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研究生： 謝依平
Hsieh, Yi-Ping
論文名稱： 高層建築鋼結構韌性構架梁柱接頭之調查與研究
The Investigation and Research on the Steel Beam-to-Column Connections of Steel Moment Frames in High-Rise Building
指導教授： 陳純森
Chen, Chun-Sen
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： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 213
中文關鍵詞： 鋼結構 、梁柱接頭 、傳統式接頭 、補強式接頭 、減弱式接頭
外文關鍵詞： steel construction, beam to column connection, WFBW connection, EBS connection, RBS connection
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    • 1994年美國加州北嶺地震，美國聯邦災難管理總署調查該次震災發現，諸多鋼構韌性構架之梁柱接頭產生脆性破壞，並於隔年建議可藉由補強式工法以及減弱式工法等兩種工法改良傳統式接頭韌性不足的問題。國內有關抗彎接頭的研究已有20年以上，但大多為單一種工法之研究，少見彙整多種接頭工法結構行為之分析報告。本文將既有文獻之近百組試體分別就構造方式不同分成九種、就抗彎方式不同分為三大類、就柱構件不同分為兩型式，以塑性轉角、等效應力、應變硬化因子與破壞模式等項目，進行一系列的分析及比較後，本文歸納出以下幾項重要結論：
    1. 由九種工法之統計分析，擴翼補強式接頭無脆性破壞試體，即全體試體皆符合規範之韌性需求。
    2. 由三大分類之統計分析，補強式接頭實驗得到之柱面與塑鉸處之應力分布情形，與設計階段之預期情況相近。
    3. 由兩種柱型式之統計分析，梁柱接頭之結構行為與柱型式之關係不顯著。
    4. 接頭之脆性破壞模式以熱影響區內破壞為大宗，因此，銲接相關程序為梁柱接頭韌性是否優良之關鍵。

    The 1994 Northridge Earthquake exposed that the Steel Moment Frames (SMF) lacked the ductility to sustain great earthquake forces. From the post-earthquake reconnaissance, FEMA (Federal Emergency Management Agency) found that a lot of joints of the SMF were brittle. In the sequent reports, therefore, FEMA recommended two retrofit methods, Enlarged-Beam-Section (EBS) Method and Reduced-Beam-Section (RBS) Method, to enhance the ductility of the Welded Flange-Bolted Web Connections. In Taiwan, the SMF have been studied for more than twenty years; however, the results were numerous and the variety of their conclusions existed. Thus, this thesis aims to collect and compare the performances of the joint details that have been developed in the previous papers. After a series of paper review and analysis, this study remarked some significant conclusions as following:
    1. The flange widen reinforced EBS connection does not have brittle sample.
    2. The samples adopting Enlarged-Beam-Section (EBS) Method behave similar to expected result.
    3. Merely the type of columns affect the behavior of connections.
    4. Significantly welding quility affect the behavior of connections.

