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研究生： 吳芯怡
Wu, Xin-yi
論文名稱： 普通混凝土梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重下之承力行為探討
Behavior of Ordinary Reinforced Concrete Beams Subjected to Combined Loads of Bending, Shear and Torsion
指導教授： 方一匡
Fang, I-K
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： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 103
中文關鍵詞： 撓曲韌性 、普通混凝土 、組合載重
外文關鍵詞： combine loading, ordinary concrete, flexural ductility
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    • 本研究主要目的在探討鋼筋混凝土梁受到彎矩(M)、剪力(V)和扭力(T)組合載重作用下之承力行為，隨著T/M與T/V比例之不同，分析試體整體承力行為之差異性。本研究所採用前期試體，斷面尺寸為250×350mm，長度分別為1.5及2.1m鋼筋混凝土梁，主要變數為T/M及T/V的比值，採用Ｔ/Ｍ=0、1/10、1/8三種比值作分析，另外增設2.1m 的試體作為直接剪力差異的對照組。
    主要研究成果如下：
    1. 對於空心的梁試體，加載T/M=1/10時，梁的撓曲韌性比T/M=0時有明顯折減53.4%，由實驗結果可知少許的扭力會大量影響構件的撓曲韌性。
    2. 梁試體的極限強度T/M=1/10時比T/M=0時有折減的趨勢。1.5米空心試體折減10.01%。
    3. 空心梁試體開裂值與Collins預測值非常接近隨著T/M比的增大，Mcr有遞減的趨勢，實心試體的實驗結果亦有相同趨勢。
    4. 比較不同試體的四面主張應變， 發現加載過程中有扭矩的試體主張應變會較大，導致試體軟化快，此為含有扭矩之試體的韌性差之主因。

    This research is to compare the behavior of reinforced concrete beams subjected to the combined loading of bending,shear and torsion.
    In the experimental work, we extuced ten reinforced concrete beams with the same cross section of 250×350mm. Two types of beam length 1.5 and 2.1m were used. The main variables include the ratio of torsion to bending(T/M), and torsion to shear(T/V) ratios 0, 1/10, 1/8, were used.The specimens of 2.1m length were used for reference.
    The main results of our research are:(1) The beams with hollow section subjected to T/M=1/10 had pronounced reduction in ductility, than subjected to T/M=0.(2) Pronounced reduction in ultimate strength was found in specimens having T/M=10. For specimens with hollow section the reduction was about 10.01%.(3) The prediction of cracking strength according to Collin’s theory for hollow section beams is very close to the test result. The flexural cracking strength Mcr decreased as the T/M ratio increased. Both the hollow and solid section beams had the same trend.
    (4)Comparing the principal tensile strains in the four sides of a cross section, beams subjected to torsion had higher value which led to easier softening of concrete. It is found as the main reason for specimens subjected to torsion had less flexural ductility.

