陳振川臺灣大學:土木工程學研究所柯文揚Ke, Wen-YangWen-YangKe2010-06-302018-07-092010-06-302018-07-092009U0001-2707200915235800http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187731FRP（Fiber Reinforced Plastic）是一種新型的結構材料，它具有輕質、高強度、耐腐蝕的顯著特點。活性粉混凝土（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）是一種強度與柔度兼具的高性能材料，再加上其具有極佳的耐久性，在結構消能上應有其揮灑的空間。因此本論文利用FRP與活性粉混凝土在力學上的優點，將兩者予以複合，以橋面板的單位板帶－矩形梁作為主要試驗構件，探討FRP－活性粉混凝土複合梁力學性質。 本實驗包含三部份：1） 活性粉混凝土試驗:從文獻中挑出過去已有之配比，稍做調整後利用現有的材料拌合出混凝土試體，量測抗壓強度及相關性質，確保混凝土的強度。2） 基本材料性質試驗：包括FRP拉伸試驗、FRP抗彎試驗及量測相關拉伸強度、抗彎強度和相關彈性模數。3） 四點單向靜態彎曲試驗：探討各梁之間破壞模式、極限荷載以及力量－變位關係。 最後將實驗結果與計算結果去做比較，討論其誤差原因。 實驗結果顯示，在FRP與活性粉混凝土複合之後：1） 大幅度提升極限荷載以及其他力學性質。2） 有FRP貼覆之範圍內有助於抑制裂縫的延伸發展。3） 理論計算與實驗的力學結果差異原因為界面黏結是否良好。鍵字：纖維強化塑膠(FRP)、活性粉混凝土(RPC)、複合結構(Composite structure)、力學性質(Mechanical properties)目錄謝……………………………………………………………………..一要……………………………………………………………………..二錄……………………………………………………………………..三目錄…………………………………………………………………..八目錄…………………………………………………………………..十片目錄…………………………………………………………….十二.一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2研究範圍與內容 2二章 文獻回顧 3 2.1活性粉混凝土之簡介 3 2.1.1 活性粉混凝土之介紹 3 2.1.2 活性粉混凝土的歷史 4 2.1.3活性粉混凝土之結構機理 4 2.1.4近代混凝土強度的提升理論 5 2.1.5 特性與優點 6 2.2 纖維強化複合材料 7 2.2.1複合材料之介紹 7 2.2.2 纖維強化複合材料的歷史 8 2.2.3 纖維強化複合材料的組成 9 2.3 FRP-混凝土複合橋面板 11 2.4 環氧樹脂簡介 14 2.5 FRP與混凝土複合結構相關文獻 16三章 實驗計畫 18 3.1實驗背景 18 3.2 試驗流程 19 3.3試驗材料 19 3.4試驗儀器設備 21 3.5活性粉混凝土試體製作流程 23 3.5.1 試驗材料及儀器 23 3.5.2 拌合程序 23 3.5.3 流度試驗 24 3.5.4 試體灌製 24 3.5.5 養護流程 24 3.6試驗內容與方法 25 3.6.1 抗壓強度試驗 25 3.6.2彈性模數量測 26 3.7 FRP抗拉伸試驗 26 3.7.1 試驗材料及儀器 26 3.7.2 試驗流程 27 3.7.3 試驗計算方法 27 3.8 FRP四點抗彎試驗 28 3.8.1 試驗材料及儀器 28 3.8.2 試驗流程 29 3.8.3 試驗計算方法 29 3.9 梁力學行為試驗 30 3.9.1試驗材料 30 3.9.2試驗儀器 30 3.9.3 試體製作流程 31 3.9.4梁力學行為試驗 32四章 結果與討論 33 4.1 前言 33 4.2 拌合情況 33 4.3 基本力學試驗 34 4.3.1抗壓強度試驗 35 4.3.2活性粉混凝土之抗壓強度 36 4.3.3活性粉混凝土之彈性模數 36 4.4 FRP力學試驗結果 36 4.4.1 FRP抗拉試驗 36 4.4.2 FRP抗彎試驗 37 4.5梁三分點抗彎試驗結果分析 38 4.5.1 活性粉混凝土梁結果分析 38 4.5.1.1 計算中性軸位置以及各材料性質 38 4.5.1.2 三分點彎矩與剪力以及應力分佈 39 4.5.1.3 活性粉混凝土梁破壞分析 39 4.5.1.4 力量-變位曲線圖分析梁破壞情形 40 4.5.2 FRP梁抗彎分析 41 4.5.2.1 計算中性軸位置以及各材料性質 41 4.5.2.2 三分點彎矩與剪力以及應力分析 41 4.5.2.3 FRP梁破壞分析 42 4.5.2.4 力量-變位曲線圖分析FRP梁破壞情形 42 4.5.3 FRP-活性粉混凝土梁抗彎分析 43 4.5.3.1 複合斷面轉換均質材料斷面 43 4.5.3.2 計算中性軸位置以及各材料性質 44 4.5.3.3 三分點彎矩與剪力以及應力分佈 44 4.5.3.4 FRP-活性粉混凝土梁破壞分析 44 4.5.3.5 力量-變位曲線圖分析FRP-活性粉混凝土梁 46 4.5.4 比較 46 4.6 FRP補強設計與實驗比較 48 4.6.1 FRP補強活性粉混凝土之抗彎設計 48 4.6.1.1標稱彎矩強度 49 