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研究生: 廖崐宇
Liao, Kun-Yu
論文名稱: 自充填混凝土梁承受彎矩、剪力與扭矩之行為與規範印證
Behavior and Validation of Code Provisions of Self-Compacting Concrete Beam under Combined Bending, Shear, and Torsion
指導教授: 方一匡
Fang, I-Kuang
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 扭矩組合載重軟化ASHTO-LRFDACI318-08
外文關鍵詞: torsion, combined loading, softening effect, AASHTO-LRFD, ACI318-08
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  • 本論文旨在探討自充填混凝土梁承受彎矩、剪力及扭矩組合載重下之承力行為並驗證AASHTO-LRFD (2007)規範與ACI318-08規範中關於縱向鋼筋量規定之適用性。
    本研究共利用10根相同斷面尺寸250×350 mm,長度為1.5與2.1米之鋼筋混凝土梁,主要變數為扭矩與彎矩之比值(T/M=0、1/10、1/8)及實心與空心斷面等。
    主要研究結果如下:(1)試體之破壞模式符合Elfgren所建議強度互制關係之第一類破壞模式,強度互制式之理論破壞載重較為保守。(2)梁承受扭矩時頂面混凝土會產生軟化效應,使梁之極限彎矩強度與韌性遞減。(3)試體之撓曲強度隨T/M比值增加而減少,T/M比值增加1/8時實心與空心試體折減約13%與24%。(4)試體之韌性隨T/M比值增加而減少,T/M比值增加1/8實心與空心試體皆折減約70%。(5)試體破壞時承受的剪力越小,韌性比值就越大,2.1m梁之韌性比值約為1.5m梁之1.2倍。(6)實心試體之韌性優於空心試體,實心試體之韌性比值約為空心試體之1.45倍。(7)在相同組合載重與梁長,且試體均達破壞載重下,自充填混凝土之韌性比值約為普通混凝土之1.2倍。(8)依ACI318-08規範與AASHTO-LRFD規範設計斷面所需之縱向鋼筋量約為實際值之1.37倍與1.29倍,即規範之設計規定較為保守。

    This thesis presents the behavior of self-compacting concrete beams subjected to combined bending, shear, and torsion. The requirements of longitudinal reinforcement according to AASHTO-LRFD and ACI318-08 codes are also studied. The results of previous studies were used for the study of failure modes, flexural strength and ductility, and variations of principal strains.
    The beam specimens, 250×350 mm cross section, having test lengths of 1.5m and 2.1m, respectively, were tested. The main parameters included ratio of torsion to bending (T/M=0, 1/10, 1/8) and solid and hollow sections.
    Results indicated that failure mode one and conservative estimate of failure load were found by comparison with Elfgren’s interaction equation. The softening effect of concrete at top surface of beam caused the decrease of flexural strength and ductility. The flexural strength decreased around 13%~24% as T/M value increased from 0 to 1/8. More decrease of flexural ductility was found in hollow section than solid section. The decrease of flexural ductility was approximately 70% for sections with T/M=1/8.
    The flexural ductility for beams having length of 2.1m was about 1.2 times that of beams having length of 1.5m. Under the same conditions, the flexural ductility of self-compacting concrete beams is 1.3 times that of normal concrete beams. The amount of longitudinal reinforcement required by ACI318-08 and AASHTO-LRFD codes was 1.37 and 1.29 times that actually provided in beams, respectively.

