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研究生：	黃文駿 Huang, Wen-Chun
論文名稱：	RC翼牆柱試驗與軟化桁架模式分析 Testing and Analysis with Softened Truss Model of Reinforced Concrete Column with Wing Walls
指導教授：	劉玉文 Liu, Yuh-Wehn
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：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	116
中文關鍵詞：	剪力變形、軟化桁架模式、極限強度、耐震試驗、翼牆柱
外文關鍵詞：	shear deformation, softened truss model, ultimate strength, seismic testing, column with wing walls
相關次數：	點閱：143 下載：3
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台灣位處於地震最活躍的環太平洋地震帶上，地震發生相當頻繁，從近年來的震災調查報告中顯示，學校建築所受之震害程度遠大於其他類型之建築，而其破壞主要集中在建築底層之柱在平行走廊方向被剪斷或彎斷，造成建築物之嚴重崩塌。相對的，有些校舍在柱兩側配置適當的壁體，形成所謂翼牆柱(column with wing walls)，對校舍平行走廊方向之耐震能力有很大的幫助，因此在歷次地震中，損害非常輕微。本研究除繼續探討劉國強博士論文所作一體完成之翼牆柱耐震試驗資料分析外，對既有柱以翼牆補強，而翼牆與柱之混凝土不同時期澆注時，對其耐震行為有何影響進行試驗分析。本研究之試驗主要配合現有之試驗設備，規劃6支分期澆注之翼牆柱試體，以重覆漸大加載試驗方式研究其受側力之破壞模式，其變因包括有翼牆寬、翼牆厚及牆鋼筋比等變因。分析時，嘗試以軟化桁架模式(Softened Truss Model)來分析，探討翼牆柱承受水平力作用下之剪力強度與剪力變形，其結果與試驗破壞包絡線比較，以驗證其正確性。
本研究所獲得之初步結論如下：
一、翼牆柱增設單側翼牆之寬度為柱寬的一倍時，則翼牆柱元件之耐震效能約提升為原來柱耐震能力之2倍。
二、當翼牆寬度大於柱寬度時，其分析模式以剪力牆之抗剪效應處理為佳；若翼牆寬度小於柱寬度時，則以擴大柱斷面之情形分析為佳。
三、設置翼牆時，應儘量使其總面積大於柱斷面積且牆寬亦大於柱寬，如此設置下，其抗剪能力會明顯提升。
四、分灌與一體翼牆柱灌注試體比較可發現：分灌試體之極限強度約可達一體灌注試體之80～90％，故分灌試體亦可發揮耐震能力提升之效果。
五、以軟化桁架模式分析翼牆柱受側向力作用下之剪力變形，將各翼牆試體之預測結果與試驗結果曲線（P-△S）比較，對於牆寬大於柱寬之試體顯得相當吻合。

As Taiwan located at the Circum-Pacific seismic zone, earthquakes occur very frequently. The investigation of seismic damage in recent years revealed that the damage of school buildings was much more serious than others due to the shear failure of the columns in the direction paralleled to the corridor at the bottom floor. Oppositely, some buildings were damaged very lightly because of the applicable walls set at both sides of the columns, which formed the so-called column with wing walls, that strengthened the aseismic ability in the direction paralleled to the corridor of the buildings very much.
This paper is concerned with the investigation of the seismic behavior of column with wing walls subjected to cyclic loading. Fifteen specimens were studied, including six with column and wing walls cast individually and nine with column and wing walls cast as a unity. The influence of the width of wing walls, the thickness of wing walls and the reinforcement ratio of wing walls were fully investigated.
Softened truss model was used to analyze the shear strength and the shear deformation of the specimens subjected to cyclic loading. And the analytical results were compared to the test result.

The conclusions of this paper are:
1.The ultimate seismic resistant force of column with wing walls ascended one time provided that each side of wing walls possessed the same width as the column.
2.The structural behavior of a column with wing wall tends to column model when the wing wall width of each side is less than the column width. However, the shear resistant effect is affirmative when the width of wing wall is increased.
3.The shear resistance of column with wing walls ascended obviously when both the sectional area and width of wing walls were larger than column.
4.The test result revealed that the ultimate strength of the specimens with column and wing walls cast individually were about 80~90% of that of the specimens with column and wing walls cast as a unity.
5.The comparison between the test result and the analytical result for the shear strength and the shear deformation with softened truss model were found to be in good agreement.

