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研究生: 林翊珊
Lin, Yi-Shan
論文名稱: 開孔低降伏鋼板與混凝土複合剪力牆近斷層耐震性能研究
Seismic Behavior of Low-yield Perforated Double Steel Plate and Concrete Composite Shear Wall Systems Subjected to Near-Fault In-Plane Shear Loads
指導教授: 賴啟銘
Lai, Chi-Ming
共同指導教授: 鄭錦銅
Cheng, Chin-Tung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 172
中文關鍵詞: 開孔鋼板與混凝土複合剪力牆近斷層反覆載重試驗振動台補強工法
外文關鍵詞: perforated double steel plate and concrete composite shear wall systems, near-fault seismic wave, repeated in-plane lateral pushover tests, shaking table tests, retrofit remedy
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  • 鋼板與混凝土複合剪力牆,為兩片鋼面板中間填充混凝土,並藉由剪力連接器(剪力釘、螺桿)傳遞混凝土與鋼板間之剪力,並達到束制鋼板使鋼板挫屈時機延遲。因鋼板與混凝土複合剪力牆其強大之勁度與強度,一開始該結構配置於核能電廠之外牆圍阻體中,藉以抵抗垂直軸力與側推力,後續亦被看好應用於高樓結構。本實驗之目的為探討開孔鋼板與混凝土複合剪力牆於承受低軸力情況下,進行平面內反覆側推試驗與振動台試驗研究其耐震能力與行為。
    本實驗於國家地震工程研究中心南部實驗室,藉由BATS(Bi-Axial Testing System)機台及振動台,完成兩座含翼牆之複合剪力牆試驗,其是牆體尺寸為1200x1200x116 mm,翼牆尺寸為202x1130x100 mm,牆體高寬比為1.0之鋼板與混凝土複合剪力牆試體。其中翼牆未與剪力牆鋼面板銲接,故不提供側推強度。且於牆體配置16個圓形鋼套管,可更加強束制鋼板延緩挫屈發生,以有效發揮鋼板之張力場效應。從文獻發現少有低降伏鋼試體承受振動台研究,而低降伏鋼可增加鋼面板韌性能力且可增大牆體內部剪力釘間之間距,故本文亦採用低降伏鋼板作為嘗試。且以往剪力牆主要應用於高樓建築,台灣處於地震帶斷層密布,過去試驗多於BATS上作動態試驗,其忽略地震中慣性力對牆體之影響,故需釐清振動台加速度控制之動態效應相對於BATS位移控制高應變率動態行為影響,故共製作上述兩座剪力牆體進行反覆側推與振動台試驗研究。
    試驗結果發現對高應變率之動態試驗而言,其極限強度於相同試體厚度、軸力作用下較靜態試驗試體來的高,且其韌性消能能力亦較靜態試驗優異。於振動台試驗上,試體承受三種不同震波如El Centro, Kobe及TCU084,且因為試體本身勁度較高,上方質塊載重有其限制,僅能產生2.5倍慣性力並不大,故試體承受慣性力雖讓試體鋼面板好降伏但是整體行為與彈性無異,難與BATS試驗已達極限位移作比較。且因各震波頻率內涵各不相同,試體自然振動週期約為0.2秒,三種震波中以Kobe震波所得放大倍率最大。
    根據上述之特性,本文認為含開孔之鋼板與混凝土複合剪力牆亦適合作為老舊建築之補強工法,故採用NCREE校舍結構耐震評估與補強技術手冊中之校舍案例,作為模擬補強對象,驗證其補強效果。

    The object of this research is to investigate seismic behavior of perforated double steel plate and concrete composite shear wall systems,which are made of two steel faceplates infilled with concrete, connected together by shear connectors(ex.shear studs and 16 circular steel tubes). The connectors have the functions including transferring shear force,bonding the steel faceplates and concrete infill, and postponing the buckling of steel faceplates. Therefore, two specimens were constructed and tested under constant low axial force and repeated in-plane lateral pushover tests, or in shaking table tests with common or near-fault seismic waves.Then,the experimental results are compared with the predicted values from the theoretical model established in this study. Finally, it is proved that the perforated double steel plate and concrete composite shear wall has excellent ultimate strength, ductility and the energy dissipation capacity. It is evident that the composite wall is suitable for use as a retrofit remedy for old school buildings.

