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中心技術報告

NCREE-2004-002

時間 2004-03-01
標題 鋼管混凝土結構雙向螺栓式接頭設計參數之試驗與研究
作者 [鍾立來] [吳賴雲] [黃國倫] [黃大華] [盧建帆]
摘要 鋼管混凝土 (Concrete Filled Tube, CFT) 結構為鋼管壁內部充填混凝土之結構系統,同時具有鋼與混凝土之特性,強度高、韌性佳、省工省料、且品質容易掌握,滿足經濟與安全之需求。西元1994 年美國加州北嶺地震震出了鋼結構傳統梁柱接頭之缺點。螺栓式梁柱接頭排除傳統梁柱接頭之缺點,採工廠焊接、工地栓接之施工方式,能確保施工品質,同時,梁柱交會區因螺栓施加預力,而大幅提升交會區之勁度、強度、韌性及消能能力。 本文探討螺栓式梁柱接頭之設計參數有:(1) 鋼管混凝土柱之鋼管寬厚比,40、50 及66 三種;(2) 鋼梁之端板厚度,滿足需求 (25 mm)及未達需求 (20 mm) 二種;(3) 鋼梁之翼翅擴板寬度,超過需求 (80 mm)、接近需求 (60 mm) 及未達需求 (40 mm) 三種;(4) 梁翼板間之垂直加勁板片數,2 片及3 片二種。變化四個設計參數,來設計五組梁柱接頭試體,並進行往復載重試驗,以探討設計參數對梁柱接頭之勁度、強度及韌性的影響。 所有試體之強度皆超過塑性彎矩,破壞模式可分為四種:(1) 初期為柱子產生局部挫屈,接著為鋼梁撓曲挫屈,再轉為扭轉挫屈,最終梁端產生塑鉸消能;(2) 梁端產生局部挫屈,再為梁翼板破裂;(3)梁端板破裂;(4) 梁端板與翼翅擴板同時破裂。對於梁端板厚度相同之試體,大致上隨著柱板愈厚,強度愈高,但是梁翼板間之加勁板,可使柱板較薄者,強度反而較高。對於柱板厚度相同之試體,梁端板厚度愈小,強度也愈小。當端板厚度不足時,在端板開裂後,強度遽降,塑性轉角尚未達到國內規範規定之標準(0.03 弧度),極限破壞時塑性轉角也未達到0.06 弧度;當梁端板厚度滿足需求時,塑性轉角達到美國FEMA350(0.04 弧度)的標準要求,極限破壞時塑性轉角也達到0.06 弧度,實為消能良好穩定可用之接頭。至於端板厚度滿足需求,但是翼翅擴板寬度不足時,雖然塑性轉角能達到國內規範規定之標準(0.03 弧度),但在梁翼板脆性破壞後,強度及勁度劇降,無法提供良好穩定之消能,故翼翅擴板寬度應避免不足。
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