目   錄

摘要 
ABSTRACT
誌謝
目錄  ……………………………………………………Ⅰ
表目錄  …………………………………………………Ⅳ
圖目錄  …………………………………………………Ⅴ
照片目錄…………………………………………………Ⅸ
符號說明  ……………………………………………ⅩⅠ

第一章  前言………………………………………………1
1-1 研究背景與動機………………………………………1
1-2 研究目的………………………………………………2
1-3 執行研究之流程 ……………………………………2
1-4  基本假設範圍 ………………………………………3

第二章  RC柱梁構架及剪力牆之耐震系統探討…………4
2-1 RC材料基本性質與力學行為…………………………4
2-1-1 混凝土材料力學性質………………………………4
2-1-2 鋼筋材料力學性質…………………………………6
2-1-3 鋼筋混凝土斷面之彎矩軸力關係曲線……………7
2-2柱、牆元件之相關文獻探討…………………………8
2-3 桁架模式理論之發展 ………………………………12
2-4 桁架模式於剪力牆之應用……………………………14
第三章  試驗規劃與試體製作  …………………………15
3-1  試驗規劃  …………………………………………15
3-2  試驗設備與量測系統 ………………………………16
3-2-1 試驗設備  …………………………………………16
3-2-2 試驗量測系統  ……………………………………19
3-3  試體規劃  …………………………………………21
3-4  試體製作  …………………………………………23

第四章  試驗過程及試驗結果  …………………………29
4-1 試驗流程………………………………………………29
4-2 試驗之設備架設與量測分析…………………………30
4-2-1 翼牆之剪力變形量測分析  ………………………30
4-2-2 基座之滑移及翹起…………………………………32
4-2-3 試體鋼帽垂直固定螺桿軸力之量測與分析………34
4-3 試驗過程………………………………………………36
4-3-1 翼牆厚10cm試體試驗  ……………………………36
4-3-1.1翼牆寬10cm之試體試驗…………………………36
  4-3-1.2翼牆寬20cm之試體試驗 ………………………37
4-3-2翼牆厚15cm之試體試驗……………………………39
4-3-2.1翼牆寬10cm之試體試驗…………………………39
4-3-3.2翼牆寬20cm之試體試驗…………………………41
4-4試驗結果與討論  ……………………………………42
  
第五章  翼牆柱之軟化桁架破壞理論分析  …………75
5-1  翼牆柱軟化桁架破壞分析  ………………………75
5-1-1  翼牆之元素座標系統及力平衡關係  …………76
5-1-2  變形諧和條件分析  ……………………………80
5-1-3  材料組成律  ……………………………………81
5-1-4  翼牆柱剪力-位移曲線之求解  ………………83
5-2  理論分析結果與試驗結果之比較與討論  ………88
5-3  大尺寸構架試體試驗結果比較……………………92
5-4  本章小結…………………………………………94

第六章  結論與建議…………………………………103
6-1  結論………………………………………………103
6-2  建議………………………………………………104

參考文獻  ………………………………………………105
附錄  ……………………………………………………109
簡歷

表 目 錄

表3-1  翼牆柱試體編號尺寸及配筋  ………………22
表4-1  試體試驗過程重點摘錄及強度一覽表  ……46
表4-2  各試體斷面極限彎矩表………………………47
表4-3  本文翼牆柱試體試驗結果  …………………47
表4-4  柱牆分灌與一體灌注試體極限強度比較表…48
表5-1  翼牆寬小於柱寬試體極限剪力之實驗與理論值
       比較……………88
表5-2  翼牆寬大於等於柱寬試體極限剪力之實驗與理論
       值比較……………88
表5-3  翼牆寬小於柱寬試體剪力變位之實驗與理論值比
       較………………89
表5-4  翼牆寬大於等於柱寬試體剪力變位之實驗與理論
       值比較……………89
表5-5  大尺寸含翼牆構架試體之斷面材料性質………93
表5-6  大尺寸試體極限剪力之理論與實驗值比較……93

