NCREE-2025-003 |
臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V5.0)
「臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V5.0)」(下簡稱本手冊)是以側推分析為基礎之非線性靜力分析方法,應用容量震譜法,求取結構物之耐震性能;延續TEASPA V4.0版,配合各結構分析軟體之功能,新增PMM非線性鉸功能,適用於高樓層或是不規則建築物受大軸力變化的行為。不規則結構受到單向側推,同時產生正交方向之變形,PMM非線性鉸能反映不規則結構雙向同時變形之行為。為方便工程師操作本手冊的非線性鉸參數計算,TEASPA V5.0提供單機版程式,不再受限於網路環境不佳而無法使用線上服務網頁之問題,惟使用單機版本程式,需定期至TEASPA線上服務網頁確認更新版本。
除了鋼筋混凝土建築結構的耐震能力詳細評估,隨著建築物之老舊與設計規範之持續更新,臺灣既存的鋼構造建築結構之耐震能力可能有所不足,且近年來,國內採用鋼構造之新建建築結構逐年增加,未來鋼構造建築結構有耐震能力評估與補強之需求。延續鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估方法之原理,本手冊整合TEASPA-S V2.0內容,提供鋼結構關鍵構件行為模擬方法,以進行鋼結構耐震性能之評估。
本手冊是以非線性靜力側推分析法為基礎所發展之評估方法,系屬建築物耐震設計規範第8.2節所認可評估方法之一。惟建築物屬耐震設計規範8.2節解說所稱「若目標建築物屬本規範3.1節所規定之類型,並且其地面以上樓層之第一模態有效振態質量比小於60%者,宜以非線性動力歷時分析或其它經認可之方法,作為結構詳細評估方式」。另本手冊結構構造可適用於一般鋼筋混凝土造、加強磚造或鋼構造建築物,惟使用者與工程師應負其專業簽證責任。
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NCREE-2024-001 |
混凝土填充箱型鋼柱非線性鉸模型研究
目前國家地震工程研究中心鋼構造建築結構耐震評估手冊(TEASPA-S)對於柱斷面只有銲接箱型鋼柱之非線性鉸模型,對於其他斷面設計之柱構件並無法分析與評估耐震能力。而台灣常見的鋼結構柱設計除了常見的矩形銲接箱型柱以外,不少工程師會在銲接箱型柱內填充混凝土用來增加柱的強度與勁度,但國內外相關規範缺乏矩形填充混凝土箱型鋼柱非線性鉸模型。
本研究蒐集國內外相關試驗,藉由實驗得到的遲滯迴圈之包絡曲線可得到各試體的非線性行為,將資料整理並進行統計回歸,研擬出建議之非線性鉸模型,此曲線以A到E五點表示,其中A點為原點,B點為降伏強度點,C點為極限強度點,D點為殘餘強度點,E點為極限轉角點。本研究以15層抗彎矩構架模型詳述側推分析流程,該模型柱為銲接箱型柱、梁為H型鋼梁,並在相同模型下更改柱為混凝土填充箱型鋼柱,並套用本研究建議之非線性鉸進行非線性側推分析,兩模型相互比較其耐震能力,結果顯示使用混凝土填充箱型鋼柱確實能有效提升建物之耐震性能。
本研究以國內工程師常用之結構分析軟體ETABS,提出矩形填充混凝土箱型鋼柱建議之ETABS內建遲滯模型,結果顯示,使用Kinematic Hysteresis Model模擬構件遲滯行為表現最佳,接著以側推分析相同之混凝土填充箱型鋼柱模型進行非線性動力歷時分析時,研究挑選了9筆真實地震歷時進行模擬,分析結果顯示最大層間變位平均值在X向為2.17%,Y向為2.48%,符合性能目標。研究建議在選擇地震歷時時考慮均方誤差值,以避免建築物反應過大而造成過度保守的分析結果。研究比較了非線性側推分析與非線性動力歷時分析的結果,顯示兩種分析方法在最大基底剪力強度上的結果相近,但在最大屋頂位移則相差較大,但動力歷時分析能更準確模擬高樓層建築物在地震中的真實行為。
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NCREE-2023-012 |
鋼構造建築結構耐震評估技術手冊(TEASPA-S V2.0)
臺灣對於鋼筋混凝土建築結構的耐震能力詳細評估,在評估方法研究及工程實務應用均已相當成熟,但隨著建築物之老舊與設計規範之持續更新,臺灣既存的鋼構造建築結構之耐震能力可能有所不足,且近年來,採用鋼構造之新建建築結構逐年增加,往後將有越來越多鋼構造建築結構有耐震能力評估與補強之需求。本研究所述之鋼構造詳細評估法為延續鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估方法之原理,以容量震譜法與非線性靜力側推分析為基礎,並使用國內工程師普遍使用之ETABS程式進行非線性靜力側推分析以獲得容量曲線,透過容量震譜法轉換為耐震性能曲線,以進行結構耐震性能之評估。
本手冊依據耐震設計規範,研擬既有鋼構造建築非線性靜力側推分析及非線性動力歷時分析之耐震性能目標,並建議鋼柱、鋼梁及同心斜撐非線性鉸參數,及執行動力歷時分析時合適之ETABS遲滯迴圈模型。另外,本手冊提供進行耐震評估時須檢核之項目與方法,以協助工程師確保耐震評估結果之合理性,避免對於評估結果錯誤判讀,而影響評估結果之準確性。
最後,本手冊提供抗彎矩構架及同心斜撐構架鋼構造建築之詳細評估案例,說明評估流程及探討評估結果,以供工程實務參考。
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NCREE-2023-011 |
鋼結構同心斜撐構架之側推及非線性動力歷時分析耐震能力評估
在臺灣發生地震是非常地頻繁,因此建立老舊建築結構的耐震能力評估辦法是相當重要的,以避免這些老舊建物於地震中造成傾倒,而使人民生命及財產受到地震的威脅。臺灣目前對於鋼筋混凝土建築結構的耐震能力詳細評估方法研究及工程實務應用均已相當成熟。隨著建築物之老舊與設計規範持續更新,臺灣既存的鋼構造建築結構耐震能力可能有所不足。因此,這些耐震能力不足的鋼構造建築結構將有耐震評估及補強之需求,以提升臺灣即有鋼結構建築之耐震安全性。
