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研究生: 張植善
Chang, Jhih-Shan
論文名稱: 外部鋼筋混凝土梁柱接頭複合材料補強行為之實驗研究
Experimental Study of Exterior Reinforced Concrete Beam-Column Joint Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer
指導教授: 邱耀正
Chiou, Yaw-Jeng
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 140
中文關鍵詞: 梁柱接頭補強複合材料數位影像相關係數法
外文關鍵詞: Beam-column joint, Reinforced, CFRP, DIC
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  • 本研究主要針對鋼筋混凝土非韌性接頭之補強行為進行實驗探討,共施作三座強梁弱柱之實尺寸三方束制之外柱接頭試體,並對其進行碳纖維複合材料貼片(Carbon fiber reinforced polymer, 簡稱CFRP)震前補強,以比較補強前後對耐震性能提升成效。本文實驗分別施作兩座補強試體與一非韌性接頭試體,補強行為以接頭表面補強方向做為區別,以討論纖維方向不同對補強能力造成的影響。實驗進行時以柱軸力模擬結構物垂直載重並對其柱頂施加水平層間剪力以模擬結構物於地震力作用下的行為,並以數位影像相關係數法對試體位移與接頭應變場進行觀察分析。
    試驗結果顯示強化纖維補強可使梁柱接頭之剪力強度、勁度、能量消散均有大幅提升,而在補強試體可以觀察到梁構件上塑鉸的產生,顯示強化纖維補強改變強梁弱柱試體的破壞模式。由此證實本文所施作之補強方法可有效提升梁柱接頭抗水平力性能。
    文末以觀察非韌性接頭應變場變形形式對文獻模型提出修正,以對其層間剪力進行估計,並以纖維表面應變量推測纖維貢獻,對本文試體及文獻試體進行驗證後均得到不錯的結果。

    This thesis presents an experimental study to strengthen the shear capacity of non-ductility RC beam-column joints by using Carbon fiber reinforced polymer (CFRP). Three full-scale exterior joint specimens, including one non-ductility specimen and two reinforced specimens with different fiber’s direction in the joint region were tested in this study. All specimens were tested by a MTS hydraulic jack in this study. A new optical technique, digital image correlation technique, was used to measure displacement and strain fields.
    The test results showed that CFRP can improve the stiffness, strength, and energy dissipation capacity of the joint. Specimens JE1 and JE2 can be observed plastic hinges; which means CFRP can be used to improve the joint that the type “strong beam and weak column” to “weak beam and strong column”. A modified model was proposed to predict the column shear stress of the joint. Comparing the test and analytical value, they agree well with each other. It demonstrates that the proposed model can be used to predict the column shear stress of the joint well.