含挫屈束制斜撐圓形鋼管混凝土結構梁柱接頭之試驗與研究

第一篇摘要有鑑於傳統鋼筋混凝土結構與鋼結構之缺點,複合構造強度高、勁度大、施工容易且快速,品質較佳等優點,已成為先進國家研發建築系統之主流。鋼管混凝土柱和傳統結構建物一樣,運用關鍵在於梁柱接頭區施工難易度與抗震表現,吾人希望提供施工便利、品質易控制,同時強度、勁度、韌性均合乎韌性設計要求之接頭設計,供工程師參考。鋼管混凝土最常見的斷面為矩形與圓形斷面兩種,其中又以圓形斷面之力學行為較佳,但在實際應用上卻十分有限,原因乃由於圓形鋼管混凝土梁柱接合在施工與設計上較為困難,另外對於圓形鋼管混凝土之力學行為不易掌握為其主要因素。目前理想的設計取向為工廠焊接、工地栓接之施工方式,吾人嘗試以螺栓貫穿梁柱交會區的方式來設計圓形鋼管混凝土之梁柱接頭,在之前的研究中此種接合方式應用於圓形鋼管混凝土柱,在交會區有發生破壞,故修改之前的設計再次的進行試驗。有鑑於目前梁柱接頭試驗皆以梁柱中心線共線且試體對稱來做研究,實際建築結構設計中則有可能因為土地形狀、空間設計、建築美感等等需求,使梁柱中心線不能共線,不對稱而產生偏心問題,嘗試對於此偏心結構進行試驗,礙於試驗構架設計與試驗之困難度,吾人僅以單邊翼翅擴板之方式來模擬此問題。研究後發現,螺栓式接頭之塑性轉角符合規範之要求,且韌性相當良好,交會區強度足夠發展梁塑鉸。以單邊翼翅擴板模擬結構偏心影響之試體,除了梁受力較不均勻試驗後期有側向挫屈外,接頭之韌性與雙邊擴板相同,塑性轉角也符合規範之要求。第二篇摘要有鑑於傳統鋼筋混凝土結構與鋼結構之缺點,複合構造強度高、勁度大、施工容易且快速,品質較佳等優點,已成為先進國家研發建築系統之主流。國家地震工程研究中心為了結合國外研究資源並提升國內在此領域之研究水準,乃推動中、美、日三國共同合作計劃,進行有關「鋼骨與混凝土複合構造之性能設計」之大型研究計劃,計劃中將進行鋼管混凝土結構實尺寸,三跨度三層樓平面斜撐構架之耐震實驗,在構架之中間跨有加入挫屈束制斜撐,然而在此大型構架試驗之前,有必要先瞭解此構架中子結構之耐震行為,故本研究取此結構梁、柱反曲點間之十字形構架(含挫屈束制斜撐)來進行實驗。本研究之試體乃取自於三層樓CFT構架試驗之一個節點來當做子結構試驗之試體。試體有二支分別採用螺栓式接合與內橫隔板式接合方式,其中螺栓式接頭系採用高拉力螺栓(A490)將焊接於端板上的梁與柱緊密的結合,利用螺栓貫穿交會區來傳遞力量。內橫隔板式接頭則採用橫隔板貫穿交會區的方式來傳遞彎矩,而梁與橫隔板的接合方式乃採用焊接的方式進行,剪力的傳遞則由剪力連接板來承擔,剪力連接板與腹板則用螺栓接合。斜撐則採用蔡克銓、翁崇興之研究,雙鋼管型挫屈束制消能支撐。試驗後發現,斜撐對於交會區之剪力與剪變形關係影響不大,但以抗彎構架之角度進行分析發現,由於斜撐之影響,梁柱接頭之塑性轉角不符合規之要求,且韌性比與沒有斜撐之試體比較下,明顯小了釵h。

作者:黃大華