本研究評估對象為同心斜撐構架系統。鋼構造詳細評估法為延續鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估方法之原理,以美國ATC-40容量震譜法與非線性側推分析(Pushover Analysis)為基礎。使用國內工程師普遍使用之ETABS程式進行非線性側推分析以獲得容量曲線即基底剪力及屋頂側向位移的關係曲線。並且針對設計規範建築高度等要求,只進行側推分析有不易預估中高樓結構高頻振態之反應現象,因此利用台灣地震歷時資料進行非線性動力歷時分析(Time History Analysis),以兩者分析進行結構耐震性能之評估,比較其兩者之間的差異。
本研究蒐集國內15組相關鋼構造試驗,由實驗可得到遲滯迴圈之包絡曲線,進行統計回歸,提出斜撐構件受力與變形之建議塑鉸曲線,並與ETABS程式內建預設ASCE41-13塑鉸曲線比較;柱梁則採用ASCE 41-13建議之構件非線性鉸性質。評估時,考量傳統梁柱接頭及改良式梁柱接頭,針對 475 年回歸期設計地震研擬建議之性能目標評估基準,本研究列出進行耐震評估時須檢核之項目與方法,以確保耐震評估結果之合理性。最後,本研究將十五層樓同心斜撐構架示範案例,利用非線性側推分析及非線性動力歷時分析進行完整的詳細評估,說明評估流程及探討評估結果。
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NCREE-2022-014 |
鋼構造建築結構耐震評估技術手冊 (TEASPA-S V1.1)
臺灣對於鋼筋混凝土建築結構的耐震能力詳細評估,在評估方法研究及工程實務應用均已相當成熟,但隨著建築物之老舊與設計規範之持續更新,臺灣既存的鋼構造建築結構之耐震能力可能有所不足,且近年來,採用鋼構造之新建建築結構逐年增加,往後將有越來越多鋼構造建築結構有耐震能力評估與補強之需求。本研究所述之鋼構造詳細評估法為延續鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估方法之原理,以容量震譜法與非線性靜力側推分析為基礎,並使用國內工程師普遍使用之ETABS 程式進行非線性靜力側推分析以獲得容量曲線,透過容量震譜法轉換為耐震性能曲線,以進行結構耐震性能之評估。
本手冊依據耐震設計規範,研擬既有鋼構造建築之耐震性能目標。本版手冊之鋼柱及鋼梁非線性鉸參數採用ASCE 41-13 之建議,同心斜撐則採用本手冊建議之本土化非線性鉸參數。本手冊提供進行耐震評估時須檢核之項目與方法,以協助工程師確保耐震評估結果之合理性,避免對於評估結果錯誤判讀,而影響評估結果之準確性。
最後,本手冊提供抗彎矩構架及同心斜撐構架鋼構造建築之詳細評估案例,說明評估流程及探討評估結果,以供工程實務參考。
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NCREE-2022-017 |
臺灣校舍耐震評估與補強計畫
歷年來之地震災損報告均指出臺灣之中小學校舍為破壞最嚴重的一群建築物,因此儘速透過補強的手段來提昇校舍的耐震能力,實為當務之急。然而臺灣的公立高中職以下學校有 3,621 所,而校舍建築高達 27,227 棟。若無經濟有效之方法,如此龐大的數量極易耗盡財源,而難以成功。故採取經濟有效之策略,按照輕重緩急之順序,全面地逐年提昇校舍結構之耐震能力,方能解決此一問題。有鑑於此,教育部向政府申請專案經費,於2009 年至 2022 年投入新臺幣約 1,284 億之經費,全面地提昇公立高中職以下校舍結構之耐震能力。校舍計畫執行 14 年來,教育部已協助各縣市完成9,550 棟校舍之耐震能力提昇工程,其佔臺灣高中職以下校舍總數的 35%。如此高之工程鋪蓋率,此對臺灣校舍耐震能力之提昇確有助益。
臺灣公立高中職以下校舍耐震評估與補強計畫之推動、督導、管理及施作,全賴教育部、縣市教育局處與各級學校行政人員所完成。國家地震工程研究中心受教育部委託,成立老舊校舍耐震補強專案辦公室,以提供技術研發與行政支援之功能。國震中心於 2003 年全力投入校舍耐震補強計畫之準備工作,期間擬訂執行架構,並作技術與行政工作之整備。於 2009年開始協助教育部推動老舊校舍耐震評估補強計畫,而於 2022 年結案。故對國震中心而言,校舍耐震評估與補強計畫之推動為 20 餘年期的工作。本文即報告此校舍耐震補強計畫之緣起、推動策略、整備工作、技術特色、執行情況、資料統計與計畫成效等成果。
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NCREE-2022-009 |
創新鋼筋混凝土連接梁耐震行為研究
本研究進行鋼筋混凝土剪力牆連接梁之耐震性能研究,本研究研發具備良好耐震性能且同時具有容易施工特性之鋼筋混凝土連接梁。短跨度之鋼筋混凝土連接梁容易發生剪力破壞及主鋼筋的握裹滑移破壞。本研究提出兩種不同之連接梁耐震性能提升方案。第一種方案為在採用傳統梁配筋之連接梁內部置入提供剪力強度之片狀鋼板;第二種方案則是對傳統配筋連接梁以鋼筋混凝土進行包覆處理。但梁的端部有保留縫隙,為使包覆混疑土僅可提升原梁斷面的剪力強度及主鋼筋的握裹強度,但不提升原梁斷面之彎矩強度。
本研究共設計及製作四座跨深比 2 及 3 之大尺寸鋼筋混凝土連接梁試體。為避免試體發生剪力破壞及主鋼筋的握裹破壞,主要的設計參數包括主鋼筋的號數,箍筋的間距與繫筋的數量。對於鋼板複合連接梁方案,由試驗結果發現,跨深比 2 之 CB2-1 試體,其側力強度與標準試體 CB20SW1 接近,但試體的極限層間位移則提高一倍,剪力破壞及握裹破壞均可有效控制,並且能夠避免後期側力強度的衰降速度,試體的塑性鉸主要發生在梁的端部,屬於理想的撓曲破壞。
對於包覆混凝土之連接梁耐震性能提升方案,跨深比2之CB2-2試體之極限層間位移可達 5.81%,韌性表現非常良好,且其主要的破壞也是發生在梁的端部,為具韌性的破壞模式。
採用這兩個設計方案,跨深比為3的兩座試體,試驗結果均與跨深比為2之試體接近,均具有良好的韌性表現。綜合實驗結果證實,本研究所提的兩個鋼筋混凝土連接梁方案均具有良好的耐震性能表現,可供工程實務應用之參考。
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NCREE-2020-005 |
臺灣結構耐震評估與補強技術手冊 (TEASPA V4.0)
「臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V4.0)」(下簡稱本手冊)是以側推分析為基礎之非線性靜力分析方法,應用容量震譜法,求取結構物之耐震性能;延續TEASPA 3.1版,配合ETABS及SAP2000等結構分析軟體之功能,將柱構件兩端改設置為P-M非線性鉸,透過柱斷面軸力與彎矩互制關係,計算隨軸力變化柱構件之非線性鉸參數,能反映出地震下柱軸力之實際行為;針對構件耐震行為之背骨模型,本手冊更新鋼筋混凝土柱、短柱、短梁、無開口RC牆、開口RC牆、及開口磚牆等構件之非線性鉸參數。為方便工程師操作本手冊的非線性鉸參數計算,國震中心與中興社合作開發一套輔助程式之線上服務網頁,輔助工程師進行模型構件非線性鉸設定、結構系統之耐震性能計算;本線上服務網頁可提供工程師依個案條件,擇需要檢核的桿件,輸出選定構件之非線性鉸參數計算書,以便進行檢核。
在耐震補強技術方面,參考地震勘災經驗,山上區公有市場軟弱底層結構,於2016年美濃地震後底層完全倒塌;而南化區公有市場因於震前有設置臨時支撐,在2016年美濃地震後未倒塌,顯見這些臨時支撐具有抗倒塌效果。可見若能於底層增加補強構件,雖僅為階段性補強,但至少能達到防止倒塌的目標。因此本手冊除了更新詳細評估技術外,也新增數個補強工法,可供各類型建築進行完整補強之選項。然而,若建築物因工程技術以外之因素,無法執行完整補強,本手冊也依據建築物耐震設計規範第八章,提供耐震階段性補強工法之設計程序與技術,並分別以案例操作說明完整補強或階段性補強,提供予工程師進行補強設計之參考。
本手冊延續TEASPA 3.1版,適用範圍不再受六層以下建物之限制,可適用一般鋼筋混凝土造或加強磚造之平面規則建築物,惟使用者與工程師應負其專業責任。對於平面不規則之鋼筋混凝土造或加強磚造建築物,採本手冊介紹之方法配合高模態及扭矩之考慮,可提供具參考價值之分析結果。
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NCREE-2019-001 |
含鋼板之高強度鋼筋混凝土剪力牆連接梁耐震行為研究
前期研究已證實連接梁內置剪力鋼板能提升強度與勁度,鋼板錨定長度能控制鋼板彎矩強度發展,在鋼板無剪力釘情況下,鋼板與混凝土間無任何傳力機制,造成鋼板無法充分提升梁身剪力容量,梁體受力變形大時,強度快速衰降且核心混凝土擠碎。本研究主要探討在鋼板上開孔配置側向繫筋加強鋼板和混凝土複合對連接梁耐震行為影響,並提出鋼板用量之設計方法。
本研究設計五座高強度鋼筋混凝土連接梁試體,以內置鋼板、添加剪力釘、跨深比與鋼板用量為主要設計變數。實驗結果顯示內置鋼板並配置側向繫筋能提升梁體剪力容量,且破壞模式由剪力破壞轉變為撓曲破壞,鋼板開孔配置側向繫筋能替代剪力釘改善混凝土與鋼板間複合並傳遞剪力,鋼板端部的承壓翼板與加勁板會使錨定區域破壞,造成含鋼板連接梁強度快速衰降。
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NCREE-2018-012 |
鋼構造建築物耐震能力詳細評估
完整的建築物耐震能力評估包括初評與詳評,本研究提出鋼構造建築物耐震能力初步評估與詳細評估辦法。鋼構造建築物耐震能力初步評估法適用於低矮型的鋼結構建築物,以檢核柱、斜撐等抗側向力構件是否能滿足耐震需求判斷建築物的耐震性能。鋼構造詳細評估法為延續鋼筋混凝土建築物耐震能力詳細評估方法之原理以容量震譜法與非線性靜力側推分析為基礎,並使用國內工程師普遍使用之ETABS程式進行非線性靜力側推分析。本研究整理與統計國內已完成的118筆鋼結構構件試驗資料,提出構件受力與變形之建議塑鉸曲線,且與ETABS程式內建值、FEMA 273及ASCE 41-13等建議塑鉸曲線比較,顯示本研究所提出的受力與變形曲線較為接近試驗結果且偏保守。其次,經由分析兩座門形鋼構架與一座同心斜撐鋼構架試驗結果,使用本研究提出的構件受力與變形曲線所得之構架側推曲線仍較ETABS程式及FEMA273及ASCE41-13接近試驗反應,顯示本研究所提出之構件受力與變形曲線確實較為合理。最後,本研究選取兩棟鋼構造建築物進行耐震初步評估及詳細評估,以完整說明鋼構造耐震評估流程並對評估結果進行討論。
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NCREE-2018-014 |
雙層集成材門形構架振動台試驗
LSB接頭係日本小松幸平教授所研發適用於集成材構架之抗彎矩接頭,已完成之試驗證實LSB接頭具有高初始勁度且具良好的韌性及耐震性能。本研究使用小松教授於國家地震工程研究中心所建立之兩層樓集成材門型構架進行振動台試驗,以探討LSB接頭集成材構架之耐震性能。於柱腳LSB接頭之金屬接合板,除測試小松幸平教授所研發之長條孔限縮設計型式外,亦測試長條孔未限縮型式,並嘗試調降柱腳及梁柱接頭處LSB螺栓扭力值為設計值之50%、25%及12.5%,以探討螺栓滑移對於構架能量消散能力及構架行為之影響。試驗以921集集地震及神戶地震作為加載振波,輸入單向加速度並由小至大逐次放大PGA值。試驗結果顯示,採用長條孔未限縮之接合板,並調降LSB接頭螺栓扭力值,可使接合螺栓於受震過程中產生滑移行為,使各樓層加速度反應下降,增加樓層側位移。柱腳LSB接頭採用50%之鎖固扭力值時,構架頂層加速度可降低15%,但頂層側位移量則增加30%;若將柱腳LSB接頭調降到12.5%扭力值,構架頂層加速度將上升超過25%,且頂層側位移量更增加200%以上,顯示過度調降鎖固扭力值,將造成樓層加速度及側位移量均過度上升。本研究以有限元素程式ABAQUS建立兩層樓構架之有限元素模型並進行分析,在樓層加速度與側位移皆有與試驗相近之結果,顯示本研究建立之有限元素模型可有效模擬兩層樓構架試體之動態行為反應。
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NCREE-2018-013 |
含鋼板之鋼筋混凝土剪力牆連接梁耐震行為研究
