蔡克銓臺灣大學：土木工程學研究所劉家源Liu, Chia-YuangChia-YuangLiu2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50395摘 要 關鍵字:全鋼型、挫屈束制支撐、局部挫屈、全鋼型挫屈束制支撐、 局部挫屈研究 挫屈束制支撐（BRB）的應用已逐漸受到重視，但在因應BRB的使用快速成長同時，仍有必要研發能有效防治挫屈且更有經濟效益、更具空間配置優勢之全鋼型BRB構件的設計與製造方法。本研究目的主要在發展新全鋼型挫屈束制支撐，並提出局部挫屈強度計算公式供設計者參考使用，使BRB方便設計，並使其有更佳之經濟與空間配置之優勢。 本研究的項目主要包括：(1)研發新型全鋼型挫屈束制支撐構件並探討其力學行為。(2)藉由BRB構件試驗，推導BRB所需的束制鋼板強度需求估算公式與核心寬厚比b/t、束制鋼板高度h以及束制鋼板厚度a的關係。(3)薄化新型全鋼型挫屈束制支撐構件的研究。 試驗結果顯示新開發的全鋼型挫屈束制支撐在較大變形前尚具穩定的遲滯反應。所推導之BRB束制鋼板強度需求估算公式，以A572 Gr.50核心鋼板材料為例， ，束制鋼板強度需求與其高度成反比，相較於前人所提出之混凝土強度需求與厚度成正比之理論較適用於工程應用，而四組試體試驗結果可看出H200a14 、H200a18 、H200a22、H175a30皆因摩擦力過大引起拉壓差過大而發生局部挫屈，但從試體反應中可看出H200a18、 H175a30反應一致與設計之強度相同，而H200a22反應最好與預期大致相同，因此可見設計此種新全鋼型挫屈束制支撐時之設計邏輯可能正確。因此本研究提出之全鋼型BRB防止強軸挫屈之設計公式可供之後設計全鋼型構件時可以參考。Key words: All Metal、Buckling Restrained Brace、Local Buckling、All Metal Buckling Restrained Brace、BRBs After lots of studies and tests in the laboratory, buckling restrained braces (BRBs) have played an important role in seismic building applications in recent years. However, in order to deal with the situation that the proportion of using steel in Taiwan is much less than foreign countries. Developing all-metal BRBs that can effectively prevent local buckling and save cost is necessary. The objectives of this study include: (1) developing the new type of all-metal BRB; (2) investigating the strength requirement for the confining steel rib intensity ; (3) sliming down the new type of all-metal BRB . Test results showed that the new type of all-metal BRB is feasible procedure to fabricate BRBs. Tests confirmed that the confinement requirements developed based on the compressive stiffness of the steel rib are not sufficient in the slim-lined BRBs. Based on the flexural mode, it is found that the required stiffness of the steel rib is a function of core steel plate width to thickness ratio (b/t) and width to confining rib height ratio (b/h). For example: if the brace core is made from ASTM A572 Grade 50 steel, the necessary steel rib a has to greater than 0.004424(b/h)3(b/t)b. In this formula, the requirement of steel rib is proportional to (1/h)3 . H200a18 and H175a30 are designed by same safety factor and they failed at the same time. H200a22 has the best performance in four specimens. This result shows that the design logic is not bad . On the other hand, preventing the strong axis buckling formula is provided. However, the construction space in Taiwan is limited. The space braces are used in buildings is very important. Sliming down the brace and increasing the proportion of using steel in Taiwan can improve designer and user using steel.