簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳拓男
Chen, To-Nan
論文名稱: 磚砌牆體面內水平加載-位移研究與磚造歷史建築耐震評估應用
A Study of Load-Displacement Relationship For Masonry Wall and Seismic Assessment Application
指導教授: 張嘉祥
Chang, Ja-shian
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 210
中文關鍵詞: 磚牆砌體造古蹟歷史建築鋼絲網補強耐震評估
外文關鍵詞: Masonry, Brick wall, Ancient monuments, Historic Buildings, Retrofit, Wire mesh, Seismic assessment
相關次數: 點閱:178下載:7
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
  • 台灣地區之古蹟及歷史建築,絕大部份在結構系統上都是依賴牆體來抵抗地震力。因此如何在地震前正確掌握每道牆體之完整行為,進而評估整體結構系統之耐震能力,並針對強度不足之牆體施做補強。對古蹟及歷史建築保存而言,實為相當重要之基礎工作。
    為建立磚造古蹟歷史建築之耐震評估方法,本文之探討內容包含三個部份。首先本文以壓力斜撐模擬分析磚牆在水平力下之面內行為時,並將主拉應變對於主壓方向之強度衰減及軟化效應納入考量,建立牆體之水平加載-位移曲線計算方法。第二部份為考慮耐震能力不佳之牆體,針對具有造價便宜與保存既有空間景觀優點之鋼絲網補強工法,假定補強提昇分別由鋼絲及包覆鋼絲網之水泥砂漿粉刷層共同提供,建立牆體加載-位移關係相關計算過程。其中鋼絲網之貢獻係以剪力摩擦之觀念計算,並將鋼絲降伏對磚牆造成之額外正向力納入位移估算。第三部分為應用本文建立之計算曲線,建立磚造古蹟歷史建築整體耐震評估方法,並進行三棟歷史建築物實例評估。
    經由本文之探討獲致主要結果有:
    (1) 本文考慮軟化效應所建立之磚牆水平加載-位移計算曲線與實驗曲線大致相近,顯示採壓力斜撐來模擬分析磚牆,主拉應變對於主壓方向之強度衰減及軟化效應不容加以忽略。
    (2) 本文之計算曲線在低軸壓牆體,其分析與實驗結果相近,對於台灣地區磚砌古蹟歷史建築大多為一或兩層樓之建築,其牆體承受之軸壓範圍乃屬低軸壓,應可採用本文之方式評估牆體在水平力作用下之加載-變位關係。
    (3) 對於貼附鋼絲網補強工法,補強層之效果大部分來自鋼絲降伏之貢獻力。因此增加單位寬度牆體之鋼絲斷面積將可有效提高整體之補強效益。
    (4) 本文貼附鋼絲網補強磚牆之評估方式大致可合理得到其水平極限抗剪力與對應之變位,而牆體之水平加載-位移曲線亦與實驗曲線變化趨勢大致相近,可運用於實務評估。
    (5) 依本文方式所建立之水平加載-位移計算曲線,可有效評估各道受面內水平力牆體之安全指標及牆體之破壞位置、檢討是否合乎空間性能等級需求,並進而評估牆體相垂直之橫向壁體之面外安全性。

    In Taiwan, the wall element is the most important part that provides the earthquake resistance for the historic building. Thus during conservation design, the completed behavior of the wall element under earthquake need to be available and uses it to assess the resistant capacity of the structure and retrofit the weak wall.
    In this paper , the compressive truss model theory has be adopted to calculate the P-△ curve of URM wall , and the softening of principal compressive stress was counted in the calculation. Considering the wall that need to be retrofitted , the strengthen method that retrofitting with wire mesh in the inside surface of the wall has been adopted , due to its advantages of economic and not changing the architectural scenery. For establishing the calculation process of the P-△ curve , it assumed that the strengthening effect is contributed by wire mesh and the mortar that enclose wire mesh. The contribution of wire mesh is based on the concept of shear friction. The additional compressive stress of the brick wall due to the wire yield stress was also counted in the calculation of wall displacement. For explaining the seismic assessment application of the P-△ curve , three historic buildings are chosen to run the seismic assessment.
    The main results obtained in this study are as following:
    (1) For URM wall , the calculated curves considering the softened effect obtain good agreement with the test results. This result shows the softening of principal compressive stress due to the principal tensile strain should not be ignored when using the compressive truss model to analyze the masonry shear wall.