圖 目 錄

圖2-1  混凝土應力應變曲線  …………………………6
圖2-2  鋼筋應力應變曲線  ……………………………6
圖2-3  斷面承受軸力彎矩之應力及應變圖  …………7
圖3-1  重覆漸大加載試驗加載模式……………………16
圖3-2  翼牆柱試驗架……………………………………18
圖3-3  翼牆柱試體配筋圖………………………………25
圖3-4  翼牆柱試體尺寸圖  ……………………………25
圖3-5  翼牆柱翼牆配筋圖………………………………26
圖4-1  翼牆柱試驗流程圖………………………………29
圖4-2  翼牆柱試體尺寸及作用力與測計之架設………30
圖4-3  翼牆剪力變形示意圖……………………………32
圖4-4  試體基座受力變形示意圖………………………33
圖4-5  試體受垂直固定螺桿束制變形圖………………35
圖4-6  軸力分量分析示意圖……………………………35
圖4-7  翼牆寬度增加與斷面彎矩提升關係圖…………49
圖4-8  柱牆分灌試體之翼牆寬度與剪力強度關係圖…49
圖4-9  一體灌注試體之翼牆寬度與剪力強度關係圖…50
圖4-10  柱牆分灌試體之翼牆厚度與剪力強度關係圖…50
圖4-11  一體灌注試體之翼牆厚度與剪力強度關係圖…51
圖4-12  CWP1 Pcr時裂縫圖………………………………52
圖4-13  CWP1 Py 時裂縫圖………………………………52
圖4-14  CWP1 Pu時裂縫圖………………………………52
圖4-15  CWP1 試驗結束時裂縫圖………………………52
圖4-16  CWP2 Pcr時裂縫圖………………………………53
圖4-17  CWP2 Py 時裂縫圖………………………………53
圖4-18  CWP2 Pu時裂縫圖………………………………53
圖4-19  CWP2 試驗結束時裂縫圖………………………53
圖4-20  CWP6 Pcr時裂縫圖……………………………54
圖4-21  CWP6 Py 時裂縫圖……………………………54
圖4-22  CWP6 Pu時裂縫圖………………………………54
圖4-23  CWP6 試驗結束時裂縫圖………………………54
圖4-24  CWP4 Pcr時裂縫圖……………………………55
圖4-25  CWP4 Py 時裂縫圖……………………………55
圖4-26  CWP4 Pu時裂縫圖………………………………55
圖4-27  CWP4 試驗結束時裂縫圖………………………55
圖4-28  CWP5 Pcr時裂縫圖……………………………56
圖4-29  CWP5 Py 時裂縫圖……………………………56
圖4-30  CWP5 Pu時裂縫圖……………………………56
圖4-31  CWP5 試驗結束時裂縫圖……………………56
圖4-32  CWP3 Pcr時裂縫圖…………………………57
圖4-33  CWP3 Py 時裂縫圖…………………………57
圖4-34  CWP3 Pu時裂縫圖……………………………57
圖4-35  CWP3 試驗結束時裂縫圖………………………57
圖4-36 試體CWP2側向加載與側變位曲線圖……………58
圖4-37 試體CWP6側向加載與側變位曲線圖……………58
圖4-38 試體CWP4側向加載與側變位曲線圖……………59
圖4-39 試體CWP5側向加載與側變位曲線圖……………59
圖4-40 試體CWP3側向加載與側變位曲線圖……………60
圖4-41 試體CWP2之剪力與撓曲變位關係圖……………60
圖4-42 試體CWP6之剪力與撓曲變位關係圖……………61
圖4-43 試體CWP4之剪力與撓曲變位關係圖……………61
圖4-44 試體CWP5之剪力與撓曲變位關係圖……………62
圖4-45 試體CWP3之剪力與撓曲變位關係圖……………62

圖5-1  RC薄膜元素軟化桁架模式之分析示意圖 ……75
圖5-2  試體受力開裂破壞圖  ………………………76
圖5-3  牆體元素應力平衡示意圖  …………………76
圖5-4  元素主應力方向  ………………………………77
圖5-5  座標系統轉換圖  ………………………………78
圖5-6  RC元素之鋼筋與混凝土應力疊加示意圖  ……79
圖5-7  縱向應變引起之剪應變  ……………………80
圖5-8  橫向應變引起之剪應變  ………………………80
圖5-9  主壓應變引起之剪應變  ………………………80
圖5-10  Vecchio and Collins混凝土之應力-應變軟化曲
       線關係圖………82
圖5-11  鋼筋之應力應變關係圖  ………………………83
圖5-12(a) R-LFWL含窗台矮牆構架增設翼牆並切割隔離縫
      結構分析圖…92
圖5-12(b) R-LFWH 含窗台矮牆構架增設翼牆結構分析
      圖………92
圖5-12(c) 大尺寸試體增設翼牆斷面配筋………………92
圖5-13  試體CWP4剪力與剪力變位圖……………………95
圖5-14  試體CWP5剪力與剪力變位圖……………………95
圖5-15  試體CWP2剪力與剪力變位圖……………………96
圖5-16  試體CWP6剪力與剪力變位圖……………………96
圖5-17  試體CWP3剪力與剪力變位圖……………………97
圖5-18  試體CW1之剪力與剪力變位圖…………………97
圖5-19  試體CW2之剪力與剪力變位圖…………………98
圖5-20  試體CW6之剪力與剪力變位圖…………………98
圖5-21  試體CW7之剪力與剪力變位圖…………………99
圖5-22  試體CW8之剪力與剪力變位圖…………………99
圖5-23  試體CW4之剪力與剪力變位圖…………………100
圖5-24  試體CW5之剪力與剪力變位圖…………………100
圖5-25  試體CW3之剪力與剪力變位圖…………………101
圖5-26  試體R-LFWL之剪力與變位圖…………………101
圖5-27  試體R-LFWH之剪力與變位圖…………………102


