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論文中文名稱:含台度磚牆之RC構架耐震行為研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Seismic Behaviors of RC Frames Infilled with Top Opening Brick Walls [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:工程科技研究所
畢業學年度:102
出版年度:103
中文姓名:陳亭偉
英文姓名:Ting-Wei Chen
研究生學號:98679003
學位類別:博士
語文別:中文
口試日期:2013-12-23
論文頁數:298
指導教授中文名:張順益
口試委員中文名:廖文義;郭世榮;邱昌平;林炳昌;陳奕信
中文關鍵詞:鋼筋混凝土台度磚牆短柱反覆載重試驗側推分析耐震補強磚翼牆RC翼牆
英文關鍵詞:Reinforced Concrete BuildingShort ColumnsSeismic EvaluationSeismic RetrofitPushover AnalysisBrick WallRC Wing Wall
論文中文摘要:一般老舊建築物,尤其是中小學老舊校舍,經常因高窗的配置而無形中出現短柱現象,也因此在歷年來的地震災害中經常出現短柱破壞的案例。因此本研究特別針對含台度磚牆之鋼筋混凝土構架來進行一系列有系統的短柱行為研究,包括發生短柱破壞的臨界條件及其評估方法,也探討短柱破壞的耐震補強方法。本研究共設計及製作八座鋼筋混凝土構架試體,其中一座為純構架試體不含填充磚牆做為比較研究之用,四座為含不同高度之台度磚牆試體用來探討短柱破壞的臨界條件及其評估方法。另外三座則分別進行構架邊柱的增設圍束箍筋補強、增設磚翼牆補強以及增設RC翼牆補強以探討此三種補強工法的有效性。本研究除了進行八座含台度磚牆之鋼筋混凝土構架試體的反覆載重之外,也探討其相關模擬分析方法。
經由四座含不同高度之台度磚牆構架試體的試驗結果以及磚牆和構架邊柱之剪力強度的計算與比較可以得知磚牆的破壞與否將會直接影響到短柱破壞的發生,而磚牆的破壞與否則由磚牆的剪力強度和構架邊柱剪力強度的大小來共同決定。特別值得注意的是磚牆的破壞與否將直接影響到一般建築物進行耐震詳細評估時,其邊柱之塑鉸的位置設定,進而影響到分析結果的正確性。另一方面,經由三座短柱補強試體的試驗研究,可以充分評估此三種不同補強工法的補強成效與破壞發展模式等耐震行為。進一步考量補強後是否依舊能保有原來的通風與採光功能,施工的難易程度,補強所需補強經費以及施工時對建築物使用的影響等,最終建議以增設磚翼牆補強為最優先的補強方案,以供專業技師實際應用時的參考。本研究八座實尺寸鋼筋混凝土構架試體除了進行反覆載重試驗之外,也分別進行模擬側推分析,並將分析結果與實驗結果及實驗的破壞發展模式進行比較,探討各種不同模擬分析的可行性及優缺點,最後推薦合理且最佳的模擬分析方法,以做為工程師模擬分析時的依據。
論文英文摘要:For old existing buildings, especially school buildings, the “short-column” type of damage in the reinforced concrete structures is rather common in the classrooms, where windows infilled top opening brick walls shortened the effective length of almost all the columns. Hence, the school building was found to be the most vulnerable to a severe earthquake among all building types in Taiwan. Consequently, a serial study of RC frames with top opening brick walls was conducted to explore the seismic behaviors of these short-columns. In fact, this study aims to discover the critical failure condition of a short-column; and its evaluation technique and seismic retrofitting techniques. A total number of eight RC frames was designed and fabricated based on old standards for this study. One is a pure frame and will be considered as a benchmark model; four frames are infilled with different heights of top opening brick walls for investigating the critical failure condition of a short-column and its evaluation technique; the rest three frames having the same height of top opening brick walls were seismically retrofitted by using different strengthening methods for the study of the seismic retrofitting techniques for short-columns. A series of cyclic loading tests were conducted for the eight specimens and the nonlinear pushover analysis was also executed for each specimen for exploring its numerical simulation model correspondingly.
