陳振川臺灣大學：土木工程學研究所呂智傑2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50498本研究旨在探Reactive Powder Concrete(RPC）結合鋼絲網成為複合構材，於衝擊荷載(impact loading)下之消能機制(energy dissipation mechanism)，以利應用於實際結構之耐衝擊消能上。在美國911恐怖攻擊事件，抗撞與抗爆設施研究日益重要。研究方法乃是透過實驗方式探討複合材料本身於衝擊荷載下，其鋼纖維與鋼絲網消能之機制，以利於耐衝擊結構工程上的運用。 試驗之主要內容乃是透過改良之Charpy Test設備施加衝擊荷載下，了解其破壞模式、裂縫傳播(crack propagation)型態。從RPC材料本身之破壞模態著手，進而研究RPC與鋼絲網組成複合構件（composites）後之複合構造行為。 由試驗結果可知，在加入鋼纖維與鋼絲網的活性粉混凝土破壞模式變成韌性破壞且產生微細裂縫，其消能容量也較純混凝土大幅提昇。目 錄 誌 謝 一 摘 要 三 目 錄 四 表目錄 七 圖目錄 九 照片目錄 一一 第一章 序論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究範圍 3 第二章 文獻回顧 5 2.1活性粉混凝土之簡介 5 2.1.1 活性粉混凝土之結構機理 8 2.1.2 鋼纖維的增韌機制 10 2.2 混凝土材料之動態破壞模式、試驗、分析方法及評估指標 10 2.2.1 複合混凝土材料之動態荷載下破壞模式 10 2.2.2混凝土材料之動態試驗 11 2.2.2.1擺錘撞擊試驗 12 2.2.2.2落重試驗 13 2.2.2.3霍普金森壓力棒撞擊試驗 14 2.2.2.4平板撞擊試驗 16 2.2.2.5爆炸試驗 16 2.2.2.6投射體撞擊試驗 17 2.2.3 材料受撞擊動態荷載下分析之方法[35] 17 2.2.3.1解析法 19 2.2.3.2試驗法 20 2.2.3.3半經驗法 21 2.2.4 評估指標 22 2.3 活性粉混凝土應用於結構防護上的優勢 24 第三章 試驗計畫 29 3.1 試驗簡介 29 3.2 基本試驗材料 29 3.3 試驗儀器設備 31 3.3.1 活性粉混凝土薄板灌製部分 31 3.3.2 基本力學試驗部份 32 3.3.3 衝擊試驗部份 32 3.4 試驗配比、參數與試體尺寸 34 3.4.1試驗配比 34 3.4.2試驗參數 34 3.4.3試驗尺寸 35 3.4.4鋼絲網配置 35 3.5 試體拌合程序丶流動性、與養護流程 35 3.5.1 拌合程序 35 3.5.2 流度測試 36 3.5.3 養護流程 37 3.6 抗壓試驗內容與方法 38 3.6.1 抗壓試驗 38 3.7改良式擺錘衝擊試驗內容與方法 38 3.7.1 傳統Charpy 衝擊試驗及原理 38 3.7.2 改良式擺錘衝擊試驗夾具設計 40 3.7.3 改良式擺錘衝擊試驗步驟 42 3.7.4 改良式擺錘衝擊試驗優點 43 3.7.5 量測系統 44 第四章 結果與討論 45 4.1流度試驗 46 4.2基本力學試驗 46 4.2.1抗壓強度試驗 46 4.2.2 抗壓強度 47 4.3活性粉混凝土薄板動態衝擊破壞模式 48 4.3.1 純活性粉混凝土 48 4.3.2鋼絲網加勁活性粉混凝土 49 4.3.3鋼纖維加勁活性粉混凝土 50 4.3.4鋼絲網加勁鋼纖維活性粉混凝土 51 4.3.5小結 52 4.4活性粉混凝土薄板動態衝擊消能行為 53 4.4.1思考邏輯與假設前提 53 4.4.2鋼絲網加勁活性混凝土 54 4.4.3鋼纖維加勁活性混凝土 56 4.4.4鋼絲網加勁鋼纖維活性混凝土 58 4.4.5小結 59 4.5活性粉混凝土薄板靜態抗彎消能行為[19] 60 4.5.1活性粉混凝土薄板靜態抗彎試驗簡介 60 4.5.2鋼絲網加勁活性粉混凝土 61 4.5.3鋼纖維加勁活性粉混凝土 61 4.5.4鋼絲網加勁鋼纖維活性粉混凝土 62 4.6動靜態消能行為綜合討論 63 第五章 結論與建議 65 5.1 結論 65 5.1.1改良式擺錘衝擊試驗 65 5.2建議 66 5.2.1改良式擺錘衝擊試驗 66 參考文獻 67 表目錄 表2-1組成材料性質[24] 75 表2-2撞擊速度區分與應用[35] 75 表2-3材料的衝擊響應[35] 76 表3-1試驗用矽灰成份分析 77 表3-2試驗用矽灰之物理性質 77 表3-3鋼絲網種類及材料性質 78 表3-4本試驗採用之配比（體積比） 78 表3-5試體參數符號總表 79 表4-1活性粉混凝土圓柱試體之抗壓強度 80 表4-2不同配比之平均破壞能（焦耳） 80 表4-3固定鋼纖維體積比下不同層數鋼絲網貢獻破壞能（焦耳） 