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研究生： 洪敏勝
Hung, Ming-Sheng
論文名稱： 火害後混凝土受壓應力應變曲線 與鋼筋混凝土短梁之抗剪強度研究
Compressive Stress-Strain Curve of Fire Damaged Concrete and Shear Strength of Fire Damaged R.C Deep Beam
指導教授： 許茂雄
Sheu, Maw-Shyong
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 159
中文關鍵詞： 殘餘抗剪強度 、殘餘應力-應變曲線 、火害 、混凝土圓柱體 、RC短梁
外文關鍵詞： Concrete cylinder, RC short beam, fire damage, residual shear capacity, residual stress-strain curve
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    • 本文研究目的有二：第一是建立混凝土圓柱體在不同火害溫度後的殘餘抗壓強度計算公式，及其應力應變關係曲線；第二是建立火害後RC短梁之殘餘抗剪強度計算公式。

    研究方法如下：
    1.混凝土圓柱體尺寸為∮15cm×30cm；常溫抗壓強度29.7至50.9MPa；火害溫度為室溫、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃等八種。2.本文取D10、D16及D25等三種鋼筋直徑，各三支分別進行火害試驗，其常溫降伏抗拉強度為398 至 493MPa。考慮的火害溫度有常溫、400℃、700℃ 及800℃ 。3.本文共製作26支RC短梁，其載重方式為簡支梁在中點施加集中載重。梁斷面尺寸有250mm*300mm 與250mm*400mm 兩種；梁支點跨度為85cm；混凝土常溫抗壓強度介於33.8至52MPa之間；梁的撓曲主筋比ρ=1.8％與ρ=2.6％；梁垂直剪力箍筋配置方式可分為無箍筋、#3@12cm 與#3@20cm等三種；火害溫度可分為常溫、400℃、700℃及800℃等四種。本文RC短梁試體皆全斷面等溫燒透至預定溫度才熄火降溫，且所有梁試體都是在同一部萬能油壓試驗機緩慢加載試驗，直到破壞。

    試驗結果顯示：
    1.對圓柱體試驗而言－本文建立火害後殘餘抗壓強度峯值應變與應力應變曲線經驗公式。並與試驗結果比較後發現殘餘抗壓強度之平均誤差為10.7％，殘餘峯值應變之平均誤差為7.0％。
    2.對鋼筋試驗而言－本文發現楊旻森[＊7]所建議的火害後殘餘抗拉降伏應力及殘餘抗拉極限應力公式仍屬可行。
    3.對短梁抗剪強度試驗而言－本文修正現行ACI剪力規範公式後，建立了一套火害後RC短梁殘餘抗剪強度計算公式。其計算值與試驗值之平均誤差為12.9％。

    The objectives of this paper were : 1.To establish the empirical equations for residual strength ; residual peak strain and the stress-strain curves of concrete after different temperature damages ; 2.To evaluate the residual shear capacities of RC short beams after fire damage.

    The method of research were as follows：
    1.Concrete cylinders with dimension∮15cm×30cm; f’c=29.7to50.9MPa ; fire temperatures=room temperature,200℃,300℃,400℃,500℃,600℃,700℃,800℃were tested.The residual stress-strain curve for each cylinder was recorded ;2.Three rebars were picked up for each D10,D16,D25 dimension. The yield stress of reinforcements at room temperature were from 398 to 493MPa.The fire temperature of rebar were : room temperature,400℃,700℃and 800℃.The residual stress-strain curves were recorded for all the tested rebars ;3.26 Simply supported short RC beams with one concentrated load at mid-span were tested. The cross-sectional dimension of beams were 250mm×300mm and 250mm×400mm.The span of beams was 85cm. f’c =33.8 to 52MPa;ρ=1.8％andρ=2.6％.Beams without stirrup,with #3@12cm and #3@20cm stirrups were designed for test. The fire temperatures were : room temperature,400℃,700℃and 800℃.The cross-sections of all the tested beams were heated to the target temperature completely and uniformly.All the beams were tested under universal machine up to failure.

    The results of this paper were：
    1. For concrete cylinder test－The empirical equations for the residual compression strength, the residual peak strain and the residual stress-strain curve were proposed. All the calculated values were compared to the tested values with reasonable errors : 10.7％ for residual strength and 7.0％ for residual peak strain.
    2. For rebar test－It was found that the equations of residual yield strength and residual fracture strength of fire damaged rebars proposed by Yang et al(*7)were feasible for domestic fire damaged rebars.
    3. For shear capacity test－A modified equation from the shear equation of the ACI code was proposed to calculate the residual shear capacities of RC short beams after fire damage.The calculated values were compared to the tested values with average error 12.9％.