    目 錄 摘 要 1 Abstract 2 目 錄 3 表目錄 10 圖目錄 13 第一章 緒 論 19 1.1 前言 19 1.1.1 鋼結構特性 19 1.1.2 鋼結構韌性抗彎構架 20 1.1.3 鋼結構韌性抗彎構架的脆性破壞 20 1.1.3.1 梁破壞 21 1.1.3.2 柱翼板破壞 22 1.1.3.3 銲接破壞 23 1.1.3.4 剪力板破壞 24 1.1.3.5 梁柱交會區破壞 25 1.1.3.6 其他破壞 26 1.1.3.7 小結 26 1.1.4 鋼結構韌性抗彎構架的改良 26 1.2 研究目的 29 1.3 研究方法 30 1.4 研究內容 31 1.5 研究範圍 32 第二章 文獻回顧 33 2.1 震災報告 33 2.2 相關規範 34 2.3 實尺寸梁柱接頭試驗報告 35 2.4 探討總體性能之研究 49 2.5 小結 50 第三章 案例分析 51 3.1 統計分析項目說明 51 3.1.1 塑性轉角 51 3.1.2 等效應力 51 3.1.3 應變硬化因子 55 3.1.4 小結 55 3.2 傳統式接頭 57 3.2.1 發展脈絡 57 3.2.2 試驗數據統計分析 57 3.2.2.1 塑性轉角 59 3.2.2.2 等效應力 60 3.2.2.3 應變硬化因子 61 3.2.2.4 破壞模式 61 3.2.2.5 柱型式 61 3.2.3 小結 62 3.3 蓋板補強式接頭 68 3.3.1 發展脈絡 68 3.3.2 試驗數據統計分析 70 3.3.2.1 塑性轉角 70 3.3.2.2 等效應力 71 3.3.2.3 應變硬化因子 72 3.3.2.4 破壞模式 72 3.3.2.5 柱型式 72 3.3.3 小結 72 3.4 側邊縱向加勁板補強式接頭 76 3.4.1 發展脈絡 76 3.4.2 試驗數據統計分析 78 3.4.2.1 塑性轉角 78 3.4.2.2 等效應力 79 3.4.2.3 應變硬化因子 80 3.4.2.4 破壞模式 80 3.4.2.5 柱型式 80 3.4.3 小結 81 3.5 肋板補強式接頭 84 3.5.1 發展脈絡 84 3.5.2 試驗數據統計分析 85 3.5.2.1 韌性 85 3.5.2.2 強度 86 3.5.2.3 應變硬化因子 87 3.5.2.4 破壞模式 87 3.5.2.5 柱型式 87 3.5.3 小結 89 3.6 擴翼補強式接頭 94 3.6.1 發展脈絡 94 3.6.2 試驗數據統計分析 96 3.6.2.1 塑性轉角 96 3.6.2.2 等效應力 97 3.6.2.3 應變硬化因子 98 3.6.2.4 破壞模式 98 3.6.2.5 柱型式 98 3.6.3 小結 100 3.7 梁翼漸變切削減弱式接頭 105 3.7.1 發展脈絡 105 3.7.2 試驗數據統計分析 106 3.7.2.1 塑性轉角 106 3.7.2.2 強度 107 3.7.2.3 材料 108 3.7.2.4 破壞模式 108 3.7.2.5 柱型式 108 3.7.3 小結 108 3.8 梁翼圓弧切削減弱式接頭 112 3.8.1 發展脈絡 112 3.8.2 試驗數據統計分析 113 3.8.2.1 塑性轉角 113 3.8.2.2 等效應力 113 3.8.2.3 應變硬化因子 115 3.8.2.4 破壞模式 115 3.8.2.5 柱型式 115 3.8.2.6 小結 115 3.9 梁翼鑽孔減弱式接頭 119 3.9.1 發展脈絡 119 3.9.2 試驗數據統計分析 121 3.9.2.1 塑性轉角 121 3.9.2.2 等效應力 121 3.9.2.3 應變硬化因子 123 3.9.2.4 破壞模式 123 3.9.2.5 柱型式 123 3.9.3 小結 125 3.10 梁腹開孔減弱式接頭 129 3.10.1 發展脈絡 129 3.10.2 試驗數據統計分析 131 3.10.2.1 塑性轉角 131 3.10.2.2 強度 132 3.10.2.3 應變硬化因子 133 3.10.2.4 破壞模式 133 3.10.2.5 柱型式 133 3.10.3 小結 135 第四章 性能分析 138 4.1 九種工法之性能分析 140 4.1.1 塑性轉角 140 4.1.2 等效應力 142 4.1.3 應變硬化因子 145 4.1.4 破壞模式 146 4.1.5 小結 148 4.2 三大分類之性能分析 150 4.2.1 塑性轉角 150 4.2.2 等效應力 152 4.2.3 應變硬化因子 154 4.2.4 破壞模式 156 4.2.5 小結 157 4.3 兩種柱型式之性能分析 159 4.3.1 塑性轉角 159 4.3.2 等效強度 159 4.3.3 應變硬化因子 163 4.3.4 破壞模式 164 4.3.5 小結 167 4.4 性能分析小結 169 第五章 建議設計方針 173 5.1 傳統式接頭 173 5.1.1 傳統式接頭 173 5.1.1.1 建議接頭之選用 173 5.1.1.2 建議圖 175 5.2 補強式接頭 177 5.2.1 蓋板補強式接頭 177 5.2.1.1 建議接頭之選用 177 5.2.1.2 建議設計程序 177 5.2.1.3 建議圖 178 5.2.2 側邊縱向加勁板補強式接頭 179 5.2.2.1 建議接頭之選用 179 5.2.2.2 建議設計程序 179 5.2.2.3 建議圖 184 5.2.3 肋板補強式接頭 185 5.2.3.1 建議接頭之選用 185 5.2.3.2 建議設計程序 185 5.2.3.3 建議圖 187 5.2.4 擴翼補強式接頭 189 5.2.4.1 建議接頭之選用 189 5.2.4.2 建議設計程序 189 5.2.4.3 建議圖 192 5.3 減弱式接頭 194 5.3.1 梁翼漸變切削減弱式接頭 194 5.3.1.1 建議接頭之選用 194 5.3.1.2 建議設計程序 194 5.3.1.3 建議圖 199 5.3.2 梁翼圓弧切削減弱式接頭 200 5.3.2.1 建議接頭之選用 200 5.3.2.2 建議設計程序 200 5.3.2.3 建議圖 202 5.3.3 梁翼鑽孔減弱式接頭 203 5.3.3.1 建議接頭之選用 203 5.3.3.2 建議設計程序 203 5.3.3.3 建議圖 204 5.3.4 梁腹開孔減弱式接頭 206 5.3.4.1 建議接頭之選用 206 5.3.4.2 建議設計程序 206 5.3.4.3 建議圖 207 第六章 結論與展望 209 6.1 結論 209 6.2 後續研究 209 參考文獻 211

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