    (2) The calculated curves used for the URM walls with lower vertical dead load show good agreement with the test results. Due to the historical masonry buildings in Taiwan mostly have one or two floors , and the vertical dead load acting on the wall is belong to lower vertical loading , it can adopt the assessing method established in this study to calculate the P-△ curves of the wall.
    (3) For strengthening method that retrofitting URM wall with wire mesh,the strengthening effect is mainly contributed by the wire mesh, and increasing the cross-section of the wire in unit width of the wall will more effectively improve the performance of the wall than increasing the strength of the plastered mortar.
    (4) For the brick wall strengthened with wire mesh , according to the comparison of calculation and five brick specimens , the calculated P-△ curves obtain a good agreement with the test results and the ultimate loading and displacement of the brick wall under in-plane loading can be obtained reasonably.
    (5) In practical usage , the P-△ curve calculated by using the formula established in this study can effectively assess the in-plane safe index of the wall and whether the seismic performance reach the legal standard. Besides , it also can use to assess the out-of-plane safe of the wall which is perpendicular to the assess in-plane wall.

    目錄 表目錄 圖目錄 第一章 緒 論 1-1 研究動機與目的.....................................1 1-2 文獻回顧..........................................3 1-3 研究方法與架構.....................................20 第二章 牆體面內行為之基本假設與理論推導 2-1 磚牆水平加載下之開裂模擬............................25 2-2 受壓斜磚柱應力與應變計算............................31 2-3 應力應變軟化係數 ..................................38 第三章 純磚牆水平加載-位移計算及實驗比較 3-1 牆體面內P-△曲線計算...............................43 3-2 實驗牆體基本資料...................................47 3-3 各試體分析結果.....................................56 3-4 實例計算比較與討論 ................................58 3-5 小結.............................................63 第四章 貼附鋼絲網磚牆水平加載實驗 4-1 貼附鋼絲網補強磚牆面內加載實驗規劃...................65 4-2 材料基本試驗......................................77 4-3 貼附鋼絲網補強磚牆面內加載實驗結果...................82 4-4 實驗結果比較與討論.................................99 4-4 小結............................................104 第五章 貼附鋼絲網磚牆水平加載-位移計算 5-1 補強牆體水平極限抗剪力計算.........................105 5-2 鋼絲網補強牆體之加載與位移關係......................112 5-3 鋼絲網補強磚牆之評估應用...........................117 5-4 計算與實驗結果比較................................120 5-5 小結............................................134 第六章 歷史建築評估應用 6-1 磚造歷史建築常見震害現象...........................135 6-2 磚牆面內水平加載-位移曲線之應用.....................142 6-3 評估步驟 ........................................147 6-4 實例應用.........................................152 6-5 小結.............................................196 第七章 結 論 7-1 結論............................................197 7-2 後續研究.........................................200 參考文獻 .............................................203

    【1】 陳啟仁,「高雄市市定古蹟崇聖祠調查研究及修復計畫」,高雄市政府,2008年