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 文獻回顧 3 第二章 研究方法 10 2.1 實驗基本理論 10 2.2 位移量測方法 12 2.2.1 物體變形前後位移關係 12 2.2.2 數位影像相關係數法(Digital Image Correlation) 14 2.2.3 變形參數搜尋方法 15 2.2.4 影像重建 18 第三章 實驗規劃 20 3.1 原型試體規劃 20 3.2 補強規劃 21 3.3 材料性質試驗 22 3.3.1 混凝土抗壓試驗 22 3.3.2 鋼筋抗拉試驗 22 3.3.3 補強材料(CFRP)試驗 23 3.4 實驗器材規劃配置 24 3.4.1 反覆側推實驗器材配置 24 3.4.2 位移量測系統器材配置 25 3.5 加載歷程 26 第四章 實驗過程 27 4.1 試體制作 27 4.1.1 試體共同施作過程 27 4.1.2 補強試體施作過程 29 4.2 試體上架組裝與實驗流程 31 4.2.1 前置作業 31 4.2.2 實驗流程簡述 32 4.3 實驗過程 33 4.3.1 JE0(傳統非韌性RC外柱接頭實驗) 33 4.3.2 JE1(水平纖維補強試體實驗) 34 4.3.3 JE2(45°纖維補強試體實驗) 35 4.4 實驗結果初步整理 36 第五章 實驗結果分析 37 5.1 實驗結果分析 37 5.1.1 破壞包絡線 37 5.1.2 能量消散能力 38 5.1.3 勁度衰減 40 5.2 試體全域位移分析 41 5.2.1 柱構件變形分析 41 5.2.2 梁構件變形分析 43 5.3 接頭區域位移分析 44 5.3.1 原型試體(JE0)應變場分析 44 5.3.2 水平補強試體(JE1)應變場分析 45 5.3.3 45°補強試體(JE2)應變場分析 45 5.3.4 平均應變分析 46 第六章 接頭剪力評估方法探討 48 6.1 實驗接頭剪力計算 48 6.2 文獻探討 49 6.2.1 規範ACI318-05 49 6.2.2 Hakuto剪力衰退模式 51 6.2.3 Lee W.T.接頭破壞模型 52 6.3 接頭剪力影響因子探討 55 6.4 本文建議評估公式 57 6.5 非韌性接頭剪力估算驗證 59 6.6 補強效益探討 60 6.7 補強增益量估計 62 第七章 結論與建議 64 7.1 結論 64 7.2 建議 67 參考文獻 69 附錄A 137 附錄B 138 附錄C 139 自述 140 表目錄 表(3.1) 混凝土抗壓試驗數據 74 表(3.2) 鋼筋抗拉試驗數據 74 表(3.3) CFRP碳纖維材料係數 75 表(3.4) 接著劑(EPOXY SB838)試驗結果 75 表(4.1) 試驗結果比較整理 76 表(6.1) 文獻評估公式與實驗結果比較 77 表(6.2) 試驗結果與本文模型評估比較 77 表(6.3) 文獻試體驗證 78 表(6.4) 層間剪力達極值時平均應變結果 78 圖目錄 圖(2.1) 平面構架受水平側推力變形示意圖 80 圖(2.2) 試體邊界條件 80 圖(2.3) 三維構架試體位置示意圖 81 圖(2.4) 接頭受力情形 81 圖(2.5) PQ變形前後的關係 82 圖(2.6) 位移變化示意圖 82 圖(2.7) Bilinear Interpolation 說明圖 83 圖(2.8) Bicubic Interpolation 說明圖 83 圖(3.1) 試體本體配筋圖 84 圖(3.2) 混凝土抗壓試驗圓柱標準試體 85 圖(3.3) 強化碳纖維貼片(CFRP)測試報告 86 圖(3.4) 接著劑環氧樹脂(Epoxy)測試報告 87 圖(3.5) 試驗架設配置設計示意圖 88 圖(3.6) DIC佈點與標記配置示意圖 89 圖(3.7) 標記 89 圖(3.8) 架設實景(以JE0為例) 90 圖(3.9) 施載程序圖 90 圖(4.1a) 模板與鋼筋籠組立A 91 圖(4.1b) 模板與鋼筋籠組立B 91 圖(4.1c) 試體澆置 92 圖(4.1d) 試體養護 92 圖(4.2a) JE1補強施作1 93 圖(4.2b) JE1補強施作2 93 圖(4.2c) JE1補強施作3 94 圖(4.2d) JE1補強施作4 94 圖(4.2e) JE1補強施作5 (錨定鋼板尺寸示意) 95 