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研究生: 葉孟東
Yeh, Meng-Tung
論文名稱: 火害後鋼筋混凝土柱之撓曲衰減研究
Study on Flexural Deterioration of RC Columns after Fire Damage
指導教授: 蘇懇憲
Su, Ken-Shan
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: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 103
中文關鍵詞: 火害鋼筋混凝土柱單軸彎矩
外文關鍵詞: Reinforced concrete column, Uniaxial bending, Fire damage
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  •   目前台灣的建築物大多為耐火性能良好的鋼筋混凝土結構,大樓一旦部份樓層發生火災後,大多考慮補強而繼續居住或使用。但在高溫作用後,結構材料的性能會受到折損,因此火害後的RC建築物之耐震能力衰減程度為何?是本文研究動機。本文研究目的,在探討火害後RC柱,除承受軸向壓力外,又輪流受東西向與南北向正反重複彎曲,其殘餘撓曲強度與殘餘撓曲剛度之衰減情況。並建立一套分析模式與實驗結果進行比對,據以準確或合理預測火害後鋼筋混凝土柱之殘餘撓曲強度與殘餘撓曲剛度,以作為火害後建築物之安全評估與補強設計之參考。
      本文研究方法分為實尺寸柱試驗與理論分析二部份,實尺寸柱試驗部份,規劃4支實尺寸之矩形斷面RC柱,主體尺寸為 ,當中二支RC柱不受火害,試驗時先加軸壓應力到20%混凝土抗壓強度,再另加東西向與南北向輪流交替之正反重複偏心載重,直到撓曲破壞為止,收集極限載重、載重-位移等相關資料。另二支RC柱,先預加20%混凝土抗壓強度的軸壓應力持壓1小時,接著依CNS 12514標準升溫曲線,延燒2小時與4小時。火害後,待自然冷卻降至室溫後,於室內放置一個月,再進行與未受火害柱完全一樣的軸力與東西向及南北向輪流交替之正反重複偏心載重試驗。理論分析部份,首先建立合理之數學模式,模擬火害後鋼筋與混凝土之組合律,接著建立斷面之分析方法,預測火害後RC柱斷面之強度與剛度,最後建立整支構件之分析方法,預測火害後RC柱之強度與剛度
      本文之試驗結果,延燒2小時試體最後降至室溫並解除軸力,尚有2.3mm的縮短量,火害後其表面呈現灰褐色帶粉紅色,裂縫寬度小於1mm,裂縫分佈大致呈現網格狀。延燒4小時試體最後有10.3mm的縮短量,火害後其表面呈現棕黃色略帶粉紅色,裂縫寬度大約1mm以上,部份裂縫甚至超過2mm。未火害試體,混凝土抗壓強度較低的試體C04,其極限強度約較混凝土抗壓強度較高試體C07降低10%,極限點剛度約降低15%。火害試體,延燒2小時的試體FC06,其極限強度約較未火害試體C07衰減30%,極限點剛度約衰減60%,延燒4小時的試體FC05,其極限強度約較試體C07衰減40%,極限點剛度約衰減50%。
      本文所建立之柱載重與位移分析方法理論分析結果,與各試體試驗曲線進行比對,尚屬吻合,未火害試體之極限總載重分析值與試驗值最大絕對誤差為5.2%,平均絕對誤差為2.1%,火害試體之極限總載重分析值與試驗值最大絕對誤差為2.42%,平均絕對誤差為1.28%。

      Building fire disaster happens frequently in Taiwan. It would damage the structural resistance after fire. The objective of this paper is to investigate the residual flexural capacity and flexural stiffness of RC columns after fire damage. The investigation method is through experimental test and theoretical analysis.
      4 full scale RC columns are tested in this paper. The dimension of the specimens is 30×45×190cm with fc'=23.5 MPa to 29.5MPa.4-#6 and 4-#5 longitudinal rebars and #4@10cm stirrups are designed for every specimen. 2 of the specimens are not exposed to fire damage. But other 2 specimens are exposed to CNS 12514 temperature curve for 2-hour and 4-hour fire duration. After fire damage, all the specimens subject to both 0.2fc'Ag axial load and alternative NS and EW eccentric cyclic loads until failure of the columns. Crack patterns on the surface of column and experimental P - D curves in NS and EW directions are recorded detailly.
      The ultimate capacity of 2-hour fire damaged FC6 specimen is about 30% less than the ultimate capacity of non exposed specimen C7. While the stiffness at ultimate point of FC6 is about 60% less than the stiffness at ultimate point of C7. The ultimate capacity of 4-hour fire damaged FC5 specimen is about 40% less than the ultimate capacity of C7. The stiffness at ultimate point of FC5 is about 50% less than the stiffness at ultimate point of C7.
      The analytical P - D curves are compared to the experimental P - D curves with error no more than 3%. They match very well for both ultimate capacity and lateral deflection.

    表目錄………………………………………………………VI 圖目錄………………………………………………………VII 照片目錄……………………………………………………IX 符號說明……………………………………………………XI 第一章 緒論………………………………………………1 1-1 研究動機與目的…………………………………………1 1-2 研究方法…………………………………………………2 1-3 文獻回顧…………………………………………………3 1-4 本文適用範圍……………………………………………5 第二章 試體規劃、製做與試驗方法……………………6 2-1 試體規劃…………………………………………………6 2-2 試體配筋與材料強度……………………………………6 2-3 試體製做與養護…………………………………………7 2-4 試體進爐延燒過程………………………………………9 2-4-1 試驗用設備……………………………………………9 2-4-2 試體進爐延燒過程……………………………………10 2-5 雙向輪流交替加載偏心載重試驗………………………12 2-5-1 試驗用設備……………………………………………12 2-5-2 試驗過程………………………………………………13 第三章 試驗過程與結果…………………………………14 3-1 耐火爐升溫情形…………………………………………14 3-2 火害試體升溫情形………………………………………14 3-3 火害試體受損情況………………………………………15 3-4 雙向輪流交替加載偏心載重試驗結果…………………16 3-4-1 試體C04裂縫發展過程………………………………17 3-4-2 試體C07裂縫發展過程………………………………20 3-4-3 試體FC05裂縫發展過程……………………………23 3-4-4 試體FC06裂縫發展過程……………………………25 3-5 火害後降回室溫RC柱之強度殘餘百分率……………28 3-6 火害後降回室溫RC柱之剛度殘餘百分率……………28 第四章 理論分析…………………………………………29 4-1 斷面溫度歷時分析………………………………………29 4-2 常溫混凝土與鋼筋之應力應變關係……………………31 4-2-1 混凝土的應力應變關係………………………………31 4-2-2 鋼筋的應力應變關係…………………………………32 4-3 受火害混凝土與鋼筋之應力應變關係…………………33 4-3-1 受火害混凝土之應力應變關係………………………33 4-3-2 受火害鋼筋之應力應變關係…………………………34 4-4 柱斷面分析………………………………………………35 4-5 柱偏心載重與側向位移分析……………………………37 第五章 結論與建議………………………………………40 5-1 結論……………………………………………………… 40 5-2 建議……………………………………………………… 41 參考文獻……………………………………………………43 附表…………………………………………………………46 附圖…………………………………………………………50 附照片……………………………………………………… 83 附錄 裂縫描繪圖………………………………………… 94

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    下載圖示 校內:2005-07-19公開
    校外:2006-07-19公開
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