    【2】 林裕鈞,「歷史建築清水磚牆受面外力作用下之結構行為與補強研究」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2007年。
    【3】 張嘉祥,「九二一震災重建區歷史建築修復結構補強技術研究」,行政院文化建設委員會,2007年。
    【4】 劉彥志,「歷史建築磚牆水平週次加載行為及補強實驗研究」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2006年。
    【5】 黃軍豪,「歷史建築磚牆體玻璃纖維補強研究」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2006年。
    【6】 張嘉祥,「國定古蹟台灣煉瓦會社打狗工場紅磚事務所磚牆試驗報告」,財團法人成大研究發展基金會,2006年
    【7】 林耀宗,「磚造歷史建築牆體結構行為研究」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2005年。
    【8】 鄭彥福,「磚造古蹟及歷史建築清水磚牆之補強研究─以日治時期西式磚造建築為例」,雲林科技大學碩士論文,王貞富教授指導,2005年。
    【9】 陳拓男,「具開口部磚造歷史建築修復補強研究」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2003年。
    【10】 葉俊宏,「磚造歷史建築物磚牆力學特性與耐震評估」,成功大學碩士論文,張嘉祥教授指導,2003年。
    【11】 陳奕信,「含牆RC建築結構之耐震診斷」,成大博士論文,許茂雄教授指導,2003年。
    【12】 王貞富、張嘉祥,〝磚牆灰縫剪力強度及面內力作用下牆體破壞行為實驗探討〞,建築學會建築學報,第四十一期,pp.93~106,2002年。
    【13】 張嘉祥、林子傑、葉俊宏,「九二一及一O二二地震古蹟及歷史建築災損原因及改善對策探討」,國家地震工程研究中心,報告編號:NCREE-02-038,2002年。
    【14】 張嘉祥,〝古蹟建築砌體構造部位之修復補強〞,「古蹟再生」月刊第五、六期,2002年。
    【15】 王貞富,「磚造歷史建築物震害及耐震評估研究」,國立成功大學建築研究所博士論文,張嘉祥教授指導,2002年。
    【16】 張嘉祥、徐明福,「歷史建築災損及維護方式之研究(二)砌體磚造」,行政院文化建設委員會中部辦公室,2001年。
    【17】 張嘉祥、王貞富,〝九二一地震磚造歷史街屋震害調查研究〞,建築學報,第三十七期,2001年。
    【18】 陳嘉基、張嘉祥、徐明福、黃斌,〝新化鎮歷史街屋損壞調查及評估模式探討〞,建築學報,第三十六期,2001年。
    【19】 張嘉祥、王貞富,〝1998年嘉義瑞里地震磚砌構造物震害經驗探討〞,建築學報,第三十二期,2000年。
    【20】 中國國家標準,「銲接鋼線網」,總號6919,類號G3132,經濟部中央標準局,1999年。
    【21】 張文德,「磚牆及含磚牆RC構架之耐震試驗分析與應用」,國立成功大學建築研究所博士論文,許茂雄教授指導,1997年。
    【22】 中國國家標準,「金屬材料拉伸試驗法」,總號2111,類號G2013,經濟部中央標準局,1996年。
    【23】 陳明生,「紅磚、砂漿與其介面之基本力學性質研究」,國立成功大學建築研究所碩士論文,許茂雄教授指導,1994年。
    【24】 曾凱瀚,”磚墩與磚牆基本力學性質試驗研究”,國立成功大學建築研究所碩士論文,許茂雄教授指導,1994年。
    【25】 譚建國,「以複合材料理論研討磚牆結構材料之等效力學性質」,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告,1993年。
    【26】 中國國家標準,「水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法」,總號1010,類號R3032,經濟部中央標準局,1993年。
    【27】 陳清泉、高健章、蔡益超、陳國顯,「紅磚與磚牆力學特性之研究試驗」,國科會防災科技研究報告73-12號,國立台灣大學工學院地震工程研究中心,1984年。
    【28】 中國國家標準,「建築用普通磚」,總號382,類號R2,經濟部中央標準局,1978年。
    【29】 越彤,張晨軍,謝釧,劉明國,〝碳纖維布加固修復磚砌體的研究與工程實踐〞,建築結構,32,3,pages 64-67,2003年。
    【30】 談永奎,〝磚牆體加固抗震性能的試驗比較〞,工業建築,第31卷,第7期:pages 5、65~67,2001年。
    【31】 高小旺, 王金妹, 王菁〝典型磚砌體房屋震害預測方法〞, 建築結構, 第七期, 1996年。
    【32】 施楚賢,「砌體結構理論與設計」,中國建築工業出版社,1992年。
    【33】 益尾潔、井上寿也,〝大阪市中央公會堂保存‧再生のためのRC壁增打ち補強,れんが壁の実驗〞,建築の試驗研究情報誌,GBRC104,pages 13~24,2001.10。
    【34】 益尾潔、井上寿也,〝大阪市中央公會堂のれんが壁体強度に関する試驗〞,建築の試驗研究情報誌,GBRC103,2001.7,p14~19。
    【35】 西澤英和,〝既存煉瓦造建物の耐震診斷方法について〞,建築の試驗研究情報誌,GBRC72,pages15~26,1993.10。
    【36】 藤井光治郎,久保哲夫等,〝既存レンガ造建物の耐震診斷と耐震補強に關する研究〞,日本建築學會大會學術講演梗概集,pages1009-1016,1990.10。
    【37】 佐田義行、河野正彥,明治の赤れんが造建物の外壁保存と再生,建築技術, No. 397, Sept. 1984。
    【38】 大森信次,「 建物の耐震診斷入門」, 鹿島出版會,1983年
    【39】 Agarwal Pankaj , Thakkar S.K.”A Comparative Study of Strengthening and Retrofitting Measures for Unreinforced Brick Masonry Model under Cyclic Testing” , Journal of Earthquake Engineering, vol. 8, No.6: pages 839-863,2004.
    【40】 Andreas J. Kappos, Gregory G. Penelis, Christos G. Drakopoulos,” Evaluation of Simplified Models for Lateral Load Analysis of Unreinforced Masonry Buildings”, Journal of Structural Engineering ,2002.
