NCREE-2010-003
時間 2010-04-30
標題 斜撐面內挫屈之特殊同心斜撐構架耐震行為研究
作者 蔡克銓、連育群、魏志毓吳安傑蔡青宜陳家乾林克強
摘要
特殊同心斜撐構架(SCBF)主要由斜撐構件受拉降伏與受壓挫屈進行消能以有效抵抗地震,傳統斜撐與接合板設計將使斜撐朝面外方向挫屈變形,容易對包覆斜撐之牆面造成破壞,甚至對建築結構內之器物及人員生命安全造成嚴重威脅。本研究透過斜撐與接合板間加入一連接板,使斜撐轉變為面內方向挫屈變形,藉由兩層樓實尺寸構架試驗以觀察斜撐受力變形反應,並利用有限元素分析軟體ABAQUS建立模型模擬試體反應,建立一套含斜撐面內挫屈之構架設計程序,提供工程師設計參考。
本研究採用先前曾於國家地震工程研究中心測試過三次同心斜撐與一次挫屈束制支撐之梁柱構架,試體高6.66公尺,寬6.7公尺,斜撐排列形式為一X型,斜撐尺寸為H175x175x11x7.5,與第二次同心斜撐試驗採用之斜撐相同,並於斜撐二端各加入一連接板導致斜撐長度略短,接合板則採用AISC建議之均佈力法(UFM)進行設計。試驗則藉由千斤頂在頂樓樓板施力,進行反覆側推測試。
由試驗發現東側兩支斜撐先後發生挫屈後,西側兩支斜撐相隔甚久才發生挫屈,造成前述東側兩支斜撐挫屈累積非線性應變過大提早出現局部挫屈現象,最後導致細微裂縫發展而斷裂。推測其主因為斜撐長度較短,韌性行為較差。為提升整體結構系統的韌性,於確保破壞發生於斜撐構件前提下,採平衡設計的觀點,容許斜撐、接合板與連接板共同進入非線性階段;本研究亦探討如何增長斜撐長度,以能發展出較佳的挫屈行為。本研究提出一改良設計方法,以Generalized UFM進行接合板設計矩形接合板不受傳統UFM限制,以達經濟效益。最後考慮將連接板與接合板相連之淨斷面問題由連接板移至相接之十字截面中,如此斜撐與連接板可於工廠進行精密焊接而兩端各保留5公分之空隙以方便現地組裝,可以省去貼板且對斜撐之柔度分佈與挫屈行為有正面幫助。
關鍵字 特殊同心斜撐構架, 挫屈, 面內挫屈, 均佈力法, 有限元素分析
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