    目 錄 中文摘要………………………………………………………………………… Ⅰ 英文摘要………………………………………………………………………… Ⅱ 目錄……………………………………………………………………………… Ⅲ 表目錄…………………………………………………………………………… Ⅵ 圖目錄…………………………………………………………………………… Ⅷ 照片目錄……………………………………………………………………… ⅩⅡ 第一章 緒論 1-1 研究動機與目的………………………………………………………… 1 1-2 文獻回顧………………………………………………………………… 1 1-3 研究方法………………………………………………………………… 9 1-4 本文適用範圍…………………………………………………………… 10 第二章 試體規劃製造養護與試驗 2-1 混凝土圓柱體之規劃製造養護與試驗…………………………………… 11 2-1-1 混凝土圓柱體常溫抗壓強度……………………………………………11 2-1-2 混凝土圓柱試體製造與養護……………………………………………13 2-1-3 混凝土圓柱試體之加溫加載……………………………………………13 2-2 竹節鋼筋常溫抗拉強度與火害試驗……………………………………… 14 2-2-1 竹節鋼筋常溫抗拉強度…………………………………………………14 2-2-2 竹節鋼筋火害試驗………………………………………………………15 2-3 RC短梁試體規劃製造養護與試驗………………………………………… 16 2-3-1 RC短梁試體規劃…………………………………………………………16 2-3-2 RC短梁試體製作與進爐加溫前之養護…………………………………18 2-4 RC短梁試體之火害試驗…………………………………………………… 20 2-4-1 實驗設備介紹……………………………………………………………20 2-4-2 RC短梁試體進爐延燒過程………………………………………………21 2-4-3 RC短梁試體加載試驗……………………………………………………24 2-4-4 試驗建議…………………………………………………………………25 第三章 火害後混凝土圓柱體試驗結果與迴歸公式 3-1 本文混凝土圓柱體升溫歷程…………………………………………… 35 3-2 火害後混凝土圓柱體外觀變化………………………………………… 37 3-3 本文火害後混凝土圓柱體殘餘抗壓強度與峯值應變之建議計算式… 39 3-3-1 火害後混凝土圓柱體殘餘抗壓強度與峯值應變之文獻詳細介紹… 39 3-3-2 火害後混凝土圓柱體殘餘抗壓強度與峯值應變之建議…………… 42 3-4 本文火害後混凝土圓柱體應力應變關係式之建議…………………… 45 3-4-1 火害後混凝土圓柱體應力應變關係式之構想與文獻介紹………… 45 3-4-1 火害後混凝土圓柱體應力應變關係式待定次方數n之建議……… 47 3-5 本文鋼筋升溫歷程……………………………………………………… 49 3-6 本文鋼筋之外觀變化…………………………………………………… 49 3-7 本文火害後鋼筋殘餘降服強度與殘餘極限強度之推薦計算式……… 50 3-7-1 火害後鋼筋殘餘降服強度與殘餘極限強度之文獻介紹…………… 50 3-7-2 火害後鋼筋殘餘降服強度與殘餘極限強度之推薦………………… 51 3-8 小結……………………………………………………………………… 52 第四章 火害後RC短梁試驗結果及其殘餘抗剪強度之檢討 4-1 本文RC短梁升溫歷程……………………………………………………… 91 4-2 火害後RC短梁外觀變化…………………………………………………… 93 4-3 火害後RC短梁載重-撓度試驗曲線……………………………………… 95 4-4 常溫RC短梁破壞模式……………………………………………………… 96 4-5 常溫與火害後RC短梁殘餘抗剪強度之檢討……………………………… 97 4-6 本文建議之火害後RC短梁殘餘抗剪強度公式……………………………103 4-7 小結…………………………………………………………………………105 第五章 結論與建議…………………………………………………………… 155 參考文獻………………………………………………………………………… 157 表目錄 表2-1 火害混凝土圓柱體參數表……………………………………………… 12 表2-2 火害溫度與鋼筋殘餘降服極限強度表………………………………… 15 表2-3 RC短梁試體規劃表……………………………………………………… 17 表2-4 火害RC短梁試體之相關數據…………………………………………… 23 表3-1 火害後混凝土圓柱體表面裂縫與內部剖面情況……………………… 55 表3-2 火害一年後混凝土圓柱體表面裂縫與內部剖面情況………………… 56 表3-3 混凝土受不同溫度火害後的表面特徵………………………………… 57 表3-4 火害一年後受不同溫度的混凝土表面特徵…………………………… 57 表3-5 第一二批混凝土圓柱體試驗值與各文獻殘餘強度計算值比較……… 58 表3-5(續) 第三四批混凝土圓柱體試驗值與文獻殘餘強度計算值比較……… 59 表3-6 第一二批混凝土圓柱體峯值應變試驗值與各文獻峯值應變計算值比較60 表3-6(續) 第三四批混凝土圓柱體峯值應變試驗值與文獻峯值應變計算值比較61 表3-7 許茂雄教授等人建議之公式(3-5)峯值應變修正係數m實測值………… 62 表3-8 四種m迴歸式計算誤差比較表…………………………………………… 62 表3-9 本文推薦殘餘抗壓強度公式(3-6)計算值與國內外文獻試驗值比較……63 表3-10 本文推薦殘餘峯值應變公式(3-8)與國內外文獻試驗值比較…………64 表3-11 本文建議之公式(3-10)中最佳的待定次方數n…………………………65 表3-12 四種n迴歸式計算誤差比較表……………………………………………65 表3-13 本文鋼筋試驗之殘餘降服、極限強度表……………………………… 66 表3-14 本文試驗值與楊旻森[＊4]公式比較……………………………………67 表3-15 本文試驗值與劉靖國等人[＊9]公式比較………………………………68 