    【41】 Andreaus U.,“Failure Criteria for Masonry Panels under In-Plane Loading” , Journal of the Structural Engineering, vol. 122, No.1: 37-46 ,1996.
    【42】 Abrams D.P.,“Strength and behavior of unreinforced masonry elements”,Earthquake Engineering, Tenth World Conforence , pages3475-3480, 1992.
    【43】 Corradi M. , Borri A. , Vignolu A., “Strengthening Techniques Tested on Masonry Structures Struck by the Umbria-Marche Earthquake of 1997-1998”,Construction and Building Materials ,16,4 ,pages 229-239, 2002 .
    【44】 Costley,A.C. , Abrams,D.P.,”Dynamic Response of Unreinforced Masonry Buildings with Flexible Diaphragms”,Report No.NCEER-96-0001,State University of New York at Buffalo, October 1996.
    【45】 Dawe,J.L. and Seah,C.K.(1989a),”Behavior of masonry infilled steel frames”,Canadian Journal of Civil Engineering,16,pages865-876,1989.
    【46】 Dhanaskar M. Kleeman W. Peter , Adrian W Page “Biaxial Stress-Strain Relations for Brick Masonry”, Journal of Structural Engineering ,pages1085-1100, 1985.
    【47】 Ehasni M.R. , Saadatmanesh H., Al-Saidy A. “Shear Behavior of URM Retrofitted with FRP Overlays”, Journal of Composites for Construction,1,1,pages17-25, 1997.
    【48】 Yokel Felix Y., Fattal S. George”Failure Hypothesis For Masonry Shear Walls, Journal of the Structural Division”, vol.102, No.3:515-532,1976。
    【49】 Giovanni Formica, Vittorio Sansalone, ,” A mixed solution strategy for the nonlinear analysis of brick masonry walls” ,Comput. Methods Appl. Mech. Engrg, pages 5847–5876,2002.
    【50】 Gilstrap J.M. , Dolan C.W.,“Out-of-Plane Bending of FRP-Reinforced Masonry Walls”, Composites Seience and Technology,58, pages1277-1284,1998.
    【51】 Ganz H.R, Thurlimann B. “Tests on masonry walls under normal and shear loading”, Report No.7502-4, ETH Zurich Institute of Structural Engineering, Zurich (inGerman),1984.
    【52】 Hemant B. Kaushik, Durgesh C. Rai, Sudhir K. Jain ”Stress-Strain Characteristics of Clay Brick Masonry under Uniaxial Compression”, Journal of Materials in Civil Engineering, vol.19, No.9:728-739,2007.
    【53】 Holberg A.M. , Hamilton H.R. Ⅲ, “Strengthening URM with GFRP Composites and Ductile Connections”, Earchquake Spectra , 18,1, pages 63-84, 2002.
    【54】 Hall J.D. , Schuman P.M. , Hamiton H.R. “Ductile Anchorage for Connecting FRP Strengthening of Under-Reinforced Masonry Buildings”, Journal of Composites for Construction,6,1 ,pages 3-10, 2002 .
    【55】 Hamilton H.R., Dolan C.W. ,“Flexural Capacity of Glass FRP Strengthened Concrete Masonry Walls ”, Journal of Composites for Construction,5,3 ,pages170-178, Aug.2001.
    【56】 International Masonry Society,「Eurocode 6:Eurocode for masonry, EN 1996-1-1 and EN 1996-2, Guidance and worked examples」, British Masonry Society,2009
    【57】 Jai John, Springer George S., Kollár Láseló P., Krawinkler Helmut, ”Reinforcing Masonry Walls with Composite Materials – Model“, Journal of Composite Materials , vol.34, No.18: 1548-1581,2000.
    【58】 Chaimoon Krit, Attard Mario M.”Modeling of unreinforced masonry walls under shear and compression”, Engineering Structures , vol. 29, No.9:2056-2068,2006.
    【59】 Kahn, L. F., “Shotcrete Retrofit For Unreinforced Brick Masonry” Proceedings of the Eighth World Conference on Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, pages 583-590, 1984.
    【60】 Luisa Berto, Anna Saetta, Roberto Scotta, Renato Vitaliani ,”Shear Behaviour of Masonry Panel: Parametric FE Analyses, International Journal of Solids and Structures , vol41, No.16-17 :4383-4405,2004.
    【61】 Luclano R. , Sacco E., “Damage of Masonry Panels Reinforced by FRP Sheets”, International Journal of Solids and Structures ,35,15, pages1723-1741,1998.