結構工程師在對剪力牆系統之連接梁(coupling beam)根據ACI規範做設計時,需在連接梁中配置縱向鋼筋、橫向鋼筋、對角向鋼筋與圍束鋼筋,其中使用對角向鋼筋之配筋形式於現場施工相當困難,由於對角向鋼筋必須有一定的伸展長度,故必須斜向插入剪力牆之邊界構材內,再加上圍束鋼筋於現場施做時,因連接梁內縱向與橫向鋼筋之排置緊密,造成現場施工上有許多的困難。為了解決規範之對角鋼筋籠所造成的施工問題,國震中心近期研究已完成各種簡化對角鋼筋之配筋及驗証傳統梁配筋之行為表現,由實驗結果顯示,對角鋼筋用量明顯影響連接梁後期之剪力強度及整體韌性;而僅配直通鋼筋之傳統梁配筋型式連接梁,可發展足夠彎矩強度,但在後期易因剪力強度衰降快速,使得整體韌性不足。採用傳統梁配筋之連接梁若能減緩後期剪力強度衰降速度並提升韌性能力,將可取代對角向配筋設計,解決現場施工難題,進而普級韌性剪力牆系統之應用。
本研究針對傳統梁配筋型式連接梁韌性不佳之問題,提出於RC連接梁內部置入剪力鋼板之改善方案,由於置入之鋼板主要提供剪力強度,並非提供彎矩強度,因此,僅需使用少量之鋼板面積,且端部僅需剪力傳遞,故邊界構材之端部錨定相對容易許多,此型式之連接梁更具備可預鑄之優勢,故極具研發價值。本研究主要經由實驗與分析之方式,進行六座跨深比2之連接梁試體,經由雙曲率與零軸壓之狀態下進行反覆載重試驗,發展置入鋼板於邊界構材之端部錨定型式,探討不同鋼板添加量對於連接梁剪力強度提升效果與韌性改善情形,並提出置入鋼板及端部錨定之設計方法。
試驗結果顯示超過ACI 318-14規定之剪力上限之傳統型連接梁試體,不僅發揮其撓曲能力,也展現極限層間位移大於4%之位移能力,而在不同鋼板錨定長度之試體中,可看到能藉由改變錨定長度來控制撓曲強度之發展,從不同用鋼量之試體中,可得知較少用鋼量之試體,能展現較良好之耐震行為。
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NCREE-2018-007 |
高強度鋼筋混凝土剪力牆連接梁耐震配筋之研究
傳統型剪力牆系統通常配置在核心部分作為抗側力系統,但是由於美觀或實際需求,剪力牆系統經常需要設置門、窗等,故而對剪力牆開孔,所以剪力牆常使用延展性與能量消散較佳的連接梁(Coupling Beams)做連結,並期望塑鉸發生在連接梁端部與剪力牆底部,降低剪力牆其他區域損害程度,以維持耐震機制,形成連接式剪力牆系統。但由於美國規範ACI 318-14規定跨深小於2之連接梁需配置滿足規範型式之對角鋼筋籠,因其對角鋼筋籠之型式容易造成施工困難,導致施工品質不佳;且於規範之連接梁標稱剪力強度及上限值有過於保守趨勢,造成工程師不易設計合適之連接梁。另外,為了滿足高樓RC建築所需之高規格的耐震強度,採以部分材料使用新型高強度材料,並嘗試不同對角配筋型式,期望有效的使用高強度材料,藉此減少材料用量,提高環保意識。
本試驗共設計五座跨深比為1.5之連接梁試體,經由雙曲率與零軸壓之狀態下進行反覆載重試驗,在不同之對角鋼筋降伏強度及對角配筋型式變化下,探討新型高強度材料應用於連接梁之情形,並針對美國規範ACI 318-14對於連接梁之對角配筋型式及標稱剪力強度進行探討與檢核其必要性。
試驗結果顯示高強度材料應用於跨深比為1.5之連接梁時仍展現極限層間位移大於6%之位移能力,而對角束筋型式為可行之配筋方案之一,另外,使用高強度對角鋼筋可有效降低鋼筋比,改善施工問題,並展現相當良好之耐震行為。
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NCREE-2018-006 |
層間梁結合擴柱工法應用於雙層RC構架耐震補強之驗證
目前台灣地區對於耐震能力不足的中小學校舍大多以擴柱方式進行補強。由於擴柱工法主要在增強個別柱體之撓曲及抗剪強度,對於中高層建築物耐震能力之提升效果十分有限。為提高擴柱工法之補強效益,本研究中提出一種以層間輔助梁結合擴柱之補強方式。藉由層間梁兩端在構架側向變形中所產生的抵抗彎矩,擴柱所增加之柱體強度將能更有效地發揮。先期研究中顯示結構物在以上述工法補強後,其耐震能力確實有明顯的提升。為進一步探討層間梁高程提高對補強效果之影響並驗證其應用於多樓層建築物之可行性,本研究中針對三座分別代表原型構造、擴柱補強、及層間梁結合擴柱補強之雙層RC構架進行擬靜態側推試驗。試驗結果顯示層間梁高程提高並未影響此工法之補強效果,對於多樓層建築物之補強效果亦較單層構造更為顯著。
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NCREE-2017-005 |
實尺寸鋼梁外包覆混凝土型梁構件試驗研究
本研究針對鋼骨外包覆鋼筋混凝土梁構件之鋼筋配置細節與鋼柱接合型式,探討此類構件混凝土包覆部份對彎矩強度的貢獻與計算方式,以及對SC梁的鋼梁梁翼部份進行(1)梁翼切削、(2)梁翼切削後搭配擴翼、(3)腹板兩側不填充混凝土、(4)增加翼板切削深度及(5)翼板切削段加長等五組參數變化試體,進行構件反覆載重試驗及分析。其次,在此類構件設計時,因其梁主筋並未連接至柱,故梁彎矩強度僅計算其鋼梁部份,而其鋼筋混凝土部分之強度則不考慮,但應可適切考慮鋼筋混凝土部分之承壓強度對SC型梁構件強度之貢獻。為釐清上述構件行為,故規劃本次試驗研究以建議SC梁設計時考量混凝土貢獻之彎矩強度計算方法及勁度貢獻,並檢核此類型梁柱接頭是否合格與探討其韌性行為表現。
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NCREE-2017-001 |
層間梁配合擴柱之耐震補強工法驗證
為提升既有建築物在地震中之安全性,台灣地區近年來積極推動老舊建築物之耐震補強工作。目前業界所採用之補強方式中,以翼牆及擴柱工法最為常見。其中擴柱工法主要針對個別柱體進行強度提升,對於柱體兩側之梁元件並未一併補強。由於以此工法補強之結構物在擴柱底端發生撓曲降伏後強度即無法提昇,對於柱體其它部份之強度未能充分運用,因此補強效益偏低。為提高擴柱工法之補強效率,本研究中建議在相鄰擴柱元件間增設一層間梁,藉由構架變形時,層間梁兩端所產生的抵抗彎矩來增加構架之側向強度。實驗結果顯示在擴柱數量相同的情況下,增設層間梁確實可大幅提升構架之耐震能力,繼而提高擴柱工法之補強效益。
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NCREE-2016-015 |