圖(4.3a) JE2補強施作1 96 圖(4.3b) JE2補強施作2 96 圖(4.3c) JE2補強施作3 97 圖(4.3d) JE2補強施作4 97 圖(4.4) 補強試體實際施作過程 98 圖(4.5a) JE0實驗前後影像(前) 99 圖(4.5b) JE0實驗前後影像(後) 99 圖(4.6) JE0遲滯迴圈 100 圖(4.7) JE0接頭裂縫各接頭示意圖 101 圖(4.8a) JE1實驗前後影像(前) 102 圖(4.8b) JE1實驗前後影像(後) 102 圖(4.9) JE1遲滯迴圈 103 圖(4.10) JE1破壞影像 103 圖(4.11a) JE2實驗前後影像(前) 104 圖(4.11b) JE2實驗前後影像(後) 104 圖(4.12) JE2遲滯迴圈 105 圖(4.13) JE2破壞影像 105 圖(4.14) JE2破壞影像 106 圖(5.1) 破壞包絡線 107 圖(5.2) 能量消散能力比較 107 圖(5.3) 勁度衰減速度 108 圖(5.4) JE0位移分析可靠度分析 108 圖(5.5) JE1位移分析可靠度分析 109 圖(5.6) JE2位移分析可靠度分析 109 圖(5.7) JE2全試體變形圖 110 圖(5.8) JE0柱構件變形圖(推) 110 圖(5.9) JE1柱構件變形圖(推) 111 圖(5.10) JE2柱構件變形圖(推) 111 圖(5.11) JE0柱構件變形圖(拉) 112 圖(5.12) JE1柱構件變形圖(拉) 112 圖(5.13) JE2柱構件變形圖(拉) 113 圖(5.14) JE0梁構件變形圖(推) 113 圖(5.15) JE1梁構件變形圖(推) 114 圖(5.16) JE2梁構件變形圖(推) 114 圖(5.17) JE0梁構件變形圖(拉) 115 圖(5.18) JE1梁構件變形圖(拉) 115 圖(5.19) JE2梁構件變形圖(拉) 116 圖(5.20) JE0接頭應變場圖(0.25%) 116 圖(5.21) JE0接頭應變場圖(0.5%) 117 圖(5.22) JE0接頭應變場圖(0.75%) 117 圖(5.23) JE0接頭應變場圖(1%) 118 圖(5.24) JE0接頭應變場圖(2%) 118 圖(5.25) JE0接頭應變場圖(2.5%) 119 圖(5.26) JE0接頭應變場圖(3%) 119 圖(5.27) JE1接頭應變場圖(0.25%) 120 圖(5.28) JE1接頭應變場圖(1.5%) 120 圖(5.29) JE1接頭應變場圖(3.5%) 121 圖(5.30) JE1接頭應變場圖(4.5%) 121 圖(5.31) JE2接頭應變場圖(0.25%) 122 圖(5.32) JE2接頭應變場圖(0.5%) 122 圖(5.33) JE2接頭應變場圖(1%) 123 圖(5.34) JE2接頭應變場圖(1.5%) 123 圖(5.35) JE2接頭應變場圖(2.5%) 124 圖(5.36) JE2接頭應變場圖(3.5%) 124 圖(5.37) JE2接頭應變場圖(4%) 125 圖(5.38) JE2接頭應變場圖(5%) 125 圖(5.39) JE0接頭區域x向與y向平均應變 126 圖(5.40) 全接頭區域x向平均應變 126 圖(5.41) 全接頭區域y向平均應變 127 圖(5.42) 全接頭區域平均剪應變1 127 圖(5.43) 全接頭區域平均剪應變2 128 圖(6.1) ACI規範束制程度示意圖 129 圖(6.2) ACI318-05規範對梁柱接頭示意圖 130 圖(6.3) Hakuto剪力衰退曲線 130 圖(6.4) Shiohara破壞模型 131 圖(6.5) Lee破壞模型 132 圖(6.6) 本文試體JE0於層間剪力達極值之位移場 133 圖(6.7) 相似試體JI0於層間位移極限時之位移場 133 圖(6.8) Hakuto梁柱接頭鋼筋握裹折減模型 134 圖(6.9) 梁柱接頭破壞模式 134 圖(6.10) 本文建議梁柱接頭破壞分析模型 135 圖(6.11) 試體驗證結果整理 136 圖(6.12) 強化纖維設計示意 136

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    下載圖示 校內:2020-08-31公開
    校外:2020-08-31公開
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