    【62】 Lourenco Paulo B.,Rene De Borst , Jan G. Rots,”A Plane Stress Softening Plasticity Model for Orthotropic Materials”, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.40 , pages4033-4057,1997
    【63】 Lourenco Paulo B.,「Computational strategies for Masonry structures」, Ph.D thesis. Delft University of Technology , The Netherlands,1996.
    【64】 Lee H. H., Prawel S. P., “The Seismic Renovation and Repair Potential of Ferrocement Coatings Applied to Old Brick Masonry Walls”, Earthquake Engineering: Sixth Canadian Conference, Univ. of Toronto Press, Toronto, Canada, and Buffalo, New York, pages 663-670, 1991.
    【65】 Mohamed A. ElGawady , Pierino Lestuzzi , Marc Badoux,” Shear strength of URM walls retrofitted using FRP”, Engineering Structures,2006.
    【66】 Milad M. Alshebani , Sinha S.N.,”Stress-Strain Characteristics of Brick Masonry Under Cyclic Biaxial Compression”, Journal of Structural Engineering,2000.
    【67】 Marc D.Kuzik , Alaa E.Elwi, J.J.Roger Cheng, “Cyclic Flexure Tests of Masonry Walls Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer Sheets ”, Journal of Composites for Construction,7,1,pages 20-30, 2003.
    【68】 Michael L. Albert , Alaa E.Elwi ,“Strengthening of Unreinforced Masonry Walls Using FRPs”, Journal of Composites for Construction,5,2 ,pages 76-84, 2001.
    【69】 Maria Rosa Valluzzi ,Maurizio Valdemarca , Claudio Modena ,“Behavior of Brick Masonry Vaults Strengthened by FRP Lamunates”, Journal of Composites for Construction,5,3 ,pages 166-169, Aug.2001.
    【70】 Pere Roca,”Assessment of masonry shear-wall by simple equilibrium models”, Construction and Building Material , vol.20, No.4: 229-238,2006.
    【71】 Pietruszczak S., Ushaksaraei R. ,“Description of Inelastic Behaviour of Structural Masonry”, International Journal of Solids and Structures ,vol.40,No.15:4003-4019,2003.
    【72】 Prawel S. P., Lee H. H., “The Performance of Upgraded Brick Masonry Piers Subject to In-Plane Motion”, Proceeding of the Fourth U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Earthquake Engineering Research Inst., El Cerrito, California, Vol. 3, pages 273-282, 1990.
    【73】 Roca P.,"Assessment of masonry shear-walls by simple equilibrium models.", Construction and Building Materials, pages 229–238,2006.
    【74】 Sabrah B. Tamer , Hodhod A. Osama , EI-Hefnawy A. Amr “Simple design approach to rehabilitate unreinforced masonry walls using ferrocement overlays” , International Workshop on Innovations in Materials and Design of Civil Infrastructure , Cairo , Egypt,28-29 December,2005.
    【75】 Sonia Marfia , Elio Sacco, “Modeling of Reinforced Masonry Elements”, International Journal of Solids and Structures ,38,24, pages4177-4198,2001.
    【76】 Tomazevic M., Lutman M., Weiss P., “Seismic Upgrading of Old Brick-Masonry Urban Houses: Tying of Walls with Steel Ties”, Earthquake Spectra, 12, 3, pages 599-622 ,Aug. 1996.
    【77】 Tokuyuki T. , Mark L., “Aseismic Assessment and Upgrading of an Old Brick Masonry Building in Japan”, ATC-15-4 Report, Applied Technology Council, Redwood City, California, pages 267-281, 1994.
    【78】 Thomas T.C. Hsu, Mo Y.L.”Softening of Concrete in Low-Rise Shearwalls”, ACI Journal, vol.82, No. 6: pages 883-889,1985。
    【79】 Yoshimura K., “Experimental study for higher seimic performance of mansory walls in developing countries ”, 25th Conference on Our World in Concrete & Structures: 23-24, pages695~702, Singapore, August 2000.
    【80】 Turco V. S., Morbin S.A., Valluzzi M.R., Modena C.,"Flexural and shear strengthening of un-reinforced masonry with FRP bars." Composites Science and Technology, pages 289–296,2006.
    【81】 Vermeltfoort ATh, Raijmakers ThMJ, Janssen HJM,”Shear tests on masonry walls”, Proceeding of the 6th North American masonry conference: pages 1183–1193,1993.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE