New RC梁高拉力箍筋型式對耐震行為影響

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陳柏諺(Po-yen Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

New RC梁高拉力箍筋型式對耐震行為影響
(The Effect of High Strength Stirrup Layout on Seismic Behavior of New RC Beams)

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摘要(中)

國內於2007年起，國家地震研究中心開始推行台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發計畫(Taiwan New RC)。本研究配合Taiwan New RC計畫，於本年度規劃四根高強度鋼筋混凝土矩形懸臂梁試體(a/d=3.0)，透過反覆加載試驗，探討不同箍筋型式(箍筋採用SD785竹節筋)對耐震行為影響。
塑鉸區箍筋型式對耐震行為影響，梁HRB-S1b為封閉箍筋由帽蓋繫筋(90°-135°橫向交錯排置) 與U型肋筋之組合，在DR=3.5%以前，試體強度與梁HRB-S1a (標準封閉箍筋)比較，並無明顯差異。但在DR=3.5%以後，梁HRB-S1b試體剪力強度有較早衰減之情形。
至於繫筋有交錯排置(梁HRB-S2a)與無交錯排置(梁HRB-S2b)比較，其結果與梁HRB-S1系列相反。即在DR=3.5%以前，HRB-S2b試體在試體強度上與HRB-S2a試體比較，則有較低之現象，但在DR=3.5%以後，兩試體剪力強度衰減情形較無明顯差異。
由試驗結果得知，各試體在DR=3.5%時，箍筋量測最大應力範圍從680MPa至895MPa(實際降伏應力)以上，且塑鉸區混凝土對剪力仍有貢獻。

摘要(英)

Since 2007 in Taiwan, the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) has launched the Taiwan New RC Project. This study, belonged to one of topics in the project, was designed four rectangular cantilever beams with a/d=3.0 and different stirrup layouts. The objective of this study is to investigate the seismic behavior of these specimens.
The shear strength of the beam HRB-S1b, which had shear stirrups with the combination of U-shape ties and lateral 90°-135° degree tie bars on the top of U-shape ties, did not show significantly different in comparison with the beam HRB-S1a, which had standard close-type stirrups, when the hysteresis loop sustained until DR(drift ratio)=3.5%. However, after DR=3.5%, the beam HRB-S1b had earlier shear degradation comparing with the beam HRB-S1a.
The other two specimens (HRB-S2a and HRB-S2b) were the beam HRB-S2a, which had shear stirrups with 90°-135° degree hook vertically taking turn to tie the middle flexural bar, and the beam HRB-S2b, which had no take-turn 90°-135° hook arrangement in a substandard method. The beams HRB-S1 series had contrary results to the beams HRB-S2 series. That is, the beam HRB-S2b had lower shear strength than the beam HRB-S2a when the hysteresis loop reached DR=3.5%. However, they (HRB-S2a and HRB-S2b) had similar tendency in the shear strength degradation.
Test results indicated that the measured maximum stress of stirrups of all the specimens ranges from 680MPa to more than 895MPa (the actual yielding stress). In the fore-mentioned specimens, concrete still had shear contribution in plastic hinge zone.

關鍵字(中)

★ 新型鋼筋混凝土
★ 高拉力鋼筋
★ 高強度混凝土
★ 箍筋型式
★ 耐震行為

關鍵字(英)

★ New RC
★ High Strength Steel
★ High Strength Concrete
★ Layout of Stirrups
★ Seismic Behavior