    摘要 I EXTENDED ABSTRACT III 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XIII 圖目錄 XVI 符號表 XXV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 2 第二章 規範與文獻回顧 4 2.1 規範強度 4 2.2 鋼板與混凝土複合牆之相關試驗 4 2.2.1 Ozaki et al.(2001)鋼板混凝土複合牆之剪力與撓曲加載試驗 4 2.2.2 Ozaki et al.(2004)鋼板混凝土複合牆之純剪力試驗 6 2.2.3 Epackachi et al.(2013)鋼板混凝土複合牆平面內側推試驗 7 2.2.4 Xiaodong Ji et. al.(2017)鋼板複合牆於高樓結構中之面內反覆剪力行為 8 2.2.5 黃昇賢(2021)低降伏鋼板混凝土複合剪力牆近斷層耐震性能研究 9 2.2.6 蘇哲立(2022) 近斷層地震下鋼板與混凝土複合剪力牆振動台試驗研究 10 2.3 鋼板與混凝土複合牆之剪力強度預測公式 11 2.3.1 Varma et al.(2011) 鋼板混凝土複合牆面內剪力行為(理論v.s.實驗) 11 2.3.2 Epackachi et al.(2015)鋼板混凝土複合牆剪力與撓曲強度預測理論 12 2.3.3 高翊書(2019)受軸力影響之鋼板混凝土複合牆耐震行為分析研究 13 2.3.4 Bhowmick et al.(2014)開孔鋼板剪力牆之非線性耐震分析 14 2.4 進斷層相關文獻 15 2.4.1 Lanning et al.(2016)近斷層加載協定發展與可行性分析 15 2.4.2 莊穎霖(2018)近斷層地震特性對隔震結構影響及相應之設計對策(І) 16 2.5 校舍補強分析 17 2.5.1 國家地震工程研究中心(2009)國家地震工程研究中心之校舍結構耐震評估與補強技術手冊(第二版) 17 第三章 BATS實驗設計與程序及結果 40 3.1 實驗計畫 40 3.2 試體設計 41 3.2.1 設計參數 41 3.2.2 試體頂底板之開孔與預拉力之檢核 43 3.2.3 試體撓曲塑性分析 44 3.3 試體製作 45 3.4 材料試驗 46 3.4.1 混凝土 46 3.4.2 鋼板 46 3.5 側推歷時 46 3.5.1 靜態載重之側推歷時 47 3.5.2 高應變率載重之側推歷時 47 3.6 測量儀器之配置 47 3.6.1 位移計配置 47 3.6.2 應變計配置 48 3.6.3 攝影機架設與相機記錄 48 3.6.4 石膏漆 48 3.7 高應變率試驗程序調整 48 3.7.1 致動器輸入與輸出誤差 48 3.7.2 XVA圖比較 49 3.8 試體破壞模式 50 3.9 遲滯迴圈 51 3.10 試體破壞包絡線 52 3.11 試體能量吸收 52 3.12 應變計 52 3.12.1 鋼面板之三軸應變計分析 52 3.12.2 鋼面板底部與鋼套管中之單軸應變計分析 53 3.13 試體之試驗數據 54 3.14 試體勁度衰退 55 第四章 振動台實驗設計與程序及結果 99 4.1 實驗計畫 99 4.2 試體設計 99 4.2.1 設計參數 99 4.2.2 試體頂底板之開孔與預拉力之檢核 100 4.3 試體製作 100 4.4 試驗質塊設計 101 4.5 材料試驗 101 4.5.1 混凝土 101 4.5.2 鋼板 101 4.6 地震歷時 101 4.7 量測儀器之配置 102 4.7.1 位移計與加速規配置 102 4.7.2 應變計配置 102 4.7.3 攝影機設置與相機拍攝 102 4.7.4 石膏漆 103 4.7.5 防落架 103 4.8 試體之振動頻率 103 4.9 加速度放大倍率 104 4.10 遲滯迴圈 104 第五章 理論分析 127 5.1 規範預測 127 5.2 Epackachi理論預測 128 5.3 本文理論之強度預測 128 5.3.1 混凝土 129 5.3.2 鋼面板受拉 132 5.3.3 鋼面板受壓 133 5.3.4 撓曲位移修正 134 5.3.5 開孔折減 134 5.3.6 勁度修正 135 5.3.7 理論值與試驗值比較 136 5.4 討論與比較 136 第六章 案例補強分析 149 6.1 案例介紹 149 6.2 分析方法與步驟 149 6.3 設計計算 152 第七章 結論與建議 165 參考文獻 167

    ACI 349M, Code requirements for nuclear safety-related concrete structures and commentary (Metric), ACI 349M-06, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI.
    Anjan K. Bhowmick, Gilbert Y. Grondin,and Robert G. Driver (2014) “Nonlinear seismic analysis of perforated steel plate shear walls,” Journal of Constructional Steel Research 94,pp.103–113
    ANSI/AISC N690-12,ANSI/AISC N690s1-15,”Specification for Safety-Related Steel Structures for Nuclear Facilities.”
    Chang, K. C. and Lee, G.(1987). “Strain rate effect on structural steel under cyclic Loading,” J. Eng. Mech, 10.1061/(ASCE)0733-9399(1987)113:9(1292), 1292–1301.