表4-1 本文RC梁試體之詳細計算參數表……………………………………… 107 表4-2 火害後RC梁試驗結果與本文ACI初步修正後公式計算結果之比較…108 表4-3 火害後RC梁試驗結果與本文林英俊教授初步修正後公式計算結果比較109 表4-4 火害後RC梁試驗結果與本文Karim初步修正後公式計算結果之比較…110 表4-5 火害後RC梁試驗結果與本文Zsutty初步修正後公式計算結果之比較 111 表4-6 火害後RC梁試驗結果與各初步修正後公式計算結果之比較………… 112 表4-7 本文RC梁試驗值與ACI再度修正後公式之計算值比較……………… 113 圖目錄 圖2-1 RC短梁試體配筋圖……………………………………………………… 27 圖2-2 模板設計圖………………………………………………………………… 28 圖2-3 火害RC短梁熱耦線配置圖…………………………………………… 28 圖2-4 火害RC短梁應變計配置圖…………………………………………… 29 圖2-5 小型耐火爐及加載設備圖………………………………………………… 29 圖3-1 第一批200℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 69 圖3-2 第一批300℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 69 圖3-3 第一批400℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 70 圖3-4 第一批500℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 70 圖3-5 第一批600℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 71 圖3-6 第一批700℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 71 圖3-7 第一批800℃混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………… 72 圖3-8 混凝土之溫度與熱傳導係數關係………………………………………… 72 圖3-9 第四批混凝土圓柱體之溫度歷時曲線…………………………………… 73 圖3-10 許茂雄教授等人建議峯值應變修正係數之線性迴歸分析…………… 74 圖3-11 許茂雄教授等人建議峯值應變修正係數之二次多項式迴歸分析…… 74 圖3-12 許茂雄教授等人建議峯值應變修正係數之三次多項式迴歸分析…… 75 圖3-13 許茂雄教授等人建議峯值應變修正係數之四次多項式迴歸分析…… 75 圖3-14 第一批圓柱體採用n=2之應力應變曲線比較…………………………… 76 圖3-15 第二批圓柱體採用n=2之應力應變曲線比較…………………………… 77 圖3-16 第三批圓柱體採用n=2之應力應變曲線比較…………………………… 78 圖3-17 第四批圓柱體採用n=2之應力應變曲線比較…………………………… 79 圖3-18 第一批圓柱體採用最佳次方數n之應力應變曲線與試驗曲線比較……80 圖3-19 第二批圓柱體採用最佳次方數n之應力應變曲線與試驗曲線比較……81 圖3-20 第三批圓柱體採用最佳次方數n之應力應變曲線與試驗曲線比較……82 圖3-21 第四批圓柱體採用最佳次方數n之應力應變曲線與試驗曲線比較……83 圖3-22 最佳待定次方數n之迴歸分析……………………………………………84 圖3-23第一批圓柱體採用迴歸次方數n之應力應變曲線與試驗及文獻曲線比較85 圖3-24第二批圓柱體採用迴歸次方數n之應力應變曲線與試驗及文獻曲線比較86 圖3-25第三批圓柱體採用迴歸次方數n之應力應變曲線與試驗及文獻曲線比較87 圖3-26第四批圓柱體採用迴歸次方數n之應力應變曲線與試驗及文獻曲線比較88 圖3-27 鋼筋升溫曲線…………………………………………………………… 89 圖3-28 火害前後鋼筋應力應變曲線…………………………………………… 90 圖4-1 本文所選定之跨度中央處測溫點位置示意圖………………………… 114 圖4-2 L系列RC梁試體升溫至400℃之溫度歷時曲線………………………… 115 圖4-3 L系列RC梁試體升溫至700℃之溫度歷時曲線………………………… 116 圖4-4 H系列RC梁試體升溫至400℃之溫度歷時曲線………………………… 117 圖4-5 H系列RC梁試體升溫至700℃之溫度歷時曲線………………………… 118 圖4-6 H系列RC梁試體升溫至800℃之溫度歷時曲線………………………… 119 圖4-7(a) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 120 圖4-7(b) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 121 圖4-7(c) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 122 圖4-7(d) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 123 圖4-7(e) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 124 圖4-7(f) L-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 125 圖4-8(a) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 126 圖4-8(b) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 127 圖4-8(c) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 128 圖4-8(d) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 