論文目次

目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝辭 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號說明 xiii
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 4
2.1 美國混凝土學會ACI規範 4
2.1.1 ACI 318-11之剪力設計 4
2.1.1.1 基本剪力設計 4
2.1.1.2 構架內之撓曲構件耐震設計特別規定 6
2.1.1.2.1 適用範圍 6
2.1.1.2.2 混凝土保護層規定 6
2.1.1.2.3 縱向鋼筋規定 7
2.1.1.2.4 橫向鋼筋規定 7
2.1.1.2.5 剪力強度規定 8
2.1.2 ACI ITG-4.3R-07之等值矩形應力塊參數 9
2.2 紐西蘭規範NZS 3101-2006 10
2.2.1 剪力設計 10
2.2.1.1 混凝土之剪力貢獻 11
2.2.1.2 箍筋之剪力貢獻 12
2.2.2 橫向鋼筋對縱向鋼筋之側向約束 13
2.3 NIST GCR 14-917-30之剪力設計建議 14
2.3.1 箍筋計算降伏強度上限 14
2.3.2 橫向鋼筋對縱向鋼筋之側向約束 15
2.4 鋼筋混凝土梁箍筋錨定對剪力強度影響 15
2.5 N.J Brooke提出之鋼筋超額強度係數計算式 16
2.6 New RC梁塑鉸區實際混凝土剪力強度貢獻 17
2.7 混凝土彈性模數預測公式 18
第三章試體規劃與試體步驟 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
3.3 試體設計 23
3.4 試體製作 24
3.4.1 應變計黏貼流程 24
3.4.2 鋼筋籠綁紮 26
3.4.3 應變計收線 26
3.4.4 錨定T頭(T-head) 27
3.4.5 模板製作與組立 28
3.4.6 混凝土澆鑄 29
3.4.7 試體拆模與養護 30
3.4.8 試體架設 30
3.5 試驗設備 31
3.5.1 加載系統 31
3.5.1.1 非試驗段預力 31
3.5.1.2 雙向千斤頂 31
3.5.1.3 反力鋼梁 32
3.5.2 量測系統 32
3.5.2.1 荷載計 32
3.5.2.2 位移計、應變計 33
3.5.2.3 傾斜儀 33
3.5.2.4 混凝土龜裂測定儀 33
3.6 試驗方法與步驟 33
3.7 試驗數據處理 34
3.7.1 理論標稱載重Pn 34
3.7.2 真實撓度∆ 35
3.7.2.1 非試驗段旋轉對梁產生之額外撓度∆cb 35
3.7.2.2 臨界斷面曲率撓度貢獻∆f,cri 36
3.7.2.3 撓曲撓度貢獻∑∆fi 36
3.7.2.4 剪力撓度貢獻∑∆si 37
3.7.3 降伏位移∆y與實際初始勁度Ki 37
3.7.4 斷面分析之理論初始勁度Ke 38
3.7.5 層間變位角DR與位移韌性比μ∆ 39
3.7.6 相對消能比β 39
3.7.7 箍筋與混凝土之剪力貢獻 40
3.7.8 斜裂縫角度與箍筋標稱剪力強度 41
3.7.9 載重循環衰減率 42
3.7.10 計算主應變角θ p與計算斜裂縫角度 43
3.7.11 箍筋使用效率 45
3.7.12 載重正規化 45
第四章試驗結果 47
4.1 整體耐震行為 47
4.1.1 試體HRB-S1a 47
4.1.2 試體HRB-S1b 55
4.1.3 試體HRB-S2a 62
4.1.4 試體HRB-S2b 69
4.2 塑性變形對撓度之貢獻 77
4.3 塑鉸區箍筋剪力貢獻 78
4.4 塑鉸區混凝土剪力貢獻 79
4.5 實際與計算斜裂縫角度 79
4.5.1 實際斜裂縫角度 80
4.5.2 計算斜裂縫角度 80
第五章試驗結果比較與討論 81
5.1 初始勁度與載重位移包絡線之比較 82
5.1.1 初始勁度之比較 82
5.1.2 載重位移包絡線之比較 83
5.2 理論EcIg與實際(EcIe)m之比較 84
5.3 相對消能比之比較 84
5.4 塑性變形對撓度貢獻之比較 85
5.5 加載循環之強度衰減情形 86
5.5.1 載重循環衰減率之比較 86
5.5.2 正規剩餘強度之比較 87
5.6 實際與計算斜裂縫角度之比較 88
5.7 塑鉸區斷面剪應力分量發展情形之比較 89
5.7.1 塑鉸區箍筋剪應力發展情形之比較 89
5.7.2 塑鉸區混凝土剪應力發展情形之比較 90
5.8 塑鉸區不同箍筋型式之耐震行為比較 91
5.8.1 封閉箍筋由帽蓋繫筋與U型肋筋組合之比較 92
5.8.2 繫筋上下交錯排置與否之比較 92
第六章結論與建議 96
6.1 結論 96
6.2 建議 97
參考文獻 98
附錄A試體標稱強度計算書 284
附錄B高拉力箍筋型式對耐震行為影響 290
附錄C塑鉸區箍筋最大應力應變與斷面位置關係 291

參考文獻

[1] ACI Committee 318, Building Code Requirement for Structural Concrete, ACI318-11 & Commentary, American Concrete Institute, 2011.
[2] ACI Innovation Task Group 4, Report on Structural Design & Detailing for High Strength Concrete in Moderate to High Seismic Applications, American Concrete Institute, 2007.
[3] NZS3101, Concrete Structures Standard, The design of Concrete Structures & Commentary on the Design of Concrete Structures, New Zealand Standard, 2006.
[4] NIST GCR 14-917-30, Use of High-Strength Reinforcement in Earthquake-Resistant Concrete Structures, National Institute of Standards and Technology, 2014.
[5] N.J. Brooke, “The Effect of Reinforcement Strength on the Overstrength Factor for Reinforced Concrete Beams,” Pacific Conference on Earthquake Engineering, 2011.
[6] N.J. Brooke, “Improving the Performance of Reinforced Concrete Beam-Column Joints Designed for Seismic Resistance,” The University of Auckland, Thesis of Ph.D., Nov. 2011.
[7] ACI Committee 363, State-of-the-Art Report on High-Strength Concrete, American Concrete Institute, 1997, pp. 23-24.
[8] ACI Committee 374, Acceptance Criteria for Moment Frames Based on structural Testing and Commentary (ACI 374.1-05), American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2005, pp. 1-9.
[9] T. Paulay, and M.J.N. Priestley, Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Building, John Wiley & Sons, New York, 1992.
[10] P.E. Kavitha, “Strain Transformation and Rosette Gage Theory”, Georiga Institute of Technology School of Aerospace Engineering, AE3145 Laboratory, 2009, pp. 1-7.
[11] J.C. Varney, M.D. Brown, O. Bayrak, and B.W. Poston, “Effect of Stirrup Anchorage on Shear Strength of Reinforced Concrete Beams”, ACI Structural Journal, V.108, No.4, July-August. 2011, pp. 469-478.
[12] 洪立彥，｢New RC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。
[13] 廖于興，｢New RC梁撓曲剪力設計研究｣，國立中央大學，碩士論文，民國一百零四年。
[14] 內政部建築研究所，「高強度鋼筋混凝土應用在高樓層建築物之耐震性能探討」，民國一百年。
[15] 陸景文，｢台灣地區混凝土抗壓強度與彈性模數特性研究｣，國立台灣大學，博士論文，民國一百零四年。
[16] 經濟部標準檢驗局，土木材料及品質管理相關國家標準(CNS規範)，民國九十七年。
[17] 中國土木水利工程學會，混凝土工程設計規範與解說，土木401-100，民國一百年。
[18] 財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心，「新世代超高強度鋼筋混凝土結構系統研發」，民國一百年。
[19] 內政部建築研究所，「超高強度鋼筋混凝土建築結構設計施工審核要項之研擬」，民國一百零二年。

指導教授

王勇智(Yung-chih Wang)

審核日期

2015-8-12

推文