照片目錄

照片3-1 翼牆柱主試驗構架……………………………27
照片3-2 翼牆柱重覆漸大加載試驗油壓驅動器………27
照片3-3 軸力桿load cell桿律定……………………27
照片3-4 翼牆柱重覆漸大加載試驗主控制系統………27
照片3-5 DC-1200資料蒐集器……………………………27
照片3-6 附掛式測微計(clip-on gauge)………………27
照片3-7 個人電腦………………………………………28
照片3-8 翼牆模板組立…………………………………28

照片4-1  CWP1試體試驗前……………………………60
照片4-2  CWP1試體架設設備完成……………………60
照片4-3  CWP1試體達Pcr時開裂圖…………………60
照片4-4  CWP1試體達Py時開裂圖……………………60
照片4-5  CWP1試體達Pu時開裂圖……………………60
照片4-6  CWP1試體試驗最終階段……………………60
照片4-7  CWP1試體試驗結束…………………………61
照片4-8  CWP1試體試驗結果…………………………61
照片4-9  CWP2試體試驗前……………………………62
照片4-10  CWP2試體架設設備完成…………………62
照片4-11  CWP2試體達Pcr時開裂圖…………………62
照片4-12  CWP2試體達Py時開裂圖…………………62
照片4-13  CWP2試體達Pu時開裂圖…………………62
照片4-14  CWP2試體試驗最終階段…………………62
照片4-15  CWP2試體試驗結束………………………63
照片4-16  CWP2試體試驗結果………………………63
照片4-17  CWP6試體試驗前…………………………64
照片4-18  CWP6試體架設設備完成…………………64
照片4-19  CWP6試體達Pcr時開裂圖…………………64
照片4-20  CWP6試體達Py時開裂圖…………………64
照片4-21  CWP6試體達Pu時開裂圖…………………64
照片4-22  CWP6試體試驗最終階段…………………64
照片4-23  CWP6試體試驗結束………………………65
照片4-24  CWP6試體試驗結果………………………65
照片4-25  CWP4試體試驗前…………………………66
照片4-26  CWP4試體架設設備完成…………………66
照片4-27  CWP4試體達Pcr時開裂圖………………66
照片4-28  CWP4試體達Py時開裂圖…………………66
照片4-29  CWP4試體達Pu時開裂圖…………………66
照片4-30  CWP4試體試驗最終階段…………………66
照片4-31  CWP4試體試驗結束………………………67
照片4-32  CWP4試體試驗結果………………………67
照片4-33  CWP5試體試驗前…………………………68
照片4-34  CWP5試體架設設備完成…………………68
照片4-35  CWP5試體達Pcr時開裂圖…………………68
照片4-36  CWP5試體達Py時開裂圖……………………68
照片4-37  CWP5試體達Pu時開裂圖……………………68
照片4-38  CWP5試體試驗最終階段……………………68
照片4-39  CWP5試體試驗結束…………………………69
照片4-40  CWP5試體試驗結果…………………………69
照片4-41  CWP3試體試驗前……………………………70
照片4-42  CWP3試體架設設備完成……………………70
照片4-43  CWP3試體達Pcr時開裂圖…………………70
照片4-44  CWP3試體達Py時開裂圖……………………70
照片4-45  CWP3試體達Pu時開裂圖……………………70
照片4-46  CWP3試體試驗最終階段……………………70
照片4-47  CWP3試體試驗結束…………………………71
照片4-48  CWP3試體試驗結果…………………………71
                                    

參考文獻

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校內：2003-07-27公開
校外：2003-07-27公開

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