    目錄 頁數 摘要……………………………………………….I Abatract……………………………………………......II 目錄……………………………………………………IV 表目錄…………………………………………………VI 圖目錄…………………………………………………VII 符號表…………………………………………………XI 第一章 緒論……………………………………………1 1-1研究背景與目的…………………………………… 1 1-2研究方法……………………………………………2 第二章 文獻回顧……………………………………...3 第三章 試體規劃…………………………………......14 3-1試驗材料……………………………………………14 3-2試驗設備與量測儀器………………………………16 3-3試驗變數……………………………………………17 3-4試驗規劃……………………………………………19 3-4-1 試體編號………………………………….....19 3-4-2 試體規劃描述……………………………….19 3-5試驗製作與流程………………………………........22 3-5-1 試驗製作……………………………….……22 3-5-2 試驗項目…………………………………….24 第四章 試驗結果與討論…………………………......26 4-1試體之開裂行為…………………………………….26 4-1-1裂縫發展趨勢…………………………………………26 4-1-2開裂強度………………………………………………31 4-2表面應變…………………………………………….33 4-2-1組合力加載比例不同之影響…………………………34 4-2-2剪力筋的探討…………………………………………36 4-2-3表面應變與鋼筋應變的比對…………………………36 4-3極限強度……………………………………………..38 4-4試體撓曲韌性………………………………………..42 4-5試體破壞模式………………………………………...46 第五章 結論………………………………………...48 參考文獻……………………………………………...102 表目錄 表3-1(a)NCS系列混凝土配比表………………………………………49 表3-1(b)NCH系列混凝土配比表……………………………………49 表3-2試體規劃總表……………………………………………………50 表4-1-1 Tcr及Mcr值與Collin預測值之比較………………………51 表4-3-1 Elfgren極限強度預測與實驗值比對表……………………52 表4-3-2 試體極限強度衰減率………………………………………53 表4-4-1(a) 加載至0.85Pu(下降段)之韌性比較表……………………54 表4-4-1(b) 加載至Pu之韌性比較表…………………………………54 表4-4-2(a) A2增減率比較…………………………………………55 表4-4-2(b) A2增減率比較…………………………………………55 表4-4-2(c) 空實心試體的A2比較表………………………………55 圖目錄 圖2-1（a）第一類破壞模式示意圖…………………………………56 圖2-1（b）第二類破壞模式示意圖…………………………………56 圖2-1（c）第三類破壞模式示意圖…………………………………56 圖3-1-1 抗彎加載夾具………………………………………………57 圖3-1-2(a) 混凝土圓柱試體抗壓試驗裝置圖……………………...58 圖3-1-2(b) 混凝土之應力應變關係曲線……………………………58 圖3-1-3(a) 鋼筋抗拉試驗裝置………………………………………59 圖3-1-3(b) 鋼筋之應力應變關係曲線圖……………………………59 圖3-4-1 試體斷面圖…………………………………………………60 圖 3-4-2(a) 承受彎矩與剪力組合載重之試體鋼筋配置……………61 圖 3-4-2(b) 承受彎矩、剪力與扭矩組合載重之試體鋼筋配置圖…61 圖3-5-1 組立之鋼筋籠………………………………………………62 圖3-5-2(a) 實心試體…………………………………………………62 圖3-5-2(b) 空心試體…………………………………………………63 圖3-5-3(a)鋼筋應變計…………………………………………………64 圖3-5-3(b)鋼筋應變計-梁前端加載點………………………………64 圖3-5-4 模板組立……………………………………………………65 圖 3-5-5 試體表面應變量測位置圖…………………………………66 圖3-5-6 (a)試體加載設備示意圖………………………………………67 圖3-5-6 (b)承受彎矩與剪力之試體加載照片………………………68 圖3-5-6(c)承受彎矩、剪力與扭矩之試體加載照片…………………68 圖4-1-1 (a) NCS150之頂部角隅破壞照片……………………………69 圖4-1-1 (b)NCH150之頂部角隅破壞照片……………………………69 圖4-1-1 (c)NCS1510之頂部角隅破壞照片…………………………69 圖4-1-1 (d)NCH1510之頂部角隅破壞照片…………………………69 圖4-1-1 (e)NCS158之頂部角隅破壞照片……………………………69 圖4-1-1 (f)NCH158之頂部角隅破壞照片……………………………69 圖4-1-2實心試體與空心試體的剪應力分布…………………………70 圖4-1-3 梁端長邊45度之剪力裂縫…………………………………70 圖4-1-4 (a) 實心試體在τ+ν與τ-ν作用面破壞圖之比較【4】………71 圖4-1-4 (b) 空心試體在τ+ν與τ-ν作用面破壞圖之比較【4】………72 圖 4-1-4 (c)　實心與空心試體在τ+ν作用面破壞圖之比較【4】…73 圖 4-1-4 (d)　實心與空心試體在τ-ν作用面破壞圖之比較【4】…74 圖4-1-5 (a) NCH150 正面開裂之角度………………………………75 圖4-1-5 (b) NCH1510 正面開裂之角度………………………………75 圖4-1-5 (c) NCH158 正面開裂之角度………………………………75 圖4-1-6 (a) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCS-1.5-0)【4】……76 圖4-1-6 (b) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCS-1.5-10)【4】……77 圖4-1-6 (c) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCS-1.5-8)【4】………78 圖4-1-6 (d) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCS-2.1-10)【4】……..79 圖4-1-6 (e) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCS-2.1-8)【4】………80 圖4-1-6 (f) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCH-1.5-0)【4】………81 圖4-1-6 (g) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCH-1.5-10)【4】….....82 圖4-1-6 (h) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCH-1.5-8)【4】………83 圖4-1-6 (i) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCH-2.1-10)【4】……84 圖4-1-6 (j) 試體破壞時之表面裂縫展開圖 (NCH-2.1-8)【4】……….85 圖4-2 表面應變編號知示意圖………………………………………87 圖4-2-1 試體降伏前在LFAD之應變…………………………………88 圖4-2-2 試體在破壞前LFAD應變之比較……………………………88 圖4-2-3(a)1.5米與2.1米試體在LFAD應變上之差異比較…………89 圖4-2-3(b)1.5米與2.1米試體在LFAD應變上之差異比較…………89 圖4-2-4 (a) NCH1510與NCS1510縱向應變LFAD比較……………90 圖4-2-4 (b) NCH218與NCS218應變LFAD比較……………………90 圖4-2-5(a)試體NCH158之D1、D2鋼筋應變………………………91 圖4-2-5(b) 試體NCH158之B6、B8鋼筋應變………………………91 圖4-2-5(c) 試體NCH158之B10、B12鋼筋應變…………………92 圖4-2-5(d) 試體NCH158、NCH1510、NCH150之D1鋼筋應變比較..92 圖4-2-5(e) 試體NCH150之B6、B8鋼筋應變……………………93 圖4-2-6 NCH150-A區之鋼筋應變與表面應變比較圖……………93 圖4-2-7(a)NCH158-A區之鋼筋應變與表面應變比較圖……………94 圖4-2-7(b)NCH158-B區之鋼筋應變與表面應變比較圖……………94 圖4-2-8 NCS218 A區頂部近照………………………………………95 圖4-3-1 (a) Elfgren的破壞強度預測值與實驗值比較(1.5米之試體).95 圖4-3-1 (b) Elfgren的破壞強度預測值與實驗值比較(2.1米之試體).96 圖4-3-2 不同T/V比之破壞強度比較…………………………………96 圖4-4-1 NCH150之load-deflection圖…………………………………97 圖4-4-2 不同T/M試體之載重-位移圖………………………………97 圖4-4-3 不同T/V試體之載重-位移圖………………………………98 圖4-4-4 空心與實心試載之載重-位移關係比較……………………98 圖4-5-2 (a) NCH1510四面主壓應變比較……………………………99 圖4-5-2 (b) NCH158四面主壓應變比較……………………………99 圖4-5-3 不同加載狀況下之LTA’E主壓應變………………………100 圖4-5-4(a) NCS150與NCS158之LB*AU主張應變………………100 圖4-5-4(b) NCH150與NCH158之LTA’E主張應變………………101 符號表 Al1：試體底部縱向鋼筋面積 Al3：試體頂部粽項鋼筋面積 Acp：試體最外緣所圍面積 Aw：箍筋斷面積 F’c：混凝土抗壓強度 fly： 縱向鋼筋降伏強度 fsy 箍筋降伏強度 I：試體之慣性矩 M01：純彎矩試體之強度 Mcr：試體之開裂取強度撓曲強度 My：試體之降伏撓曲強度 Mu： s：箍荕間距 t：空心試體之壁厚 T01：純扭矩試體之強度 Tcr：試體之開裂扭矩強度 Ty：試體之扭矩降伏強度 Tu：試體之極限扭矩強度 Vcr；試體之開裂剪力強度 Vu：試體之極限剪力強度 X：試體短邊長 Y：試體長邊長 ρu：試體頂部縱向鋼筋量 ρlb：試體底部縱向鋼筋量 εd ：平均主壓應變 εr ：平均主張應變 θ ：平均主壓應變角 τ：扭矩所產生之剪應力 ν：剪力所產生之剪應力

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    下載圖示 校內：2010-08-29公開
    校外：2010-08-29公開
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