2016建築物耐震評估與補強技術講習會論文集
由921大地震建築物震損的經驗顯示,早期興建之建築物,常因設計地震力不足、結構立面平面配置不當、構件無法充分發揮韌性,以及施工品質不良等因素,使得此類型建築物的耐震能力堪慮。為確保國人的居住安全,並因應國內建築產業與營建技術發展所需,國家地震工程研究中心長期致力於既有建築物耐震評估、補強技術之研發,及新建建築物設計技術之開發。
內政部89年推動「建築物實施耐震能力評估及補強方案」,並於97年及103年進行部分修正,該方案實施至今已17 年餘,國震中心相關研究成果已落實於為數眾多之公有建築物耐震能力評估與補強工作;此外2016年美濃地震為繼1999年集集大地震以來傷亡最嚴重的地震,主因為單一建築物的倒塌,導致國人擔心居屋的耐震安全,因此政府準備全面推動老屋健檢工作,其中包含初步、詳細評估及補強設計;本論文集提供相關技術成果,可供工程師執業參考。
希冀經由這些論文集與工程先進交流,裨益國內工程界之技術發展,並以相關示範案例進行說明,提供工程專業人員使用,期望此論文集能提供工程師於建物耐震評估與補強時之參考。
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NCREE-2015-011 |
鋼骨外包覆混凝土型梁構件行為研究
本研究針對鋼骨外包覆鋼筋混凝土梁構件之鋼筋配置細節與鋼柱接合型式,探討此類構件混凝土包覆部份對彎矩強度的貢獻與計算方式,以及SC梁的鋼梁梁翼部份進行梁翼切削、抑或增設剪力釘或腹部加勁板對此類梁構件之影響,進行構件反覆載重試驗及分析。其次,在此類構件設計時,因其梁主筋並未連接至柱,故梁彎矩強度僅計算其鋼梁部份,而其鋼筋混凝土部分之強度則不考慮,但應可適切考慮鋼筋混凝土部分之承壓強度對SC型梁構件強度之貢獻。為釐清上述構件行為,故規劃試驗研究以建議SC梁設計時考量混凝土貢獻之抗彎矩強度計算方法。
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NCREE-2015-012 |
鋼構造校舍結構耐震初步評估
現行建築物耐震能力初步評估法已有適用於一般鋼筋混凝土建築及磚、木構造建築,並無適用鋼構造建築之初步評估法。然而,在高中職及國中小校舍常見之體育館及活動中心以及少數教學教室仍可能是鋼構造建築,為使此類型校舍有一初步檢核之方法,本研究擬定一套鋼構造建築結構耐震能力初步評估法,適用對象為低矮型簡易型鋼構造校舍。本方法並不適用於樓高二層樓以上或建築物總高度超過十五公尺之鋼構校舍,對於此類鋼構校舍,建議直接執行詳細評估以判斷其結構耐震能力。本研究共計完成十棟鋼構造校舍之耐震能力初步評估,其評議結果可供主管機關作為執行後續作業之依據。
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NCREE-2014-019 |
高強度鋼筋混凝土剪力牆連接梁耐震行為研究
鋼筋混凝土剪力牆為公認有相當卓越之優良抗震構材之一,但由於地下停車空間樓梯間、通道、電梯井或是管線通過之需求,剪力牆系統經常需要開孔,所以剪力牆系統需要連接梁(Coupling Beam)做連結以滿足空間使用上的需求,之前的研究發現配置對角向鋼筋的連接梁,通常比傳統直通配筋形式的連接梁擁有更好的韌性行為,但由於ACI 318-11規範規定跨深比小於2之連接梁必須配置對角鋼筋,因其配置對角鋼筋籠的形式容易造成施工困難,導致施工品質不佳。因此,為了兼具施工性與良好的結構行為,本研究除了提出取消對角鋼筋籠的方式,改以簡化鋼筋籠配筋方式增大其對角鋼筋傾斜角度,增強連接梁之塑角區之抗剪分量。此外,在材料方面則使用的新型之高強度材料,期望以高強度之鋼筋混凝土於連接梁之試驗上能夠增強其強度與韌性行為發展,並以高強度鋼纖維以一定比例摻入混凝土中,藉此希望更進一步提升短跨度連接梁之韌性,希望使連接梁的破壞模式會是較安全的撓曲破壞。
本研究共製作九座鋼筋混凝土剪力連接梁試體,經由雙曲率變形與零軸壓之狀態下,進行反覆載重實驗與分析方式來探討在高強度材料下,不同跨深比、配筋細節與材料變化下於剪力連接梁之耐震行為與韌性發展,另外也在高強度材料下針對ACI 318-11規範、ASCE/SEI 41-06、FEMA 306、拉壓桿等強度估算公式與斷面分析軟體XTRACT預測其撓曲強度與連接梁之實驗結果進行探討與檢核。
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NCREE-2013-034 |
補強用鋼框架斜撐與既有RC構架之接合研究
在國內針對既存建築物的補強是非常重要,在傳統補強工法中,翼牆補強、RC剪力牆補強及擴柱補強都有很好的效果。但是有許多空間及環境受限制的建築物較不適用傳統型工法,而以鋼框架斜撐補強具有相當大的優勢。
鋼框架斜撐補強工法在國內尚未有較明確的設計方式,其中鋼框架構架及混凝土構架之間的界面細節設計是個重要的課題。因此本研究針對界面細節中,探討化學錨栓的設計,規劃出4座補強試體及1座純構架。根據實驗之結果,構架柱底面之界面剪力摩擦破壞並無出現,應改為D區域剪力破壞進行設計。由於這次實驗當中,水泥砂漿之抗壓強度控管不當,導致強度過低,四座補強試體界面水泥砂漿最終都嚴重破壞剝落,尤以角落最為嚴重,因此在往後的設計中,須注意其界面細節的設計,改善界面水泥砂漿圍束的方式,並嚴格控管水泥砂漿之強度,使鋼框架斜撐能發展出理想之強度,而達到預期的補強效果。
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NCREE-2013-009 |
實尺寸鋼筋混凝土梁剪力補強試驗研究
碳纖維強化高分子複合材料(CFRP)包覆補強鋼筋混凝土構件時,依國
內外研究之實驗結果可發現其主要因介面強度不足而導致碳纖維貼片剝落
(Debonding)而補強失敗,故本研究針對碳纖維包覆補強配合碳纖維錨栓
(CFRP Anchor)之工法,使混凝土構件維持其原先外觀下,構件上包覆之碳
纖維可藉由碳纖維錨栓來發揮其介面及材料強度。
本研究設計剪力筋配置足夠以及剪力筋量配置不足之實尺寸混凝土梁
藉由碳纖維包覆配合碳纖維錨栓補強來試驗,採用四點式載重試驗法,以
單向加載方式試驗,試驗共製作九座試體進行補強試驗,規劃三組為標準
