詹穎雯臺灣大學：土木工程學研究所陳威証Chan, Wei-ChungWei-ChungChan2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50204本研究計畫主要分為兩個階段。 第一個階段主要研究使用不同混凝土在未振動及搗實下，混凝土與鋼筋間之握裹力關係，試驗變數為以轉爐石為粉體添加之SCC與普通混凝土OPC，比較此二種混凝土在鋼筋握 堣O上的差異。 第二階段主要研究為轉爐石混凝土應用於低樓層之一般結構物時，其高軸力並加水平反覆載重方式下之結構韌性行為，試驗內容為製作兩支縮尺寸混凝土柱，一支為使用一般混凝土澆注製作，另一支則為使用轉爐石混凝土澆注柱身及基礎構件，並評估其耐震能力與承載力，希望能夠探討出其轉爐石混凝土與一般混凝土其結構韌性行為上的差異性。 試驗結果顯示： SCC試體之極限水平側向力為109.5KN，位移韌性比為2.0，能量消散計算至20迴圈為92456KKN-m。 OPC試體之極限水平側向力為104.9KN，位移韌性比為1.78，能量消散計算至20迴圈為90244KKN-m。 由實驗結果顯示，SCC柱的位移韌性指數比OPC的位移韌性指數略要高。 SCC試體與程式分析值吻合的情形較OPC試體好。誌謝 一 摘要 三 目錄 五 表目錄 九 圖目錄 十一 照片目錄 十七 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2 研究大綱 2 第二章 文獻回顧 3 2.1轉爐石 3 2.1.1 轉爐石的來源 3 2.1.2 轉爐石的組成 3 2.1.3 轉爐石的物理性質 3 2.1.4 轉爐石的化學成分 5 2.1.5 轉爐石的使用現況 7 2.2 自充填混凝土簡介 7 2.3鋼筋混凝土之握裹力 8 2.3.1握裹力基本原理 8 2.3.2握裹強度的力學行為 9 2.3.3鋼筋周圍的混凝土應力狀況 11 2.3.4束制條件對握裹力的影響 13 2.4 柱之理論分析【8】 14 2.4.1 混凝土應力-應變曲線 14 2.4.1.1 Mander圍束混凝土應力-應變模式 14 2.4.1.2 Mander無圍束混凝土應力-應變模式 17 2.4.2 鋼筋應力-應變曲線【15】 18 2.4.3 斷面切片分析法 19 2.4.4 柱之位移韌性分析 21 2.4.5 相關研究成果 23 第三章 實驗計畫 25 3.1 實驗架構 25 3.2鋼筋拉拔試驗 25 3.2.1基本試驗材料 25 3.2.2基本試驗儀器 26 3.2.3流動性與充填性試驗 27 3.2.3.1坍流度試驗 28 3.2.3.2流速試驗（V形漏斗試驗） 29 3.2.3.3鋼筋間隙通過試驗（箱型試驗） 29 3.2.4拉拔試體之製作 30 3.2.5加載儀器設計與規格 31 3.2.6滑移量量測儀器設計 31 3.2.7鋼筋握裹拉拔試驗 32 3.3 縮尺寸柱試驗 32 3.3.1 試驗試體規劃 32 3.3.2 實驗裝置 33 3.3.3 試體製作 34 3.3.4 加載程序 35 3.4 混凝土強度及彈性模數試驗 35 3.4.1 抗壓強度之量測 35 3.4.2 彈性模數之量測 35 第四章 實驗結果與討論 37 4.1鋼筋握 堜啀瑏桲 37 4.1.1 拉拔試體抗壓試驗結果 37 4.1.2 鋼筋握裹力之量測 37 4.1.3握 堣O試驗結果與討論 38 4.2 橋柱試驗 39 4.2.1 橋柱試驗抗壓試體試驗結果 39 4.2.2 實驗觀察 39 4.2.3 試體遲滯迴圈 40 4.2.3.1 修正水平側向力 40 4.2.3.2 試體遲滯迴圈修正前後比較 40 4.2.3.3 各試體遲滯迴圈比較 41 4.2.4 試體曲率圖比較 42 4.2.5 試體主筋應變圖 43 4.2.6 試體箍筋應變圖 44 4.2.7 試體彎矩曲率圖 44 4.2.8 試體能量消散比較 45 4.2.9 位移韌性值分析 45 第五章 結論與建議 47 5.1 結論 47 5.2 建議 48 參考文獻 49 表目錄 表2-1 大陸鋼廠鋼渣化學成份 ( 重量% ) [3] 51 表2-2 美國典型鋼渣的化學成份 ( 重量% ) [3] 51 表2-3 中鋼轉爐渣化學成份 ( 重量% ) [3] 52 表2-4 中鋼高轉爐石產出統計表[3] 53 表2-5 2001年轉爐石利用統計(用途別) [3] 