NCREE-2011-025
時間 2011-11-30
標題 圍束補強鋼筋混凝土柱之軸向行為研究
作者 林敏郎、吳穎涵、林至聰、陳沛清
摘要
台灣地區地震頻繁,建築結構因地震而毀損崩塌時由所聞,因此現今
國內建築規範要求新建建築之RC 柱結構內部需配置高量橫向圍束鋼筋使
結構具備足夠耐震性;老舊RC 建築則須經由耐震補強以確保建築結構於震
災發生時能發揮足量韌性與消能能力;面外包覆鋼板或複合材料(FRP)具備
施工簡易、快速,且不影響原結構動線規劃與外貌等優點,為目前廣泛應
用之結構補強方法;過去研究顯示,面外包覆結構補強工法對矩形柱結構
之結構補強效果低於圓形柱結構,原因在於面外包覆無法提供矩形柱之柱
面有效圍束,且角隅區易發生應力集中現象而造成補強材料損傷,同時,
過去研究顯示矩形柱補強時搭配錨定機制可改善上述缺失。
本文探討碳纖維材料面外包覆補強矩形柱,藉由所研發之纖維錨栓
(FRP Anchor)改善碳纖維面外包覆補強矩形柱效果,由實尺寸RC 柱單向度
軸壓試驗量化FRP Anchor 對RC 柱圍束補強之功效;對鋼板材料面外包覆
補強,則嘗試以化學錨栓(Adhesive Anchor)、八角形包覆等方法進行補強。
試驗規劃不同圍束量與錨栓用量之補強柱試體,結果顯示,FRP Anchor 可
提供RC 柱有效圍束效果,改善碳纖維矩形包覆之缺失、延緩碳纖維破壞時
間;對柱軸向壓力強度而言,圍束補強可有效提升其強度,但設計更高量
之圍束補強,對強度提升之效果也隨之減少;對軸向壓縮應變而言,則可
有效予極限應變量提升。鋼板補強試體在RC 柱定義強度衰減至70%為破
壞後,仍能持續維持一定量之抗壓強度,發展較大之塑性變形,由破壞模
式觀察,3mm 矩形鋼板補強破壞模式為柱邊面外鼓出造成焊道開裂,6mm
矩形鋼板補強則為角隅開裂控制其破壞行為,而3mm 八角形鋼板包覆表現
出最佳之強度與變形能力。本文數值分析藉由量化錨栓之圍束強度,參考
Mander 圍束混凝土理論之有效圍束效果,利用數值模擬RC 柱受軸向壓力
之行為與反應,得到良好之分析結果。
關鍵字 RC 柱、耐震補強、側向圍束、碳纖維包覆、纖維錨栓、鋼板補強
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