-10 開裂後混凝土拉應力與拉應變關係 72
圖3-11 旋轉角與固定角軟化桁架模式的差異 73
圖3-12 桁架模型的分析流程 74
圖4-1 何偉智[28]內接頭原型JI試體 75
圖4-2 內接頭試體JIS之接頭配筋圖 75
圖4-3 以鋼筋折減係數作參數評估何偉智[28]原型試體 76
圖4-4 郭瑞宗[29]內接頭原型試體 76
圖4-5 不同的軟化模式之預測值與何偉智[28] 原型試體實驗值
之比較 77
圖4-6 不同的軟化模式之預測值與郭瑞宗[29] 原型試體實驗值
之比較 77
圖4-7 將不同的軟化係數建立在Thorenfeldt 曲線上進行何偉智
原型試體[28]的分析 78
圖4-8 將不同的軟化係數建立在Thorenfeldt 曲線上進行郭瑞宗
原型試體[29]的分析 78
圖4-9 作為參數分析用的原型內接頭JIO試體 79
圖4-10 混凝土抗壓強度對JIO試體抗剪能力的影響 79
圖4-11 當，柱向鋼筋比對JIO試體抗剪能力的影響 80
圖4-12 當，柱向鋼筋比對JIO試體抗剪能力的影響 80
圖4-13 當，梁向鋼筋比對JIO試體抗剪能力的影響 81
圖4-14 當，梁向鋼筋比對JIO試體抗剪能力的影響 81
圖4-15 當，梁向鋼筋比對JIO試體抗剪能力的影響 82
圖4-16 JIO試體在不同的混凝土抗壓強度以及樑向鋼筋比之下的剪力衰減模式 82

參考文獻

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指導教授

王勇智(Yung-Chih Wang)

審核日期

2004-7-15

推文