    Epackachi, S., Whittaker, A. S., and Huang, Y.-N. (2015) “Analytical modeling of rectangular SC wall panels,” Journal of Constructional Steel Research, 105, pp. 49-59.
    Epackachi, S., Whittaker, A. S., Varma, A. H. and Kurt, E. G. (2015) “Finite element modeling of steel-plate concrete composite wall piers,” Engineering Structures, Vol. 100, pp.368-384.
    Fukumoto,T., Morita, K.(2000) “Elasto plastic behavior of steel beam to square Concrete filled steel tube (CFT) column connections,” Proceedings of 6th ASCCS conference, Composite and hybrid structures, V.1 pp.565-572.
    Kurt, E. G., Varma, A. H., Epackachi, S., and Whittaker, A. S. (2015). “Rectangular SC Wall Piers: Summary of Seismic Behavior and Design.”Structures Congress 2015,pp.1042-1051
    Lanning, J., Benzoni, G. and Uang, C.-M. (2016) “Using buckling-restrained braces on long-span bridges. II: Feasibility and development of a near-fault loading protocol,” Journal of Bridge Engineering, 21(5), 04016002.
    Mander, J.B., Priestley, M.J.N., and Park, R. (1988) “Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete,” J. Struct. Drv., ASCE, 114(8), pp.1804-1826.
    Ozaki, M., Akita, S., Niwa, N., Matsuo, I., Usami, S. (2001)“Study on Steel Plate Reinforced Concrete Bearing Wall for Nuclear Power Plants(Part 1) Shear and Bending Loading Tests of SC Walls,” Transactions, SMiRT 16, Washington DC, August.
    Ozaki, M., Akita, S., Osuga, H., Nakayama, T. and Adachi, N. (2004) “Study on steel plate reinforced concrete panels subjected to cyclic in-plane shear,” Nuclear Engineering and Design, 228, pp. 225–244.
    Purba,R.H., (2006)“Design Recommendations for Perforated Steel Plate Shear Walls ”(M.Sc. thesis), The State University of New York at Buffalo, Buffalo, N. Y.
    Tokyo Electric Power Company (TEPCO) (2002) “Development of Advanced Concept for Shortening Construction Period of ABWR Plant, ” ICONE10-22491,April 14-18.
    Varma, Amit H., Zhang, Kai., Chi, Hoseok., Booth, Peter., Baker, Tod.(2011)“In-Plane Shear Behavior of SC Composite Walls:Theoryvs.Experiment,” Transaction, SMiRT 21,6-11, New Delhi, India.
    Xiaodong Ji; Xiaowei Cheng; Xiangfu Jia; and Amit H. Varma, M.ASCE(2017) “ Cyclic In-Plane Shear Behavior of Double-Skin Composite Walls in High-Rise Buildings”
    Zhang, L. X. B., Hsu, T. T. C. (1998) “Behavior and analysis of 100 MPa Concrete Membrane Elements,”Journal of Structural Engineering, ASCE, V.124, No.1, Jan,pp.24-34.
    高翊書 (2019),「受軸力影響之鋼板混凝土複合牆耐震行為分析研究」,台灣大學土木系,碩士學位論文,黃尹男教授指導,民國108年7月。
    國家地震工程研究中心 (2009),「國家地震工程研究中心之校舍結構耐震評估與補強技術手冊(第二版) 」,報告編號:NCREE-09-023。
    黃昇賢 (2021),「低降伏鋼板與混凝土複合剪力牆近斷層耐震性能研究」,國立高雄大學土木與環境工程學系,碩士學位論文,俞肇球、鄭錦銅教授指導,民國 110年7月。
    詹家昕 (2018),「含邊界構材之鋼板混凝土複合剪力牆側力位移曲線模型之研究」,國立台灣大學土木工程學系,碩士學位論文,黃尹男教授指導,民國110年8月。
    張 權 (2006),「低降伏強度鋼鋼板剪力牆系統之耐震行為」,國立台灣科技大學營建系,碩士學位論文,陳生金教授指導,民國95年7月28日。
    鄭錦銅、林衍宏、盧煉元 (2001),「圓形鋼管混凝土梁柱接頭之剪力傳遞行為」,國家地震工程研究中心研究報告,NCREE 01-018,民國90年8月。
    鄭錦銅、黃柏軒 (2000),「圓形鋼管混凝土柱與鋼梁接頭之耐震研究」,國家地震工程研究中心研究報告,NCREE 00-009,民國89年7月。
    莊穎霖 (2018),「近斷層地震特性對隔震結構影響及相應之設計對策(І) 」,國立台灣科技大學營建工程系,碩士學位論文,黃震興教授指導,民國 107年7月。
    蘇哲立 (2022),「含翼牆低降伏鋼板與混凝土複合剪力牆近斷層耐震性能研究」,國立高雄大學土木與環境工程學系,碩士學位論文,俞肇球、鄭錦銅教授指導,民國 111年7月。

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