    摘要 I 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 VIII 圖目錄 IX 符號表 XI 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究範疇 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 以AASHTO-LRFD (2007)規範設計承受組合載重作用之鋼筋混凝土梁 3 2-2 以ACI318-08規範設計承受組合載重作用之鋼筋混凝土梁 8 2-3 梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重作用下之強度互制關係 13 2-4 修正壓力場理論簡介 16 2-5 梁受扭矩時之承力行為 18 2-6 梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重下之承力行為 20 2-7 混凝土強度對梁構件之影響 22 第三章 理論分析 28 3-1 前言 28 3-2 梁表面的主應變及主應變角之計算 28 3-3 應用ACI318規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 29 3-4 梁在組合載重作用下之桁架模式理論分析所需斷面性質 31 3-5 應用AASHTO-LRFD (2007)規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 33 第四章 結果討論 35 4-1 印證梁承受組合載重之破壞模式 35 4-2 扭矩及剪力對試體各面主應變之影響 37 4-2-1 扭矩及剪力對試體正面主應變之影響 37 4-2-2 扭矩及剪力對試體頂面主應變之影響 40 4-3 撓曲強度與韌性受剪力及扭矩之影響 42 4-3-1 加載點之載重與位移關係 42 4-3-2 測試區之彎矩與曲率關係 44 4-4 AASHTO-LRFD (2007)設計規範印證及探討 47 4-5 ACI318-08設計規範印證及探討 51 4-6 AASHTO-LRFD (2007)與ACI318-08之規範比較 53 第五章 結論 56 參考文獻 58 附錄A 【11】 60 附錄B 【11】 62 表目錄 頁數 表2-1-1梁斷面所配置之剪力鋼筋大(等)於最小剪力鋼筋量時之θ及β值【1】 63 表3-3-1依ACI318-08規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 63 表3-4-1梁在組合載重作用下之桁架模式理論分析所需斷面性質 63 表3-5-1依AASHTO-LRFD (2007)規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 64 表4-1試驗結果總表【11】 65 表4-1-1 T_0、V_0及M_0計算結果 66 表4-1-2試體破壞時的組合載重互制關係 66 表4-1-3 Elfgren之強度互制式理論值與試驗值比較【11】 67 表4-2-1試體各面主壓應變角總表 68 表4-2-2軟化係數與軟化之混凝土抗壓強度 69 表4-3-1試體開裂扭矩與試體極限扭矩比例 69 表4-3-2 SCC梁撓曲韌性比值【11】 70 表4-3-3 SCC梁與NC梁之撓曲韌性比較【11】【15】 71 表4-4-1 AASHTO-LRFD (2007)規範【1】之混凝土壓桿傾角與試驗之主壓應變角 72 表4-4-2根據AASHTO-LRFD (2007)規範【1】設計之縱向撓曲鋼筋量 73 表4-4-3根據AASHTO-LRFD (2010)規範【16】設計之θ與β 74 表4-4-4根據AASHTO-LRFD (2010)規範【16】設計之θ與β 75 表4-5-1根據ACI318-08規範【5】設計之縱向撓曲鋼筋量 76 表4-5-2根據ACI318-08規範【5】設計於混凝土壓桿傾角不同時之箍筋量 77 表4-6-1 AASHTO-LRFD (2007)規範與ACI318-08規範設計縱向撓曲鋼筋量 78 表A-1 試體規劃總表【11】 79   圖目錄 頁數 圖2-1-1梁之軸向平均應變ε_x【1】 80 圖2-3-1剪力與扭矩造成的剪力流【8】 80 圖2-3-2以平面桁架模擬鋼筋混凝土梁【8】 81 圖2-4-1裂縫間局部應力與計算平均應力比較圖【9】 81 圖3-3-1 ACI318-08斷面性質符號對應位置【5】 82 圖3-4-1空間桁架模式【8】 82 圖3-5-1 AASHTO-LRFD (2007)斷面性質符號對應位置【1】 82 圖4-1-1鋼筋應變計與梁端載重之關係【11】 83 圖4-1-2第一類破壞模式曲線與SCC 1.5 m系列試體之關係 84 圖4-1-3第一類破壞模式曲線與SCC 2.1 m系列試體之關係 84 圖4-2-1(a) SCS150試體各面裂縫展開圖【11】 85 圖4-2-1(b) SCS1510試體各面裂縫展開圖【11】 86 圖4-2-1(c) SCS158試體各面裂縫展開圖【11】 87 圖4-2-1(d) SCH150試體各面裂縫展開圖【11】 88 圖4-2-1(e) SCH1510試體各面裂縫展開圖【11】 89 圖4-2-1(f) SCH158試體各面裂縫展開圖【11】 90 圖4-2-2(a) SCS 1.5 m系列試體之正面底部縱向應變與載重關係 91 圖4-2-2(b) SCH 1.5 m系列試體之正面底部縱向應變與載重關係 91 圖4-2-3正面底部應變ε_l與底層縱向鋼筋相關位置 92 圖4-2-4(a) 1.5 m實心系列試體之正面橫向應變與載重關係 92 圖4-2-4(b) 1.5 m空心系列試體之正面橫向應變與載重關係 93 圖4-2-5(a) 1.5 m實心系列試體之正面45度應變與載重關係 93 圖4-2-5(b) 1.5 m空心系列試體之正面45度應變與載重關係 94 圖4-2-6試體正面裂縫情形與45度量測路徑【11】 94 圖4-2-7(a) SCS150試體正面之應變摩爾圓 95 圖4-2-7(b) SCS1510試體正面之應變摩爾圓 95 圖4-2-7(c) SCS158試體正面之應變摩爾圓 96 圖4-2-8主壓應變角繪於試體正面裂縫情形【11】 97 圖4-2-9試體SCS150與SCS158頂面破壞情形【11】 98 圖4-2-10(a) SCS150試體頂面之應變摩爾圓 99 圖4-2-10(b) SCS1510試體頂面之應變摩爾圓 99 圖4-2-10(c) SCS158試體頂面之應變摩爾圓 100 圖4-2-11 SCS150與SCS1510試體頂面之應變摩爾圓 100 圖4-2-12試體頂面縱向壓應變與載重關係 101 圖4-2-13 Collins軟化效應之應力應變關係【9】 101 圖4-3-1 SCC 1.5 m系列試體載重與位移關係 102 圖4-3-2(a) SCS、SCH 1/10系列試體載重位移關係 102 圖4-3-2(b) SCS、SCH 1/8系列試體載重位移關係 103 圖4-3-3(a) SCS 1/10、1/8系列試體載重與位移關係 103 圖4-3-3(b) SCH 1/10、1/8系列試體載重與位移關係 104 圖4-3-4 SCC 1.5 m系列試體彎矩與曲率關係 104 圖4-3-5 SCS 1/10、1/8系列試體彎矩與曲率關係 105 圖4-3-6 SCH 1/10、1/8系列試體彎矩與曲率關係 105 圖4-4-1正面中央水平應變ε_m與梁軸向應變ε_x相關位置 106 圖4-4-2(a) 1.5 m實心系列試體之正面中央水平應變ε_m與梁軸向應變εx之關係圖 106 圖4-4-2(b) 1.5 m空心系列試體之正面中央水平應變ε_m與梁軸向應變εx之關係圖 107 圖4-6-1相關規範之最大剪力與混凝土強度之關係 107 圖A-1試體斷面圖【11】 108 圖A-2(a)受彎矩與剪力組合載重之試體【11】 109 圖A-2(b)受扭矩、剪力與彎矩組合載重之試體【11】 109 圖A-3試體加載設備示意圖【11】 110 圖A-4(a)承受彎矩與剪力之試體加載照片【11】 110 圖A-4(b)承受彎矩、剪力與扭矩之試體加載照片【11】 111 圖B-1試體之鋼筋應變計配置圖【11】 111 圖B-2試體表面應變位置量測圖【11】 112 圖B-3試體正面A區各方向應變量測位置 113

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    下載圖示 校內:2014-08-25公開
    校外:2014-08-25公開
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