試體,預期之破壞模式分別為剪力破壞與撓曲破壞;補強試體共計六座,
採用純U 型包覆與U 型包覆配合不同用量之碳纖維錨栓錨定方式進行補強。
試驗過程中除使用傳統位移計及應變計量測外,亦使用影像量測技術進行
試體大範圍位移場及應變場量測,用以作為比較依據。
試驗結果顯示,標準試體如預期為非韌性剪力破壞與具韌性之撓曲破
壞,碳纖維貼片純U 型包覆補強試體證實當小位移時因界面剝落破壞使補
強材料未能發展出其材料強度;採用碳纖維貼片U 形包覆配合碳纖維錨栓
使用之補強試體除提高韌性外,有效提高介面強度,避免介面剝離之發生,
且補強成功之兩座試體顯示除改變試體破壞模式由剪力破壞轉變為撓曲破
壞,大量提升梁構件之韌性,故本研究所發展之碳纖維錨栓補強工法與設
計理論之合理性與實用性也因此獲得証實,可供工程實務設計參考與使
用。
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NCREE-2011-018 |
含樓板鋼筋混凝土梁剪力補強試驗研究
國內外研究結果顯示,採用碳纖維強化高分子複合材料(CFRP)包覆補強鋼筋混凝土梁之剪力強度時,常因介面剝落(Debonding)破壞造成補強失敗,本研究針對此缺點提出以碳纖維包覆配合所研發之碳纖維錨栓(CFRP Anchor)之補強工法,讓鋼筋混凝土梁在不改變維持原外觀下,所包覆之碳纖維貼片得以充份發揮其材料強度。本研究針對剪力強度不足之老舊鋼筋混凝土梁構件進行耐震補強試驗,採用四點式載重試驗法,以單向加載方式進行試驗,實尺寸RC梁試體之箍筋配置依舊規範進行配置,無法滿足現行規範之耐震特別規定要求,試驗共製作六座試體進行補強試驗,規劃一組為標準試體,預期之破壞模式為剪力破壞;補強試體共計五座,全部用U形包覆方式,一組採用U形包覆不加任何錨定預期產生剝落破壞,另一組額外採用國內工程使用的化學錨栓進行碳纖維貼片錨定,另三組則採用碳纖維錨栓進行碳纖維貼片與原RC梁間之錨定。試驗過程中除使用傳統量測外,亦使用影像量測技術進行梁試體大範圍位移場及應變場量測。試驗結果顯示,標準試體如預期為非韌性之剪力破壞,碳纖維貼片U形包覆補強試體亦証實因介面剝落破壞於小位移時即發生而使補強材未能發展出其材料強度;於樓板底部使用鋼條配合化學錨栓錨定並無法有效增加介面強度,因此其破壞仍為剪力造成貼片剝落破壞,但韌性表現有所提升;採用碳纖維貼片U形包覆配合碳纖維錨栓使用之補強試體,確實有效提高介面強度,避免介面剝離之發生,而使試體發展出良好的韌性行為,大量提升梁構件之韌性能力,破壞模式也由剪力破壞轉變為撓曲破壞,本研究所發展之碳纖維包覆暨碳纖維錨栓補強工法與設計理論之合理性與實用性也因此獲得証實。而經比較傳統量測與影像量測之量測結果發現,於碳纖維剝落破壞前,碳纖維表面應變量測值接近,顯示影像量測技術之準確性,且影像量測尚可以獲得大範圍平面應變場變化情形。
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NCREE-2011-025 |
圍束補強鋼筋混凝土柱之軸向行為研究
台灣地區地震頻繁,建築結構因地震而毀損崩塌時由所聞,因此現今
國內建築規範要求新建建築之RC 柱結構內部需配置高量橫向圍束鋼筋使
結構具備足夠耐震性;老舊RC 建築則須經由耐震補強以確保建築結構於震
災發生時能發揮足量韌性與消能能力;面外包覆鋼板或複合材料(FRP)具備
施工簡易、快速,且不影響原結構動線規劃與外貌等優點,為目前廣泛應
用之結構補強方法;過去研究顯示,面外包覆結構補強工法對矩形柱結構
之結構補強效果低於圓形柱結構,原因在於面外包覆無法提供矩形柱之柱
面有效圍束,且角隅區易發生應力集中現象而造成補強材料損傷,同時,
過去研究顯示矩形柱補強時搭配錨定機制可改善上述缺失。
本文探討碳纖維材料面外包覆補強矩形柱,藉由所研發之纖維錨栓
(FRP Anchor)改善碳纖維面外包覆補強矩形柱效果,由實尺寸RC 柱單向度
軸壓試驗量化FRP Anchor 對RC 柱圍束補強之功效;對鋼板材料面外包覆
補強,則嘗試以化學錨栓(Adhesive Anchor)、八角形包覆等方法進行補強。
試驗規劃不同圍束量與錨栓用量之補強柱試體,結果顯示,FRP Anchor 可
提供RC 柱有效圍束效果,改善碳纖維矩形包覆之缺失、延緩碳纖維破壞時
間;對柱軸向壓力強度而言,圍束補強可有效提升其強度,但設計更高量
之圍束補強,對強度提升之效果也隨之減少;對軸向壓縮應變而言,則可
有效予極限應變量提升。鋼板補強試體在RC 柱定義強度衰減至70%為破
壞後,仍能持續維持一定量之抗壓強度,發展較大之塑性變形,由破壞模
式觀察,3mm 矩形鋼板補強破壞模式為柱邊面外鼓出造成焊道開裂,6mm
矩形鋼板補強則為角隅開裂控制其破壞行為,而3mm 八角形鋼板包覆表現
出最佳之強度與變形能力。本文數值分析藉由量化錨栓之圍束強度,參考
Mander 圍束混凝土理論之有效圍束效果,利用數值模擬RC 柱受軸向壓力
之行為與反應,得到良好之分析結果。
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NCREE-2011-012 |
校舍磚構造建築耐震能力初步評估法
現行建築物耐震能力初步評估方法僅適用於一般鋼筋混凝土建築,並
不適用於純磚構造建築物,然國內仍然存在不少磚構造建築物,特別是古
蹟或歷史建築,更具有保存的價值。本研究針對磚構造建築物研擬一套初
步評估方法,考量磚牆面外、面內、形狀及現況等四大因素,作為快速評
估磚構造建築物耐震能力之核心。本研究挑選8 棟磚造校舍進行試評,其
結果顯示皆須進行詳評,可做為主管機關決策之依據。
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NCREE-2009-014 |
矩形RC柱採碳纖維包覆暨碳纖維錨栓耐震補強研究
碳纖維強化高分子複合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer、簡稱CFRP)具備高拉力強度、高耐久性和不改變補強構件外觀等優點,為近年來廣泛應用之結構補強材料,然而過去研究成果顯示,若RC柱尺寸過大,將無法提供有效圍束而發生面外鼓出現象影響補強效果,因此本研究提出以碳纖維包覆配合使用所研發之碳纖維錨栓(CFRP Anchor)補強工法以克服此缺點。
