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研究生： 黃勝暉
Huang, Sheng-Hui
論文名稱： 普通混凝土梁承受彎矩、剪力與扭矩之行為與規範印證
Behavior and Validation of Code Provisions of Reinforced 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： 134
中文關鍵詞： 扭矩 、組合載重 、軟化 、AASHTO-LRFD 、ACI318
外文關鍵詞： torsion, combined loading, soften, AASHTO-LRFD, ACI318
相關次數： 點閱：94  下載：6 
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    • 本文旨在探討相同鋼筋量及斷面性質之普通混凝土梁在彎矩(M)、剪力(V)與扭矩(T)組合載重作用之承力行為與AASHTO-LRFD (2007)及ACI318-08規範之印證。
    本研究試體為10根斷面尺寸為250×350mm之鋼筋混凝土矩形梁，梁長分別為1500mm及2100mm，主要考慮變數為扭矩及彎矩組合載重比例T/M=0、1/10與1/8及空心斷面與實心斷面試體。
    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)T/M比值增加時，造成試體頂面產生斜裂縫，軟化效應使混凝土抗壓強度降低。(3)於相同鋼筋量與斷面大小條件下，試體之撓曲韌性主要受T/M比值及核心混凝土之影響 (4)隨著T/M比例從0增加至1/8，實心斷面試體與空心斷面試體之撓曲強度分別會折減約8~13%及10~12%。(5)依據ACI318-08及AASHTO-LRFD (2007)所需設計鋼筋量是實際鋼筋量分別為1.25與1.32倍，結果顯示規範設計所需鋼筋量較為保守。

    This thesis presents the behavior of reinforced concrete beams, having same section and amount of reinforcement, subjected to combined bending (M), shear (V), and torsion (T). The requirements of longitudinal reinforcement according to AASHTO-LRFD (2007) and ACI318-08 Codes are also studied.
    The beam specimens, 250×350 mm cross section, having test lengths of 1500mm and 2100mm were tested. The main parameters included ratio of torsion to bending T/M= 0, 1/10, and 1/8, and solid and hollow sections.
    Results indicated that conservative estimate of failure load and failure mode one were found by comparison with Elfgren’s interaction equation. The softening effect of concrete at top surface of beam caused the decrease of concrete compressive strength. Under the condition of same section size and amount of reinforcement, the flexural ductility was mainly affected by T/M ratio and concrete core.
    As T/M values increased from 0 to 1/8, the flexural strength of solid and hollow specimens decreased about 8-13% and 10-12%, respectively. The amount of longitudinal reinforcement required by ACI318-08 and AASHTO-LRFD (2007) Codes was 1.25 and 1.32, respectively, times that actually provided in beams.