Considering the test results of the four frames with different heights of infilled brick walls and the calculations of the shear strengths of brick walls and the adjacent columns, it is concluded that the occurrence of short-column failure all depends on whether or not the infilled brick wall fails. Besides, the failure of the infilled brick wall all depends on whether or not its shear strength is less than that of the adjacent columns. Notice that the numerical simulation results for a RC building might be highly affected by whether or not the failure of infilled brick wall since it affects the specified locations of plastic hinges. On the other hand, the effectiveness of the three seismic retrofitting techniques for RC frames with top opening brick walls was evaluated through the actual tests and their failure modes were also identified. In addition to considering seismic performance, the factors of ventilation, daylighting, construction difficulty and construction cost are also considered. Hence, the addition of a partial brick wall adjacent to the short-column is recommended for the seismic retrofitting of the short-column. After conducting the cyclic loading tests, a nonlinear pushover analysis was carried out for each frame for finding out the best simulation model, where the analytical results were compared to the test results. As a result, the simulation techniques for RC frames with infilled top opening brick walls are recommended for practice.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.1.1 研究緣由 1
1.1.2 研究目的 3
1.2文獻回顧 4
1.2.1 磚牆的力學行為研究 5
1.2.2 含磚牆鋼筋混凝土構架之耐震行為及其評估 10
1.2.3 鋼筋混凝土短柱及其補強研究 13
1.3研究方法 19
1.4研究內容與適用範疇 20
第二章 試體規劃製作與試驗方法 23
2.1試體規劃 24
2.1.1 單層單跨實尺寸純構架試體設計 24
2.1.2 四座不同高度台度磚牆構架試體設計 25
2.1.3 三座不同短柱補強方式之含牆構架試體設計……… 27
2.2試體製作 29
2.2.1 鋼筋混凝土構架試體製作 29
2.2.2 四座不同高度台度磚牆構架試體製作 31
2.2.3 三座不同補強方式短柱構架試體之製作 32
2.3材料的物理性質 33
2.4試驗方法 35
2.4.1 試驗設備 35
2.4.2 試體架設與量測系統架設 36
2.4.3 試驗方法 37
第三章 反覆載重試驗結果與試體觀察 55
3.1單層單跨實尺寸鋼筋混凝土純構架試驗觀察 56
3.1.1 試驗過程 56
3.1.2 試驗結果討論 57
3.2四座不同高度台度磚牆構架試體之試驗與觀察 57
3.2.1 試驗過程 58
3.2.2 試驗結果討論 62
3.3三座不同補強方式短柱構架試體之試驗與觀察 66
3.3.1 試驗過程 66
3.3.2 試驗結果討論 71
第四章 單片台度磚牆承受面內剪力強度之評估 139
4.1磚牆構材的強度性質 140
4.1.1 紅磚與砂漿界面之水平向磨擦強度 140
4.1.2 紅磚與砂漿界面之垂直向劈裂強度 142
4.1.3 紅磚自體劈裂強度 142
4.2磚牆臨界破裂角與破壞路徑 142
4.2.1 磚牆的臨界破裂角 143
4.2.2 本文四座不同高度台度磚牆之破壞路徑預測 145
4.3單片磚牆面內剪力強度計算 145
4.3.1 磚牆面內水平剪力強度公式介紹 146
4.3.2 本文四片不同高度台度磚牆抗剪強度計算 148
4.3.3 台度磚牆抗剪強度評估與試驗結果比較 150
4.4台度磚牆承受面內剪力之強度公式檢討與修正 151
4.4.1 台度磚牆剪力強度現行公式的檢討 151
4.4.2 台度磚牆剪力強度新公式的擬訂 156
4.5磚牆承受面內剪力之 關係曲線 167
4.5.1 磚牆之水平極限位移 167
4.5.2 磚牆之水平殘餘強度 170
4.5.3 磚牆側向載重 曲線 171
4.5.4 磚牆等值斜撐的模擬 172
4.6小結 174
第五章 含台度磚牆RC構架之短柱破壞臨界條件評估 187
5.1鋼筋混凝土構架強度計算 187
5.1.1 美國混凝土協會ACI 318-11規範 187
5.1.2 鋼筋混凝土構架強度評估與試驗結果比較 190
5.2含台度磚牆構架之強度評估與破壞模式預測 191
5.2.1 構架於不同束制程度之邊界條件下的強度計算 191
5.2.2 構架邊柱在不同束制程度之邊界條件下的強度計算 192
5.2.3 含台度磚牆構架之破壞模式的預測 194
5.3短柱破壞之臨界條件及其對結構耐震行為之影響 197
5.3.1 短柱破壞之臨界條件 197
5.3.2 磚牆剪力強度對結構耐震詳評之影響 198
第六章 含台度磚牆RC構架之模擬與耐震評估 205
6.1非線性靜力分析方法 206
6.1.1 容量震譜法 206
6.1.2 構件非線性行為之模擬 207
6.1.3 RC柱之模擬與塑鉸設定 208
6.1.4 磚牆之模擬與塑鉸設定 213
6.2純構架之側推分析模擬 217
6.2.1 塑鉸配置與塑鉸參數的計算 218
6.2.2 純構架之靜力側推分析與試驗結果比較 220
6.3四組不同高度台度磚牆構架之側推分析模擬 220
6.3.1 塑鉸配置與塑鉸參數的計算 221
6.3.2 側推分析與試驗結果之容量曲線比較 229
6.3.3 短柱之剪力塑性鉸的改進 231
6.3.4 台度磚牆之軸力塑性鉸的改進 239
6.4具短柱特性之RC構架補強的側推分析模擬 243
6.4.1 數值模型與塑性鉸設定 244
6.4.2 補強試體之構材塑鉸計算 247
6.4.3 側推分析與試驗結果之容量曲線比較 251
6.5小結 256
第七章 結論與建議 281
7.1結論 281
7.2建議 283
參考文獻 285
符號彙編 290
作者簡歷 297
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論文全文使用權限:同意授權於2014-02-23起公開