本研究試驗針對承受雙曲率彎矩和軸向壓力之老舊建築RC柱構件進行補強研究,箍筋少量配置且無法滿足現行規範之耐震特別規定要求;五組試體分兩類進行補強,第一類兩組試體為碳纖維包覆和碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強試體剪力與韌性,第二類兩組試體為雙向碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強剪力、韌性和彎矩強度,另規劃一組為標準試體,試驗方式為對試體反覆側向加載,並形成上下等值之雙曲率彎矩,並對試體施加高軸向壓力。
試驗結果標準試體如一般老舊建築柱為脆性撓剪破壞;第一類針對剪力強度與韌性能力進行補強之試體試驗結果顯示碳纖維包覆配合使用碳纖維錨栓之補強工法,可提升補強柱構件韌性與消能能力,延後碳纖維貼片斷裂發生時機,並改善碳纖維非預警性炸開之破壞模式;第二類針對剪力強度、韌性及彎矩強度補強試體試驗結果顯示,補強試體初始勁度有所提升,但因試驗過程中發生縱向碳纖維和基礎鍊結之碳纖維錨栓斷裂而使彎矩強度無法提升至設計目標。
本研究發展之碳纖維包覆暨碳纖維錨栓補強工法、設計理論與碳纖維錨栓設計和製作方法已經大尺寸補強試驗證實其合理性與實用性,可供工程實務設計參考與使用。
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NCREE-2008-029 |
中空雙鋼管混凝土柱之有限元素分析
本研究利用有限元素分析程式對雙鋼管混凝土構件試體進行分析,以探討特定空心比及大徑厚比下之雙鋼管混凝土構件,在同時承受軸力與彎矩單獨加載或聯合作用下之行為反應,並與實驗結果進行比較。試驗與分析結果顯示,空心比0.6、直徑厚度比達150之DS-2-2系列試體於25%軸向應力下仍具有良好之彎矩強度與韌性能力,顯示此種大徑厚比之雙鋼管混凝土柱構件適合應用於軸向力低卻有高側向勁度與高彎矩強度需求之橋梁墩柱。
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NCREE-2008-028 |
台灣傳統建築直榫木接頭補強之力學行為
直榫木接頭是台灣傳統木構架建築結構中最常見的接頭類型之ㄧ,本研究進行直榫木接頭試驗以探討其力學特性,並針對直榫木接頭之結構弱點提出適合古蹟木構架接點之修復與補強工法,經由實尺寸試驗以探討不同補強方案之補強效果。
研究結果顯示,直榫木接頭之榫長越長則彎矩強度與旋轉勁度也越高,但直榫木接頭所發展之最大彎矩強度僅為樑斷面的8.2%,顯示直榫木接頭之彎矩強度低,因此本研究遵循「文化資產保存法」之精神,基於對原有形貌最低衝擊下,提出可重覆拆解施作之補強工法,來改善傳統木接頭之受震能力。試驗結果顯示,利用插銷方式進行補強時,採用一根插銷之補強效果較佳,柱材之撕裂破情形較不嚴重,補強插銷之設計應恰當,且同時須考量柱樑的強度容量。利用圍束方式進行補強時,以鋼絞線圍束補強試體之彎矩強度表現優於以藤箍圍束補強試體,乃由於藤箍之勁度較低,且藤箍無法如鋼絞線般將樑柱接頭緊密綑緊。利用螺栓方式進行補強試驗發現,一般制式墊片及螺帽均會造成木構材局部承壓變形,使墊片沉陷,以致螺栓無法發揮其拉力強度,本研究所提出的錐型墊片及矩形墊片均將可有效改善局部沉陷現象,並有效提升接頭彎矩強度。試驗結果亦顯示,所有經補強試體之彎矩強度及旋轉勁度均有提升,顯示本研究提出的補強方案均有不同程度的補強效果。
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NCREE-2008-025 |
RC柱構件受高軸力與雙曲率彎矩作用下之補強行為研究
許多校舍與騎樓式建築於921集集地震中發生嚴重的損壞,於諸多原因中,底層柱構件發生破壞為造成嚴重破壞的主要原因之一,底層柱構件通常承受較大之軸壓力與彎矩,在地震力作用下,可能產生柱構件潰散或彎矩破壞外,亦可能因短柱效應而發生剪力破壞,進而造成整棟建築結構之嚴重損傷。本研究針對此類鋼筋混凝土柱構件進行構件行為與耐震補強研究,採用國內業界常使用之碳纖維包覆補強,以及國家地震工程研究中心研發之八角形鋼板包覆補強等方法進行試驗以驗証其補強效果,而所得試驗結果亦可檢驗與修正現有之補強分析與設計方法。此外,本研究使用自行製作之碳纖維錨栓,可有效地改善傳統碳纖維補強之耐震行為。同時,本計劃與日本琉球大學進行研究合作,引進日本學者所研發之預力鋼棒補強方法,藉由學術合作與交流,以提升國內補強技術。
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NCREE-2007-031 |
鋼板剪力牆之有限元素分析與耐震設計研究
鋼板剪力牆是藉由鋼板易挫屈的特性,使鋼板發生挫屈之後產生拉力場(Tension Field),由鋼板所形成的拉力場來抵抗側力並消散外力所輸入的能量,多項實驗證明其具有良好的韌性與抗剪能力,可以有效地消散地震能量。本研究以國家地震工程研究中心已完成之鋼板剪力牆之實體構架進行有限元素分析模擬,研究之目的是希望能透過比STRIP MODEL簡化模型更精準的FEM板殼元素分析方式來研究鋼板剪力牆結構行為。
本研究分析項目為:(1)分析模型建立與模擬未束制型試體的挫屈行為與進入非線性時之反應,(2)利用模擬方式分析束制型鋼板剪力牆行為反應,(3)針對抗彎構架之樑是否要採取樑翼切削設計的效用做出評估,(4)探討鋼板剪力牆耐震行為與周圍抗彎構架(MRF)之樑容量設計,並檢核其軸力-彎矩(P-M)互制行為。
本研究結果顯示:有限元素法可以準確分析鋼板挫屈後拉力場行為,MRF之樑使用樑翼切削設計時,對耐震行為有其效果;而針對不同模型進行非線性側推之分析,發現在滿足彎矩需求下設計外圍MRF,於極限狀態下MRF承擔之基底剪力比例約為系統50%;而設計不滿足彎矩需求的弱樑,得知MRF由於不能承受拉力場的完全發展,使鋼板拉力場無法發揮至極限強度,因而降低剪力牆的耐震能力。
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NCREE-2007-028 |
台灣傳統建築木構造榫卯力學行為研究
本研究針對台灣傳統大木結構的金柱與通梁的榫卯接合方式作反覆載重與單向側推實驗。實尺寸約30年生的人工林杉木,梁柱徑級為30 cm,榫卯嵌合度即縫隙為0。實驗中最大彎矩Mmax與旋轉勁度K定義榫頭的強弱,其中發現榫長增長會使受力面積增大,其中又以穿榫最大,而一般構件設計防止水平拔出的踏步燕尾榫,也比同榫長的單向直榫抵抗彎矩大,而最大彎矩Mmax大者旋轉勁度K亦大。研究中亦探討梁柱構材形狀、榫長、榫接種類等因子對於接合強度的影響,並將實驗結果與前人分析作比較,比較實驗方式,尺寸影響與模型推導結果是否有所差異。
研究結果發現榫卯接頭有以下特性:(1)構件容許很大的位移量;(2)中央滑移段尚有木材本身摩擦所造成的力矩抵抗,實驗進行至該循環力量最大值時,施以相反方向的力,圖形有反翹(力量提升)的現象;(3)中央會產生一段滑移現象,因此嵌合度對接頭力學行為有很大的影響;(4)每個循環進行第二次時力量均較第一次小,表示木材纖維受到擠壓發生變形;(5)下一循環的第一次曲線會沿著上一循環的第二次曲線上升。
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NCREE-2007-018 |
利用網路進行結構實驗與分析之研究平台(II):臺灣-加拿大合作擬動態實驗之架構協定與軟體開發
本文簡介本中心開發的網路實驗平台ISEE之擴充,與其應用於我國與加拿大網路合作式橋樑實驗。本實驗利用網路擬動態實驗技術,模擬一座中空鋼管混凝土橋樑系統承受不同地震力的動態反應。橋樑系統的其中三個縮尺橋柱試體分別置於本中心、國立臺灣大學、加拿大Carleton大學實驗室,而其餘結構體與整體動態反應則由修改過的OpenSees或PISA3D擬動態數值分析引擎即時地計算。本實驗利用ISEE平台,整合三地的實驗軟硬設備,並即時播放實驗畫面、橋樑動態反應與數值/實驗數據比較。本實驗一方面完成全世界最大的中空鋼管混凝土橋柱實驗,並藉由此合作實驗之事前準備工作,進一步強化與加拿大Carleton大學的合作實驗能力,驗證ISEE平台的跨國合作實驗能力。本報告僅介紹與本實驗相關的網路平台架構與軟體與性能測試,對於本實驗之中空鋼管混凝土橋柱實驗結果與數值模擬,請參考Lin 等人(2007)與Tsai等人(2006)等文章。
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NCREE-2002-015 |
鋼板包覆補強之矩形鋼筋混凝土橋柱耐震行為研究
本研究針對國內老舊橋柱可能發生的主筋搭接及剪力破壞兩問題進行縮尺寸試驗以探討其受震行為,並採用國外所發展的橢圓形鋼板包覆補強方案進行補強,探討橢圓形鋼板包覆補強方案應用於補強國內橋柱之補強效果,本研究亦研發更經濟且能減少包覆補強斷面積之「八角形包覆方案」及其補強設計理論,經由縮尺寸試驗探討其補強效果與補強後橋柱耐震行為,最後經由實尺寸橋柱補強試驗,排除尺寸效應以考驗應用於真實橋柱的補強效果。研究結果顯示,塑鉸區主筋搭接或剪力強度不足的老舊橋柱,在未達設計強度前均已產生無韌性的搭接或剪力破壞,而橢圓形鋼板包覆與八角形鋼板包覆均能有效的提供側向圍束力與增加剪力強度,而避免主筋搭接或剪力破壞的發生,並使橋柱強度與韌性能力獲得有效的改善,且由實尺寸矩形鋼筋混凝土橋柱補強試驗已証實八角形鋼板包覆可成功的補強塑鉸區主筋搭接之實際橋柱。
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NCREE-2002-016 |
鋼筋混凝土柱受高軸向力之行為與耐震補強研究
1999 年集集大地震造成許多鋼筋混凝土建築結構嚴重傾倒破壞,其中一個重要原因為承載上部結構重量之底層結構柱發生破壞,因而致使整棟建築結構發生傾倒,本研究針對此種底層柱破壞模式,根據鋼筋混凝土柱構件實際施工細節來進行縮尺柱構件之試驗研究,探討其發生原因,並尋求經濟有效的補強方案以補強許多依相同施工細節建造之現存建築結構。
國內鋼筋混凝土建築之箍筋施作常採用九十度彎?,並不符合耐震設計規範之要求,於受力後易發生鬆脫而無法提供圍束力,主筋因失去側向圍束力而挫屈、柱內混凝土潰散,柱因此喪失承載強度。本研究針對國內建築使用最多但補強較困難的矩形斷面進行研究,採用於柱外包覆補強材料方式來增加側向圍束力,提升柱之強度與韌性能力。採用的包覆補強材料包括鋼板與碳纖維複合材料,包覆補強形狀包括常用的矩形、圓形及本研究所提出的八角形包覆補強斷面。
本研究共有十二組試體,由試驗結果顯示,未補強之標準試體其強度可達設計強度,但強度達最大值後,破壞迅速發生,強度亦快速衰減,與集集地震所見之破壞案例相類似。
所有補強試體於強度與韌性上均有提升,就補強形狀上,採用圓形補強斷面對強度提升最為顯著,八角形補強斷面亦能有效提升強度,矩形斷面因會產生面外拱出現象,即使採用較厚之鋼板仍無法避免,因此強度提升較有限。就補強材料上,採用鋼板補強之試體均有非常良好之韌性表現,於試驗停止時尚無明顯之破壞發生,而採用碳纖維複合材料補強試體其破壞發生為無韌性的脆性破壞,韌性表現較不理想。
採用八角形斷面補強之試體,不論採用鋼板或碳纖維材料,其表現均非常良好,証明此種補強方案確實為經濟且可行的補強方式。
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NCREE-2002-017 |
中空雙鋼管混凝土柱力學行為研究
本試驗研究探討中空雙鋼管填充混凝土柱構件在承受軸力、彎矩或軸力與彎矩聯合作用下之行為反應。本研究共製作18 支試體,規劃以鋼管直徑厚度比、空心比作為雙鋼管充填混凝土中空橋柱試體之試驗參數,並且製作實心斷面之鋼管混凝土柱試體以相互比較。試驗可分為變偏心軸向載重試驗、固定軸力、四點彎矩試驗與固定軸力、反覆四點彎矩試驗。
試驗結果顯示,外鋼管徑厚比150、內鋼管徑厚比90 之雙鋼管填充混凝土柱試體於承受軸向載重低於25%標稱強度下,試體仍具有良好的強度及韌性行性能,由於一般橋柱所受軸向應力多低於25%,因此大徑厚比之中空雙鋼管填充混凝土柱適合應用於大部份的橋柱工程,值得更進一步研究與推廣應用。
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