    目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號表 X 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 2 2-1 AASHTO-LRFD (2007)規範設計承受組合載重作用之鋼筋混凝土梁 2 2-2 ACI318規範設計承受組合載重作用之鋼筋混凝土梁 7 2-3 梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重作用之強度互制關係 12 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 21 第三章 數據來源及應用 27 3-1 前言 27 3-2 梁表面的主應變及主應變角之計算 27 3-3 梁在組合載重作用下之桁架模式分析所需斷面性質 29 3-4 應用AASHTO-LRFD (2007)規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 31 3-5 應用ACI318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 36 4-1 印證Elfgren強度互制式及破壞模式 36 4-2 扭矩及剪力對試體各面主應變之影響 38 4-2-1 扭矩及剪力對試體τ+ν作用面應變之影響 38 4-2-2 T/M比值對試體頂面(壓碎面)應變之影響 41 4-3 撓曲強度與韌性受剪力及扭矩之影響 43 4-3-1 加載點之載重與位移關係 43 4-3-2 測試區之彎矩與曲率關係 44 4-4 ACI 318規範設計梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重之印證 47 4-5 AASHTO-LRFD (2007)規範設計梁在彎矩、剪力與扭矩組合載重之印證 54 4-6 以AASHTO-LRFD (2007)與ACI318-08規範設計梁之鋼筋量比較 62 第五章 結論 64 參考文獻 66 附錄A【11】 68 附錄B【11】 70   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】 71 表3-3-1桁架模式之斷面性質 71 表3-4-1 AASHTO-LRFD (2007)規範設計梁受組合載重所需斷面性質 72 表3-5-1依ACI318規範設計梁承受組合載重所需斷面性質 72 表4-1-1試驗結果總表【11】 74 表4-1-2試體之極限強度與Elfgren互制式所求極限強度之比較表【11】 75 表4-2-1試體各面主壓應變角總表 76 表4-2-2軟化係數及混凝土軟化強度 77 表4-3-1試體開裂扭矩與試體極限扭矩比例【11】 77 表4-3-2試體承受不同T∕M組合載重下之韌性【11】 78 表4-3-3撓曲強度與軟化效應關係 78 表4-4-1根據ACI318-08規範【5】計算扭力及剪力所需肋筋 79 表4-4-2根據ACI318-08規範【5】計算組合載重構件之軸向鋼筋需要量 80 表4-5-1根據AASHTO-LRFD (2007)規範【1】設計承受組合載重構件之鋼筋量 81 表4-5-2 AASHTO-LRFD (2007)規範【1】之混凝土壓桿傾角與試驗之主壓應變角 82 表4-5-3根據AASHTO-LRFD (2010)規範【15】設計之θ與β 83 表4-5-4根據不同版本AASHTO-LRFD規範設計之θ與β 84 表4-6-1 AASHTO-LRFD (2007)規範與ACI318規範之縱向拉力鋼筋比較表 85 表A-1試體規劃總表【11】 86 表A-2(a) NCS系列混凝土配比表【11】 87 表A-2(b) NCH系列混凝土配比表【11】 87   圖目錄 頁數 圖2-1-1(a)剪力鋼筋量大(等)於最小鋼筋量時之軸向平均應變εx 88 圖2-1-1(b)剪力鋼筋量小於最小鋼筋量時之軸向平均應變εx 88 圖2-3-1以平面桁架模擬鋼筋混凝土梁【8】 89 圖2-3-2空心斷面中剪力與扭矩造成的剪力流【8】 89 圖2-4-1裂縫間局部應力與計算平均應力比較圖【9】 90 圖3-2-1試體表面應變量測位置圖【11】 91 圖3-2-2試體正面(front)A區及B區應變量測點示意圖 92 圖3-2-3試體正面(front)各方向應變量測位置 92 圖3-3-1空間桁架模式 93 圖3-4-1 AASHTO-LRFD (2007)斷面性質符號定義 93 圖4-1-1測試區撓曲正向應力與剪應力示意圖 94 圖4-1-2 Elfgren極限強度分析值與實驗值比較 95 圖4-1-3試體之鋼筋應變位置【11】 95 圖4-1-4各試體之鋼筋應力-應變圖【11】 96 圖4-2-1(a) 試體NCS150破壞時的表面裂縫【11】 97 圖4-2-1(b) 試體NCS1510破壞時的表面裂縫【11】 98 圖4-2-1(c) 