| 研究生: |
林峻立 Lin, Chun-Li |
|---|---|
| 論文名稱: |
鋼筋混凝土柱火害後之耐震行為曲線研究 Lateral Load Deflection Curves for Post-Fire RC Column |
| 指導教授: |
劉光晏
Liu, Kuang-Yen |
| 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: | 2021 |
| 畢業學年度: | 109 |
| 語文別: | 中文 |
| 論文頁數: | 182 |
| 中文關鍵詞: | 鋼筋混凝土柱 、火害 、遲滯迴圈 、耐震能力 、側推 |
| 外文關鍵詞: | RC column, Post-fire, TEASPA, Hysteresis loop, Pushover |
| 相關次數: | 點閱:208 下載:30 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
本研究進行鋼筋混凝土方柱在四面曝火後進行反覆載重實驗之曲線研究,以了解混凝土方柱在四面曝火後地震下對柱構件側力與位移曲線行為。實驗試體設計依照混凝土結構設計規範設計,包括1座未進行火害實驗的反覆載重實驗之對照組(CNF),實驗組則為3座受四面曝火後之反覆載重實驗(CF1、CF2、CF3),其曝火時間及溫度根據CNS12514-1標準升溫曲線進行;一座120分鐘(CF1)、另兩座為180分鐘(CF2、CF3),其餘變數為不同之軸壓力,分別為0.1 fc’Ag(CF1)、0.2 fc’Ag(CF2) 及0.3 fc’Ag(CF3)。實驗結果顯示,(一) CF1、CF2及CF3柱構件試體根據標準升溫曲線進行120分鐘、180分鐘及180分鐘加熱,30cm正方形斷面升降溫全過程,其表面最高溫分別為為661°C、709°C及777.6°C,保護層最高溫383°C、501.9°C、562.6°C,中心最高溫282.5°C、415°C、445.6°C,鋼筋最高溫347°C、475.7°C、491.3°C。(二)受火後鋼筋混凝土柱構件對其力學性能造成不同程度的損傷,尤其混凝土的損傷為主要原因,受火面出現眾多裂縫,造成其初始勁度的下降,且強度點的位移變大,CF1、CF2及CF3其初始勁度分別下降了33%、51%及59%,最大側力分別下降了5%、13%及20%,位移韌性分別下降了44%、43%及38%。並在火害後之試體之遲滯迴圈中可發現有握裹滑移引致的迴圈束縮 (pinching)情況。
本研究根據試體所量測之側力-位移遲滯迴圈圖,並搭配TEASPA程式可獲得未受火害之側推曲線進行比較,分析結果顯示,需考慮火災後對材料性質之影響,進行參數設定上之修正,以合理掌握實驗之側力-位移遲滯迴圈的包絡線,並使用實驗數據搭配TEASPA程式計算性能目標地表加速度,當火害延時增加且軸壓越大,則性能目標地表加速度有顯著下降的現象。
預測火害後試體之力與位移遲滯迴圈經過與文獻對比及配合臺北科技大學陳立憲團隊所研發的非破壞性檢測進行慣性矩 I值及混凝土抗壓強度參數修正後能得到與實驗相近結果,其初始勁度最大誤差為16%、最大側力其最大誤差為8%。
In this study, the reinforced concrete square columns were subjected to post-fire repeated loading tests to understand their lateral force and displacement behavior under earthquakes. The experimental sample including a control group (CNF) of repeated load experiments that did not post-fire, and the experimental group consisted of three post-fire repeated load experiments (CF1、CF2、CF3), the fire time is 120 minutes (CF1) for one set according to the standard heating curve of CNS12514-1, 180 minutes for the other two sets (CF2, CF3), and the other variables are different shaft pressures, respectively 0.1 fc'Ag (CF1) , 0.2 fc'Ag(CF2) and 0.3 fc'Ag(CF3). The experimental results show that (1) the highest surface temperature is 661°C, 709°C and 777.6°C, the highest temperature in the center is 282.5°C, 415°C, 445.6°C, and the highest temperature of the steel bar is 347°C, 475.7°C , 491.3°C. (2) Reinforced concrete column members after fire have caused varying degrees of damage to their mechanical properties,CF1,CF2 and CF3 have their initial stiffness decreased by 33%, 51% and 59% respectively, the maximum lateral force has decreased by 5%, 13% and 20% respectively, and the displacement toughness has decreased by 44%, 43% and 38% respectively.