53 表2-6 縮尺寸橋柱試體設計細節[8] 54 表3-1為各試體材料配比(1/M3) 55 表3-2 台泥品牌第Ι型卜特蘭水泥化學成份 56 表3-3 台泥品牌第Ι型卜特蘭水泥物理性質 57 表3-4 高爐石之物理與化學性質 58 表3-5 日本土木學會併用系高性能混凝土之規範[18] 59 表3-6 鋼筋強度表 59 表3-7 為橋柱試驗混凝土之新拌性質比較 60 表4-1握 婺桲蝘傱ㄠj度表(kgf/cm2) 60 表4-2鋼筋握裹應力表 60 表4-3齡期28天之單位握裹應力 61 表4-4 橋柱試驗混凝土抗壓強度與靜彈性模數表 61 表4-5 各試體之各階段之水平側向承載力與位移 62 表4-6 與文獻中試體[18]SPCC之主要參數比較 62 表4-7 與文獻中試體SCCR1[17]之主要參數比較 63 表4-8為各試體能量累積值 63 表4-9 SCC與OPC試體各耐震性質比較總表 64 表4-10 各試體耐震性質比較總表 64 圖目錄 圖2-1 轉爐石之產製過程[1] 65 圖2-2握裹應力示意圖 65 圖2-3鋼筋竹節環間應力情況圖[11] 66 圖2-4鋼筋作用於混凝土的徑向分量示意圖[10] 66 圖2-5應力分佈圖[10] 67 圖2-6握裹破壞的的兩種模式[11] 67 圖2-7鋼筋受拉造成混凝土橫向裂縫[11] 68 圖2-8鋼筋與混凝土在主要裂縫處發生分離[11] 68 圖2-9 Mander ea al.混凝土模式應力-應變曲線[13] 69 圖2-10 矩形柱斷面核心區之圍束應力[13] 69 圖2-11 矩形柱斷面之有效圍束混凝土[13] 70 圖2-12 矩形柱圍束混凝土抗壓強度關係圖[13] 70 圖2-13 縱向鋼筋之應力-應變曲線[13] 71 圖2-14 切片分析示意圖[13] 71 圖2-15 矩形斷面 面積示意圖[13] 72 圖2-16 切片面積示意圖[13] 72 圖2-17 假設之斷面彎矩-曲率圖[13] 73 圖2-18 側向位移圖[13] 73 圖2-19 彎矩破壞試體細部設計示意圖[8] 74 圖2-20 搭接破壞試體細部設計示意圖[8] 75 圖3-1 應變計固定環示意圖[23] 76 圖3-2 坍流度試驗裝置[7] 76 圖3-3 V漏斗試驗裝置[7] 77 圖3-4 箱型試驗裝置[7] 77 圖3-5 拉拔試體模具示意圖 78 圖3-6 反力支撐盤細部尺寸圖[23] 78 圖3-7 球面座細部尺寸圖[23] 79 圖3-8 固定盤細部尺寸圖[23] 79 圖3-9 連接桿細部尺寸圖[23] 80 圖3-10 施載儀器組合圖[23] 81 圖3-11 試體細部設計示意圖[17] 82 圖3-12 試體細部設計示意圖[17] 83 圖3-13 一字箍示意圖[25] 84 圖3-14 實驗裝置圖一 85 圖3-15 實驗裝置圖二 86 圖3-16試體應變計配置圖 87 圖3-17 水平側向力加載歷時圖 88 圖4-1握裹力之判斷標準示意圖[23] 89 圖4-2 水平側向力修正示意圖[17] 89 圖4-3 SCC試體修正前後比較 90 圖4-4 OPC試體修正前後比較 90 圖4-5 SCC試體遲滯迴圈圖 91 圖4-6 OPC試體遲滯迴圈圖 91 圖4-7 SCC與OPC試體包絡線比較圖(未平均) 92 圖4-8 SCC與OPC試體包絡線比較圖 92 圖4-9為SCC、OPC及SPCC[17]試體之遲滯迴圈比較圖 93 圖4-10為SCC、OPC及SCCR1[8]試體之遲滯迴圈比較圖 93 圖4-11 SCC曲率分佈圖 94 圖4-12 OPC曲率分佈圖 94 圖4-13為主筋各位置編號示意圖 95 圖4-14 SCC主筋應變值對應高度圖(#1) 95 圖4-15 SCC主筋應變值對應高度圖(#2) 96 圖4-16 SCC主筋應變值對應高度圖(#3) 96 圖4-17 SCC主筋應變值對應高度圖(#4) 97 圖4-18 SCC主筋應變值對應高度圖(#5) 97 圖4-19 OPC主筋應變值對應高度圖(#1) 98 圖4-20 OPC主筋應變值對應高度圖(#2) 98 圖4-21 OPC主筋應變值對應高度圖(#3) 99 圖4-22 OPC主筋應變值對應高度圖(#4) 99 圖4-23 OPC主筋應變值對應高度圖(#5) 100 圖4-24 SCC高程5cm #3~#5主筋應變值 100 圖4-25 SCC高程15cm #3~#5主筋應變值 101 圖4-26 SCC高程34cm #3~#5主筋應變值 101 圖4-27 OPC高程14cm #3~#5主筋應變值 102 圖4-28 SCC及OPC高程4cm主筋#2處應變值比較 102 圖4-29 SCC及OPC高程4cm主筋#3處應變值比較 103 圖4-30 SCC及OPC高程4cm主筋#4處應變值比較 103 圖4-31 SCC及OPC高程14cm主筋#1處應變值比較 104 圖4-32 SCC及OPC高程14cm主筋#3處應變值比較 104 圖4-33 SCC及OPC高程14cm主筋#4處應變值比較 105 圖4-34 SCC及OPC高程34cm主筋#1處應變值比較 105 圖4-35 SCC及OPC高程34cm主筋#2處應變值比較 106 圖4-36 SCC及OPC高程34cm主筋#4處應變值比較 106 圖4-37 SCC及OPC高程34cm主筋#5處應變值比較 107 圖4-38 為箍筋各位置編號示意圖 107 圖4-39 為SCC高程4cm箍筋#1~#4應變值 108 圖4-40為SCC高程14cm箍筋#1~#4應變值 108 圖4-41為SCC高程34cm箍筋#1~#4應變值 109 圖4-42 為OPC高程4cm箍筋#1~#4應變值 109 圖4-43為OPC高程14cm箍筋#1~#4應變值 110 圖4-44為OPC高程34cm箍筋#1~#4應變值 110 圖4-45為SCC試體彎矩曲率圖與程式分析值比較 111 圖4-46為OPC試體彎矩曲率圖與程式分析值比較 111 圖4-47為SCC、OPC試體彎矩曲率圖與程式分析值比較 112 圖4-49為SCC、OPC試體能量消散累積比較圖 113 圖4-50為SCC、OPC及SPCC[17]能量消散累積比較圖 113 照片目錄 照片3-1 MTS 萬能材料試驗機 114 照片3-2 多功能資料收集器（TDS-302 Data Logger） 114 照片3-3 電阻式變位計 115 照片3-4 油壓千斤頂 115 照片3-5 應變計固定環 116 照片3-6 荷重計（50噸） 116 照片3-7 坍流度錐及試驗用平版 117 照片3-8 V漏斗試驗裝置 117 照片3-9 鋼筋間隙通過試驗裝置 118 照片3-10 拉拔鋼筋試體 118 照片3-11 拉拔試體一 119 照片3-12 拉拔試體二 119 照片3-13 拉拔試體三 120 照片3-14 拉拔儀器架設完成 120 照片3-15 滑移量量測裝置 121 照片3-16 一字箍（已黏貼上應變計） 121 照片3-17 試體裝置圖 122 照片3-18 油壓制動器 123 照片3-19 高拉力鋼棒 123 照片3-20 角度計 124 照片3-21 角度計架設完成 124 照片3-22 資料收集系統 125 照片3-23 應變計 125 照片3-24 環形應變架及LVDT 126 照片4-1 為OPC拉拔試體爆模之情形 126 照片4-2 角隅的橫向裂縫已延至整個斷面 127 照片4-3 在柱底附近各高程裂縫均開始出現 127 照片4-4離柱底較高處的裂縫也延伸至整個斷面 128 照片4-5 角隅開始出現了縱向的裂縫 128 照片4-6 縱向裂縫也迅速的延伸 129 照片4-7 壓力區混凝土已明顯壓碎並脫落，主筋露出 129 照片4-8 主筋及箍筋外露更為明顯，保護層混凝土皆脫落 130 照片4-9 SCC試體破壞情形 130 照片4-10 角隅的橫向裂縫已延至整個斷面 131 照片4-11柱底附近各高程裂縫均開始出現且延至整個斷面 131 照片4-12 角隅開始出現了縱向的裂縫 132 照片4-13 縱向裂縫也迅速的延伸 132 照片4-14 壓力區混凝土開始剝落 133 照片4-15 壓力區的混凝土已經明顯的壓碎並脫落 133 照片4-16 OPC試體破壞情形 134 照片4-17 OPC試體箍筋綁紮情形 13412370420 bytesapplication/pdfen-US自充填混凝土鋼筋握裹力韌性耐震能力承載力轉爐石混凝土SCCOPCDUCTILITYthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50204/1/ntu-96-R94521236-1.pdf