試體NCS158破壞時的表面裂縫【11】 99 圖4-2-1(d) 試體NCH150破壞時的表面裂縫【11】 100 圖4-2-1(e) 試體NCH1510破壞時的表面裂縫【11】 101 圖4-2-1(f) 試體NCH158破壞時的表面裂縫【11】 102 圖4-2-2正面下部水平應變ε_l與底層縱向鋼筋相關位置 103 圖4-2-3(a) 實心斷面試體於τ+ν作用面載重與縱向應變εl關係 104 圖4-2-3(b) 實心斷面試體於τ+ν作用面載重與縱向應變εl關係 104 圖4-2-4(a) 實心斷面試體於τ+ν作用面載重與橫向應變εt關係 105 圖4-2-4(b) 空心斷面試體於τ+ν作用面載重與橫向應變εt關係 105 圖4-2-5(a) 實心斷面試體於τ+ν作用面載重與斜應變ε45關係 106 圖4-2-5(b) 空心斷面試體於τ+ν作用面載重與斜應變ε45關係 106 圖4-2-6(a) 試體NCS150於τ+ν作用面之應變摩爾圓 107 圖4-2-6(b) 試體NCS1510於τ+ν作用面之應變摩爾圓 107 圖4-2-6(c) 試體NCS158於τ+ν作用面之應變摩爾圓 108 圖4-2-6(d) 試體NCH150於τ+ν作用面之應變摩爾圓 108 圖4-2-6(e) 試體NCH1510於τ+ν作用面之應變摩爾圓 109 圖4-2-7(a) 實心試體在τ+ν作用面裂縫發展與量測路徑 110 圖4-2-7(b) 空心試體在τ+ν作用面裂縫發展與量測路徑 111 圖4-2-8應變摩爾圓之主壓應變角度示意圖 112 圖4-2-9(a) 試體NCS150正面之各方向應變載重關係 113 圖4-2-9(b) 試體NCS1510正面之各方向應變載重關係 113 圖4-2-9(c) NCS150與NCS1510試體正面之應變摩爾圓 114 圖4-2-10(a) 實心試體在τ+ν作用面之主壓應變角比較【11】 115 圖4-2-10(b) 空心試體在τ+ν作用面之主壓應變角比較【11】 116 圖4-2-11(a) 實心斷面試體頂部縱向應變εl 117 圖4-2-11(b) 空心斷面試體頂部縱向應變εl 117 圖4-2-11(c) NCS150與NCS1510試體頂面之應變摩爾圓 118 圖4-2-11(d) 試體頂面縱向應變εl與Collins建議之軟化效應示意圖比較【9】 118 圖4-2-12試體NCS150與NCS158頂面破壞情【11】 119 圖4-2-13(a) NCS150試體頂面之應變摩爾圓 120 圖4-2-13(b) NCS1510試體頂面之應變摩爾圓 120 圖4-2-13(c) NCS158試體頂面之應變摩爾圓 121 圖4-2-13(d) NCH150試體頂面之應變摩爾圓 121 圖4-2-13(e) NCH1510試體頂面之應變摩爾圓 122 圖4-2-13(f) NCH158試體頂面之應變摩爾圓 122 圖4-2-13(g) 試體NCS150及NCS158於頂面ε45比較 123 圖4-2-14軟化係數ε_r取值所對應之載重位置 123 圖4-3-1 L=1.5m系列試體在加載點之載重-撓度關係圖【11】 124 圖4-3-2 T/M=1/10試體在加載點之載重-撓度關係【11】 124 圖4-3-3 T/M=1/8試體在加載點之載重-位移關係【11】 125 圖4-3-4 L=1.5m系列試體在測試區之彎矩-曲率關係圖【11】 125 圖4-3-5 T/M=1/10試體在測試區之彎矩-曲率關係【11】 126 圖4-3-6 T/M=1/8試體在測試區之彎矩-曲率關係【11】 126 圖4-5-1正面中央水平應變εm 與εx之相關位置 127 圖4-5-2剪力與肋筋拉力之關係【1】 127 圖4-5-3(a) 試體正面0.5h之水平應變實測值εm與梁0.5dv之水平應變預測值εx (1.5m實心系列) 128 圖4-5-3(b) 試體正面0.5h之水平應變實測值εm與梁0.5dv之水平應變預測值εx (1.5m空心系列) 128 圖4-6-1相關規範之最大剪力與混凝土強度之關係 129 圖A-1試體斷面圖【11】 130 圖A-2(a) 受彎矩與剪力組合載重之試體【11】 131 圖A-2(b) 受扭矩、剪力與彎矩組合載重之試體【11】 131 圖A-3(a) 試體加載設備示意圖【11】 132 圖A-3(b) 承受彎矩與剪力之試體加載照片【11】 132 圖A-3(c) 承受彎矩、剪力與扭矩之試體加載照片【11】 133 圖B-1試體之鋼筋應變位置【11】 133 圖B-2試體表面應變量測位置圖【11】 134

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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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