誌謝 2 中文摘要 3 英文摘要 4 目錄 5 表目錄 7 圖目錄 8 照片目錄 10 第一章 介紹 12 1.1 前言 12 1.2 動機 12 1.3 架構 13 第二章 挫屈束制消能支撐的基本力學行為與特性 14 2.1挫屈束制支撐組成與基本力學原理 14 2.2挫屈束制支撐發展簡史 19 2.3 挫屈束制支撐之設計流程 20 第三章 新型單核心全鋼型挫屈束制支撐介紹 21 3.1全鋼型挫屈束制支撐簡介 21 3.2新型單核心全鋼型挫屈束制支撐簡介 21 3.2.1新型單核心全鋼型與習見全鋼型挫屈束制支撐之比較 22 3.2.2新型單核心全鋼型挫屈束制支撐之組接形式 23 3.3束制鋼板之設計 23 第四章 試體設計與試驗過程 26 4.1研究動機與試驗計畫 26 4.2試體設計 26 4.2.1新單核心全鋼型試體 27 4.2.2薄化新單核心全鋼型試體 27 4.3試驗施力與量測系統 28 4.4試驗加載歷時與控制方法 29 4.5試驗過程記錄 30 4.5.1新單核心全鋼型試體 30 4.5.2薄化單核心全鋼型試體 31 第五章 試驗計畫與結果分析 32 5.1概述 32 5.2新單核心全鋼型試體 32 5.3綜合討論 34 5. 3.1核心局部挫屈之長度假設之討論 35 5. 3.2束制鐵板厚度之討論 35 5. 3.3薄化全鋼型試體之討論 36 5. 3.4新全鋼型試體強軸挫屈防治之討論 36 5. 3.5試體之檢討分析 39 5. 3.6應變計之結果分析 40 第六章 結論與未來展望 41 6.1研究結論 41 6.2未來展望 42 參考文獻 43 表 目 錄 表1.1 台灣地區使用挫屈束制支撐之工程一覽表 46 表4.1試體核心斷面尺寸列表 47 表5.1試體核心拉力試片結果 48 表5.2試體局部挫屈最嚴重之區域 48 表5.3試體拉壓差值比較 48 表5.4試驗結果反算束制鐵板厚度值整理 48 表5.5核心挫屈長度比較 49 表5.6束制鋼板挫屈長度比較 49 表5.7試驗值帶入公式計算所需之束制鋼板之厚度 49 表5.8試體束制鋼板拉力試片結果 50 表5.9試體外管拉力試片結果 50 圖 目 錄 圖1.1對接式挫屈束制支撐示意圖 51 圖1.2搭接式挫屈束制支撐示意圖 51 圖2.1挫屈束制消能支撐主要單元示意圖 52 圖2.2混凝土所提供側向勁度示意圖 52 圖2.3混凝土所提供側向勁度示意圖 53 圖2.4含挫屈束制支撐構架之受力與變形關係示意圖 53 圖3.1 習見之挫屈束制支撐 54 圖3.2習見之全鋼型挫屈束制支撐 54 圖3.3新型單核心全鋼型挫屈束制支撐 55 圖3.4習見之全鋼型挫屈束制支撐斷面 55 圖3.5新型單核心全鋼型挫屈束制支撐斷面 56 圖3.6束制鋼板提供之有效側向彈性勁度 56 圖4.1試體斷面圖 57 圖4.2夾具尺寸明細圖 57 圖4.3 新單核心全鋼型挫屈束制支撐試體 58 圖4.4新單核心全鋼型挫屈束制支撐間隙示意圖 63 圖4.5新單核心全鋼型挫屈束制支撐外管與束制鐵板焊道示意圖 64 圖4.6試體量測系統裝置圖 65 圖4.7資料收集線路配置圖 65 圖4.8 新單核心全鋼型試體應變計黏貼位置圖 66 圖4.9試體試驗標準加載歷時與疲勞歷時圖 66 圖5.1 H200a18標準加載遲滯迴圈圖 67 圖5.2 H200a22標準加載遲滯迴圈圖 67 圖5.3 H175a30標準加載遲滯迴圈圖 68 圖5.4 H200a14標準加載遲滯迴圈圖 68 圖5.5習見全鋼型挫屈束制支撐防止強軸挫屈示意圖 69 圖5.6新單核心全鋼型挫屈束制支撐防止強軸挫屈示意圖 69 圖5.7 H200a14應變計讀值圖 70 圖5.8 H200a18應變計讀值圖 76 圖5.9 H200a22應變計讀值圖 82 圖5.10 H175a30應變計讀值圖 88 圖5.11 H200a14應變計於最後三個位移cycle之最大值整理圖 94 圖5.12 H200a18應變計於最後三個位移cycle之最大值整理圖 94 圖5.13 H200a22應變計於最後三個位移cycle之最大值整理圖 95 圖5.14 H175a30應變計於最後三個位移cycle之最大值整理圖 95 照 片 目 錄 照片1.1 對接式挫屈束制支撐 96 照片1.2 搭接式挫屈束制支撐 96 照片1.3 習見之全鋼型挫屈束制支撐 96 照片3.1 新型單核心全鋼型挫屈束制支撐之組接過程 97 照片4.1 H200a18試體安裝完成 99 照片4.2 H200a18試體外管破裂 99 照片4.3 H200a22試體安裝完成照片 100 照片4.4 H200a22試體發生局部挫屈外管拱出 100 照片4.5 H175a30試體安裝完成照片 101 照片4.6 H175a30試體發生局部挫屈外管拱出 101 照片4.7 H200a14試體安裝完成照片 102 照片4.8 H200a14試體發生局部挫屈外管拱出 102 照片5.1 四組試體剖開之後核心 103 照片5.2 束制鐵板摩擦核心之照片 103 照片5.3 四組試體剖開之後核心 104 照片5.4 H200a18試體外鋼管破裂之照片 104 照片5.5 H200a18試體外鋼管形成圓弧狀照片 104 照片5.6 H200a18試體整體歪斜未彎曲照片 105 照片5.7 H200a22試體切開之後核心局部挫屈之照片 105 照片5.8 H200a14試體切開之後核心局部挫屈之照片 105 照片5.9 H200a18試體核心局部挫屈長度之照片 106 照片5.10 H200a22試體核心局部挫屈長度之照片 106 照片5.11 H175a30試體核心局部挫屈長度之照片 106 照片5.12 H200a14試體核心局部挫屈長度之照片 107 照片5.13 習見之全鋼型試體發生強軸挫屈現象之照片 107 照片5.14 H200a14試體束制鋼板局部挫屈長度之照片 108 照片5.15 H200a18試體束制鋼板局部挫屈長度之照片 108 照片5.16 H200a22試體束制鋼板局部挫屈長度之照片 109 照片5.17 H175a30試體束制鋼板局部挫屈長度之照片 109 照片5.18 試體束制鋼板與外管焊道試驗後之照片 11021419832 bytesapplication/pdfen-US全鋼型挫屈束制支撐局部挫屈全鋼型挫屈束制支撐局部挫屈研究All MetalBuckling Restrained BraceLocal BucklingAll Metal Buckling Restrained BraceBRBsthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50395/1/ntu-96-R94521207-1.pdf