4.6.1.2 FRP降伏應變以及降伏應力 49 4.6.1.3複合梁斷面中性軸及彎矩計算 50 4.6.1.4複合梁彎矩補強比較 51 4.6.2 FRP補強活性粉混凝土之抗剪設計 52 4.6.2.1標稱剪力強度 53 4.6.2.2 FRP剪力強度及相關修正參數 53 4.6.2.3複合梁剪力補強比較 55五章 結論與建議 58 5.1 結論 58 5.2 建議 60考文獻 62目錄2- 1 RPC與其他混凝土性質之比較 682- 2結構工程中常用纖維的主要力學性能 692- 3結構工程中常用樹脂基體的性能 693- 1試驗用矽灰之物理性質(1) 703- 2試驗用矽灰之物理性質(2) 703- 3環氧樹脂力學性質 713- 4硬化劑性質 713- 5硬化劑化學性質 723- 6 SSP-104-6強塑劑性質 724- 1活性粉混凝土拌合結果 734- 2加入1%鋼纖維活性粉混凝土配比 734- 3 活性粉混凝土抗壓強度結果 744- 4活性粉混凝土彈性模數 744- 5 FRP拉擠型材高強度承重板抗拉強度 754- 6 FRP拉擠型材高強度承重板抗彎強度 754- 7活性粉混凝土梁極限荷重與中點變位 764- 8活性粉混凝土梁產生之最大剪力與彎矩 764- 9 FRP梁極限荷重與中點變位 774- 10 FRP梁產生之最大剪力與彎矩 774- 11 FRP-活性粉混凝土梁極限荷重與中點變位 784- 12 FRP-活性粉混凝土梁產生之最大剪力與彎矩 784- 13 各梁抗彎比較 794- 14複合梁計算彎矩與實驗彎矩比較 804- 15複合梁與RPC梁抗彎能力比較 804- 16複合梁計算剪力與實驗剪力比較 814- 17複合梁與RPC梁抗剪能力比較 81目錄3- 1實驗架構圖 823- 2四點抗彎示意圖 833- 3 FRP-活性粉混凝土梁外觀（正面圖） 833- 4 FRP-活性粉混凝土梁外觀（側面圖） 843- 5 LVDT架設位置示意圖 843- 6四點抗彎實驗裝置 854- 1高強度承重板FRP抗拉試驗應力－應變圖 864- 2高強度承重板FRP抗彎試驗應力－應變圖 864- 3四點抗彎簡支梁跨距圖 874- 4三分點抗彎裝置示意圖 874- 5三分點抗彎剪力與彎矩圖 884- 6活性粉混凝土梁斷面性質 894- 7模擬鋼纖維混凝土梁斷面之應力圖 894- 8活性粉混凝土梁力量-變位曲線圖 904- 9 FRP梁斷面性質圖 904- 10 FRP梁斷面之應力圖 914- 11 FRP梁力量-變位曲線圖 914- 12複合梁轉換梁斷面示意圖 924- 13複合梁梁斷面性質圖 924- 14複合梁斷面極限狀態之應力圖 934- 15複合梁力量-變位曲線圖 934- 16各梁力量-變位曲線圖 944- 17複合梁斷面標稱彎矩 944- 18斷面力平衡圖 954- 19斷面應變諧和圖 954- 20複合梁與活性粉混凝土撓度比較 964- 21計算與實驗彎矩比較 964- 22抗剪斷面示意圖 974- 23計算與實驗剪力比較 974- 24有效抗剪範圍示意圖 98片目錄片3- 1石英砂 99片3- 2矽灰 99片3- 3石英粉 100片3- 4波特蘭二型水泥 100片3- 5鋼纖維 101片3- 6 FRP高強度承重板 101片3- 7環氧樹脂 102片3- 8硬化劑 102片3- 9中型拌合機 103片3- 10流度桌 103片3- 11震動台 104片3- 12恆溫恆濕機 104片3- 13研磨機 105片3- 14 MTS萬能材料試驗機 105片3- 15資料收集器 106片3- 16電阻式變位計LVDT（25mm） 106片3- 17黏貼式應變計 107片3- 18環型應變計 107片3- 19 FRP抗拉試片 108片3- 20 FRP抗拉試驗 108片3- 21 FRP抗彎試片 109片3- 22 FRP試片黏貼應變計 109片3- 23 FRP抗彎試驗 110片3- 24 FRP梁 110片3- 25 FRP-活性粉混凝土複合梁外觀（正面圖） 111片3- 26 FRP-活性粉混凝土複合梁外觀（側面圖） 111片3- 27活性粉混凝土梁外觀 112片3- 28四點抗彎實驗照片 112片4- 1活性粉混凝土流度試驗…………………………………. 113片4- 2活性粉混凝土抗壓結果 113片4- 3 FRP拉伸試驗結果 114片4- 4 FRP抗彎試驗結果 114片4- 5活性粉混凝土梁抗彎試驗結果(1) 115片4- 6活性粉混凝土梁抗彎試驗結果(2) 115片4- 7 FRP梁抗彎試驗裝置 116片4- 8 FRP梁抗彎破壞照片(1) 116片4- 9 FRP梁抗彎破壞照片(2) 117片4- 10複合梁中間段垂直裂縫 117片4- 11複合梁中間段斜向裂縫 118片4- 12複合交界處產生剝離現象 118片4- 13活性粉混凝土向外推擠 119片4- 14複合梁破壞後期 119片4- 15複合梁破壞拔起I形斷面(1) 120片4- 16複合梁破壞拔起I形斷面(2) 1202445227 bytesapplication/pdfen-US纖維強化塑膠活性粉混凝土複合結構力學性質FRPRPCComposite structureMechanical propertiesthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187731/1/ntu-98-R96521238-1.pdf