129 圖4-8(e) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 130 圖4-8(f) L-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展…………………………… 131 圖4-9(a) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 132 圖4-9(b) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 133 圖4-9(c) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 134 圖4-9(d) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 135 圖4-9(e) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 136 圖4-9(f) H-1.2系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展……………………… 137 圖4-10(a) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 138 圖4-10(b) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 139 圖4-10(c) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 140 圖4-10(d) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 141 圖4-10(e) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 142 圖4-10(f) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 143 圖4-10(g) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 144 圖4-10(h) H-1.7系列RC梁試體剪力試驗之裂縫發展………………………… 145 圖4-11 RC梁試體加載試驗設備示意圖……………………………………… 146 圖4-12 加載試驗中位移計架設位置………………………………………… 146 圖4-13 L-1.2系列RC梁試體載重與跨度中央撓度曲線………………… 147 圖4-14 L-1.7系列RC梁試體載重與跨度中央撓度曲線…………………… 148 圖4-15 H-1.2系列RC梁試體載重與跨度中央撓度曲線…………………… 149 圖4-16 H-1.7系列RC梁試體載重與跨度中央撓度曲線……………………… 150 圖4-16(續) H-1.7系列RC梁試體載重與跨度中央撓度曲線…………………… 151 圖4-17 深梁破壞型式………………………………………………………… 151 圖4-18 繫拱作用圖…………………………………………………………… 152 圖4-19 採用各文獻公式計算值與試驗值比較圖…………………………… 153 圖4-20 以本文試驗值除以ACI公式計算值為修正係數之迴歸析…………… 154 圖4-21 本文修正ACI公式計算值與試驗值比較圖…………………………… 154 照片目錄 照片2-1 圓柱體澆置與搗實……………………………………………………… 30 照片2-2 熱耦線固定於圓柱體內………………………………………………… 30 照片2-3 圓柱體養護……………………………………………………………… 30 照片2-4 圓柱體加溫過程………………………………………………………… 30 照片2-5 圓柱體抗壓試驗………………………………………………………… 30 照片2-6 鋼筋抗拉試驗…………………………………………………………… 30 照片2-7 鋼筋籠組立……………………………………………………………… 31 照片2-8 模板組立………………………………………………………………… 31 照片2-9 熱耦線固定於鋼筋籠…………………………………………………… 31 照片2-10 應變計黏貼…………………………………………………………… 31 照片2-11 坍度試驗……………………………………………………………… 31 照片2-12 梁試體澆置、搗實…………………………………………………… 31 照片2-13 梁試體噴灑養護劑…………………………………………………… 32 照片2-14 梁試體以濕布養護…………………………………………………… 32 照片2-15 耐火爐及千斤頂……………………………………………………… 32 照片2-16 DA-100及DS-600……………………………………………………… 32 照片2-17 NEC 7V-14及電腦…………………………………………………… 32 照片2-18 鋼架及其固定鐵件…………………………………………………… 32 照片2-19 鋼架包覆耐火棉……………………………………………………… 33 照片2-20 試體及其固定鐵件…………………………………………………… 33 照片2-21 將施力與支承點包耐火棉………………………………………… 33 照片2-22 使用耐火棉塞補空隙……………………………………………… 33 照片2-23 封爐之情形………………………………………………………… 33 照片2-24 描繪試體表面裂縫………………………………………………… 33 照片2-25 將試體運回成大實驗……………………………………………… 34 照片2-26 RC短梁試體試驗情形……………………………………………… 34

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2006-07-12公開
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