81 表4- 4固定鋼纖維體積比下增加2層鋼絲網所提升破壞能（焦耳） 81 表4-5固定鋼絲網層數下不同體積比鋼纖維貢獻破壞能（焦耳） 82 表4-6固定鋼絲網層數下增加1％體積比鋼纖維所提升破壞能（焦耳） 82 表4-7鋼絲網與鋼纖維互制作用下實驗值與線性疊加值破壞能（焦耳） 83 表4-8靜態抗彎不同配比之破壞能（焦耳）[19] 83 表4-9動靜態試驗相關性質 84 圖目錄 圖2-1霍普金森壓力棒[13] 85 圖2-2混凝土材料動態破壞行為[2] 85 圖2-3投射體分類[35] 86 圖2-4鼻頭分類[35] 87 圖2-5靶板分類[35] 88 圖2-6貫穿破壞形式[35] 89 圖2-7動態試驗材料應變率[35] 90 圖2-8多層防護型式[35] 91 圖2-9三明治防護型式[35] 91 圖2-10相同斷面鋼材、鋁合金及鋼筋加勁RPC淺梁抗彎歷程比較[21] 92 圖2-11投射體與靶版幾何關係示意圖[35] 93 圖2-12多重線性迴歸半經驗評估程序[35] 94 圖2-13超高強度、傳統、鋼纖維混凝土韌性比較[3] 95 圖3-1試驗流程圖 96 圖3-2衝擊試驗示意圖 97 圖3-3衝擊試驗原理示意圖 98 圖4-1 0％鋼纖維配比破壞能 99 圖4-2 1％鋼纖維配比破壞能（焦耳） 99 圖4-3 2％鋼纖維配比破壞能（焦耳） 100 圖4-4 3％鋼纖維配比破壞能（焦耳） 100 圖4-5不同配比之平均破壞能（焦耳） 101 照片目錄 照片2-1 CHARPY IMPACT TEST 試驗設備 101 照片2-2落錘試驗機[9] 102 照片2-3投射體試驗機[17] 102 照片3-1點焊鋼絲網 103 照片3-2中型拌合機 103 照片3-3流度台 104 照片3-4抗壓圓柱紙模 104 照片3-5抗彎壓克力模 105 照片3-6點焊機 105 照片3-7恆溫恆濕機 106 照片3-8震動台 106 照片3-9 100噸萬能試驗機（1000 KN MTS） 107 照片3-10資料收集器（TDS-302 DATA LOGGER） 107 照片3-11支承部 108 照片3-12衝擊部 108 照片3-13衝擊刀片 109 照片3-14 CHARPY TEST MACHINE 109 照片3-15流度試驗 110 照片3-16平整垂直撞擊試體 110 照片3-17破壞能指示針 111 照片3-18焊合前單層與焊合後雙層(×2)鋼絲網 111 照片4-1 F0W0整體破壞情形 112 照片4-2 F0W0破壞斷面情形 112 照片4-3 F0W0底面裂縫破壞情形 113 照片4-4 F0W2整體破壞情形 113 照片4-5 F0W2破壞斷面情形 114 照片4-6 F0W2底面裂縫破壞情形 114 照片4-7 F0W2*2整體破壞情形 115 照片4-8 F0W2*2破壞斷面情形 115 照片4-9 F0W2*2底面裂縫破壞情形 116 照片4-10 F1W0整體破壞情形 116 照片4-11 F1W0破壞斷面情形 117 照片4-12 F1W0底面裂縫破壞情形 117 照片4-13 F1W2整體破壞情形 118 照片4-14 F1W2破壞斷面情形 118 照片4-15 F1W2底面裂縫破壞情形 119 照片4-16 F1W2*2整體破壞情形 119 照片4-17 F1W2*2破壞斷面情形 120 照片4-18 F1W2*2底面裂縫破壞情形 120 照片4-19 F2W0整體破壞情形 121 照片4-20 F2W0破壞斷面情形 121 照片4-21 F2W0底面裂縫破壞情形 122 照片4-22 F2W2整體破壞情形 122 照片4-23 F2W2破壞斷面情形 123 照片4-24 F2W2底面裂縫破壞情形 123 照片4-25 F2W2*2整體破壞情形 124 照片4-26 F2W2*2破壞斷面情形 124 照片4-27 F2W2*2底面裂縫破壞情形 125 照片4-28 F3W0整體破壞情形 125 照片4-29 F3W0破壞斷面情形 126 照片4-30 F3W0底面裂縫破壞情形 126 照片4-31 F3W2整體破壞情形 127 照片4-32 F3W2破壞斷面情形 127 照片4-33 F3W2底面裂縫破壞情形 128 照片4-34裂縫偏轉 1285126169 bytesapplication/pdfen-US活性粉混凝土衝擊荷載消能機制裂縫傳播Reactive Powder Concreteimpact loadingenergy dissipation mechanismcrack propagationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50498/1/ntu-94-R92521237-1.pdf