It can be used with TEASPA program to obtain the side push curve without fire damage for comparison. The analysis result shows that it is necessary to consider the influence of the fire on the material properties and modify the parameter setting to reasonably grasp the experimental side force-displacement hysteresis loop Envelope.
[1] 陳舜田,「建築物火害及災後安全評估法」,科技圖書股份有限公司,台北 (1999)。
[2] Arioz,O.,”Effect of Elevated Temperature on Properties of Concrete,”Fire Safety
Journal,No.42,pp. 516-522,2007.
[3] 危時秀(2003) ,「普通混凝土熱傳導性質之研究」,中原大學土木工程學系碩士論
文, 河仲明指導.
[4] 林銅柱(1995),「高性能混凝土耐火性能之探討」,內政部建築研究所 題研究成
果報告.
[5] European Committee,”Eurocode2:Design of concrete structure – Part 1-2:General
rules – Structural fire design,”EN 1992-1-2:2004:E.
[6] Dodson,V.H., 1990, “Concrete Admixture” ,Van Nostrand Reinhold,PP.39~42
[7] Lie,T. T.,and Barbaros,C., “Method to Calculate the Fire Resistance of Circular
Reinforced Concrete Columns,” ACI Materials Journal, Vol. 88,NO. 1,pp. 84-91
[8] 台灣省建築師公會,"建築物結構安全評估專輯",p.2-22~2-25,1997
[9] Abrams,M. S., 1968, “Compressive Strength of Concrete at Temperature to 1600°F” , Research and Development Bulletin NO. RD16, Portland Cement
Association, 1973
[10] Lie,T. T. ,Rowe, T. T. and Lin, T.D.,1987 “Residual Strength of Fire Exposed
Reinforced Concrete Columns” ,ACI Special Publication SP-92.
[11] 張雲妃,「火害後雙軸彎曲鋼筋混凝土柱之試驗與分析」,博士論文,國立成功
大學建築研究所,台南(2006)。
[12] 陳舜田團隊,”壓力作用下混凝土材料火害後之力學行為”,國家科學委員會專題
研究計畫報告NSC78-0410-E011-3,1990。
[13] 楊旻森,"火害後鋼筋混凝土桿件之扭力行為",國立台灣科技大學營建工程技術研究所博士論文,1966年6月
[14] ACI Committee 216,”Guide for Determining the Fire Endurance of Concrete
Elements,” American Concrete Institute,1994.
[15] 沈進發、沈得縣、黃世建、高金盛、楊旻森,陳舜田,「鋼筋混凝土結構物火害後安全評估程序之研究」,內政部建築研究所專題研究計畫成果報告,國立台灣
科技大學營建系,台北(1997)。
[16] 陳舜田、林英俊、楊旻森,「火害後鋼筋混凝土桿件之扭力形為」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告,國立台灣工業技術學院營建工程技術系,
台北(1995)。
[17] Edward, W. T., et al., 1986”Strength of Grade 60 Reinforceing Bars after Ecposure
to Fire Temperatures” ,Concrete International, pp. 17-19
[18] Stecich, J. P.,Hanson,J.M.,and Rice,P.D.,1984,”Bending and Straightening of Grade
60 Reinforcing Bars” ,Concrete International, Vol.6,No.8,pp.14-23.
[19] 劉靖國, 「高強度鋼筋混凝土梁火害後撓曲行為之研究」,國立台灣科技大學
營建工程技術研究所碩士論文,1992年6月。
[20] Tan K. H.,and Yao Y.,”Fire Resistance of Four-Face Heated Reinforced Concrete Column,”Journal of Structural Engineering ASCE,Vol. 129,No. 9,pp.
