在不同軸力下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究

國內現行SRC構造設計規範對填充混凝土箱型鋼柱之設計規定,主要參考美、日等國有關鋼管混凝土 (Concrete-Filled Tube,簡稱為CFT)柱之試驗成果,並且CFT柱之斷面形式大都採用無縫鋼管或由兩個槽鋼銲接而成。但是,國內較常採用由四片鋼板銲接組合而成之箱型鋼柱(CFBC), 甚少使用無縫鋼管,兩者間之結構行為亦應有所差異,故需進行填充混凝土箱型鋼柱之實體試驗,藉以瞭解其破壞模式之差異性,以及驗證其耐震性能之有效性。

二、研究方法及過程

在研究方法上的工作,包括國內外文獻資料蒐集與整理、試體設計與製作、柱撓曲行為試驗、材料機械性質試驗、實驗數據整理與分析模型之建立及報告撰寫等步驟。針對實驗成果將對以下問題做進一步的探討及暸解:

1. 探討不同軸壓載重作用之影響。

2. 探討主軸與非主軸彎曲之影響。

3. 尺寸效應之影響。

三、重要發現

依據本研究實驗結果顯示,相關重要發現說明如下:

1. 當柱鋼骨斷面寬厚比(b/t)為32,並且軸壓載重比(P/Pno)為20至45%間,試體Mexp/M之比值,大約隨著試體軸壓載重之增加而減小,但是差異不是很大。

2. 試驗結果顯示柱斷面鋼骨肢材寬厚比為32時,試體軸壓載重愈大者,所對應之塑性轉角容量p愈小,具有的變形能力愈差;當試體軸壓載重比(P/Pno)大於35%時,其塑性轉角容量p甚至可能低於3% rad,須特別留意。

3. 試體軸壓載重愈大,所對應之撓曲韌性比μ愈小,顯示試體軸壓載重對塑性變形能力的影響,是非常明顯的。 IX 在不同軸力作用下填充混凝土箱型鋼柱之撓曲行為研究(1/2)

4. 在柱斷面鋼骨肢材之寬厚比為32,試體軸壓載重比為20%之時,當斷面寬度由31cm增大至41cm時,試體尺寸效應對斷面Mexp/M之值,並沒有明顯的影響。在研究範圍內,試體斷面寬度愈大者,所對應之撓曲韌性比μ愈小,亦即試體斷面之尺寸效應,將可能影響試體塑性變形之能力。

四、主要建議事項

立即可行建議—賡續辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為研究。

主辦機關:內政部建築研究所

協辦機關:建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會

本研究實驗結果顯示,當柱斷面鋼骨寬厚比為32,試體軸壓載重比大於35%時,試體塑性轉角容量p已無法滿足3% rad之需求,顯示試體軸壓載重對塑性變形能力的敏感性,應該再進行更詳盡的驗證與探討,所以建議後續能夠辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為的研究。

立即可行建議—賡續辦理高軸力填充混凝土箱型鋼柱耐震行為

主辦機關:內政部建築研究所

協辦機關:建築師公會、結構工程技師公會、土木技師公會

本研究實驗結果顯示,當柱試體斷面由31cm增加至41cm時,雖然試體尺寸效應對Mexp/M值並沒有明顯的差異,但是當改變試體的斷面尺寸後,將會影響柱試體的塑性變形能力與遲滯能量消散行為,建議對於相關研究應該規劃大尺寸柱之斷面,以期盼能更符合實際的工程狀態。

作者:陶其駿、蔡煒銘