1220-1229,2003
[21] 邱至昱,「鋼筋混凝土構材火害後之簡化塑鉸模式」,碩士論文,國立成功大學
土木工程所,台南(2020)。
[22] Sezen,H. and Moehle, J.P.,”Drift Capacity of Reinforced Concrete Columns with Light Transverse Reinforcement,”Earthquake Spectra,Vol. 21,No. 1,pp. 71-89,2005.
[23] Elwood, K.J. and Moehle, J.P., “Drift Capacity of Reinforced Concrete Columns with Light Transverse Reinforcement,” Earthquake Spectra, Vol. 21, No. 1, pp.
71-89, 2005
[24] Elwood, K.J. and Moehle, J.P., “Axial Capacity Model for Shear-Damaged
Columns,”ACI Structural Journal, Vol. 102, No. 4, pp. 578-587, 2005.
[25] 葉勇凱、蕭輔沛、邱聰智,「校舍結構耐震能力提升之技術與試驗驗證」,1906 梅
山地震百週年紀念研討會,嘉義,2006。
[26] 劉子暐,「簡化推垮分析法驗證之研究」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2008。
[27] 邱聰智,蕭輔沛,鍾立來,翁健煌,李其航,劉建均,薛強,何郁姍,陳幸均,楊智斌,翁樸文,沈文成,涂耀賢,楊耀昇,李翼安,葉勇凱,黃世建 (2018),「臺灣結構耐震評估側推分析法(TEASPA V3.1)」,NCREE-18-015。
[28] A. C. 318, "Building code requirements for structural concrete(ACI 318-11) and
commentary (ACI 318R-11)," American concrete institute, 2011.
[29] 黎育誠,「擴柱補強校舍之耐震檢核與側推分析」,國立交通大學,碩士論文,
2013年。
[30] 李其忠、王天志,「鋼筋混凝土結構梁柱接頭火害後強度初估」,內政部建築研
究所自行研究報告,2007。
[31] 黃國維,「鋼筋混凝土柱梁柱複合構件承受高溫之行為研究-柱之承力行為」,國
立成功大學土木研究所,,碩士論文,2007。
[32] 洪瑋澤,「鋼筋混凝土柱梁柱複合構件承受高溫中、後之行為研究-柱之承力行
為」,國立成功大學土木研究所,,碩士論文,2008。
[33] 何欣宜,「鋼鋼筋混凝土梁柱複合構件於高溫中、後之行為研究-梁柱接頭之承
力行為」,國立成功大學土木研究所,,碩士論文,2008。
[34] 劉泰慰,「鋼筋混凝土房屋構架在高溫中、後之行為研究-普通混凝土與自充填
混凝土之外柱行為」,國立成功大學土木研究所,,碩士論文,2009。
[35] 葉治銘,「鋼筋混凝土房屋構架在高溫中、後之行為研究-普通混凝土與自充填
混凝土外柱接頭之行為」,國立成功大學土木研究所,,碩士論文,2009。
[36] 黃瑞賢,「鋼筋混凝土梁柱複合構件受高溫之行為研究-普通混凝土外柱之行
為」,國立成功大學土木研究所,,碩士論文,2010。
[37] 王元武, 「不同受火方式後鋼筋混凝土柱抗震性能的試驗研究」,華倫大學,
碩士論文,2017年。
[38] 霍靜思、楊鑫鑫、李智(2019),“考慮初始荷載的火災後RC柱抗震性能。建築
科學與工程學報”,36(5)。 Doi: 10.19815/j.jace.2019.05.003
[39] Ugur Demir、Caglar Goksu、Ergun Binbir、Alper Ilki(2020),“Impact of time after fire on post-fire seismic behavior of RC columns”,Structures Journal,Vol.26,
pp.537-548,2020。
[40] 陳煜,「水泥基質材料的剪-壓波速特徵及其人工智能分析於火場熱源調查與構材傷損判識-地上建築與地下隧道為例」,國立臺北科技大學,碩士論文,2020
年。
[41] 中華民國國家標準 CNS 12514-1 (2014),「建築物構造構件耐火試驗法-第 1
部:一般要求事項」,經濟部標準檢驗局。
[42] ISO 834 (1999) “Fire resistance tests-elements of building construction, Part
1,General requirements.” International Standard ISO 834, Geneva.