陳清泉臺灣大學：土木工程學研究所楊榕晟Yang, Jung-ChengJung-ChengYang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50540　　本文旨在探討鋼筋混凝土構架之耐震能力，為修正耐震分析在構架初始勁度預測上之正確性，並改善擬彈性法在應變能計算上之便利性和精確度，利用傳統桁架模式和鋼筋混凝土之受力行為將原始構架轉換成為等值桁架模型，再針對此桁架模型進行擬彈性分析，以評估鋼筋混凝土構架之耐震能力。 　　構架耐震能力分析之流程，首先定義鋼筋與混凝土之應力應變模式，並對此模式進行簡化以利軸力應變能之迅速求得，再利用桁架化方法將原始鋼筋混凝土構架構件轉換為等值桁架桿件模型，進而應用SAP程式逐步放大地震側力求得結構物之擬彈性反應以及不同地震側力下之各桿件軸向受力情況，配合擬彈性法能量守恆之觀念，將超過軸力彈性範圍之應變能置換為塑性應變能，即可得到結構物之非線性反應，並求出極限基底剪力與頂層側位移作為耐震能力評估之依據。 　　本文中採用一系列具有實驗資料之鋼筋混凝土構架進行耐震能力分析，藉由桁架化擬彈性分析和非線性靜力側推分析之結果與構架實際實驗數據相互比對，得以驗證此桁架化方法配合擬彈性法進行耐震能力之分析可獲得良好結果。The objective of this paper is to investigate the seismic capacity of RC frame. In order to modify the forecast to the initial stiffness of frame,and improve the conveniency and accuracy for the calculation of strain energy. The original RC frame can be transferred into an equivalent trusslized model according to RC member behavior dealing with the concrete and steel stressed properties. Then, the seismic capacity of RC frame can be assessed by adopting the Pseudo-elastic analyss to the equivalent trusslized model . Firstly, the stress-strain behavior model for steel and concrete should be defined, and this model can be simplified and applied to calculate the strain energy of axial force quickly. Secondly, the original RC frame can be transferred into an equivalent trusslized model. Then, the member behavior and the Pseudo-elastic response can be figured by using the SAP program and magnifying seismic lateral force step by step. According to the concept of Pseudo-elastic approach, the nonlinear strain energy can be transferred by the strain energy exceeding the linear range. Finally, the nonlinear response of structure can be obtained. Thus, seismic capacity can be assessed according to ultimate base shear and roof displacement. A series of RC frames with experimental data are analyzed for seismic capacity in this thesis.The acceptable accuracy and reliability of trusslized Pseudo-elastic approach for seismic capacity can be verified by comparing with experimental data and Pushover analysis results.第一章　導 論 1.1　研究動機... 1 1.2 文獻回顧... 3 1.3 研究內容... 5 第二章 材料性質與構件行為 2.1 混凝土材料之力學性質......7 2.2 鋼筋材料之力學性質........12 2.3 構件受力行為..............14 2.4 構架破壞定義..............19 第三章 構架非線性之擬彈性分析方法 3.1 非線性行為分析理念........21 3.2 構件雙線性行為之能量轉換..21 3.3 擬彈性法之功能等值原理....23 3.4 非線性行為擬彈性法之推演..25 3.5 分析程式流程..............28 第四章 RC構架桁架化分析方法 4.1 桁架理論發展..............33 4.2 傳統桁架模型..............34 4.3 壓拉桿模型 ................36 4.4 桁架化方法 ................42 第五章 鋼筋混凝土構架實例分析 5.1 單層單跨構架實例一........49 5.2 單層單跨構架實例二.........51 5.3 單層單跨構架實例三.........53 5.4 單層單跨構架實例四.........54 5.5 耐震能力分析結果...........56 第六章 結論與展望 6.1 結 論......61 6.2 未來展望...62 參考文獻........64 附錄............68 附圖............85 附表目錄 表 5-1 實例一之單跨單層構架斷面資料 68 表 5-2 實例一之單跨單層構架材料性質 68 表 5-3(a) 實例一桿件尺寸計算結果(α = 1.0) 69 表 5-3(b) 實例一桿件尺寸計算結果(α = 1.1) 69 表 5-3(c) 實例一桿件尺寸計算結果(α = 1.2) 70 表 5-4 實例二之單跨單層構架斷面資料 70 表 5-5 實例二之單跨單層構架材料性質 71 表 5-6(a) 實例二桿件尺寸計算結果(α = 1.0) 71 表 5-6(b) 實例二桿件尺寸計算結果(α = 1.1) 72 表 5-6(c) 實例二桿件尺寸計算結果(α = 1.2) 72 表 5-7 實例三之單跨雙層構架斷面資料 73 表 5-8 實例三之單跨雙層構架材料性質 73 表 5-9(a) 實例三桿件尺寸計算結果(α = 1.0) 74 表 5-9(b) 實例三桿件尺寸計算結果(α = 1.1) 75 表 5-9(c) 實例三桿件尺寸計算結果(α = 1.2) 76 表 5-10 實例四之單跨雙層構架斷面資料 77 表 5-11 實例四之單跨雙層構架材料性質 77 表 5-12(a) 實例四桿件尺寸計算結果(α = 1.0) 78 表 5-12(b) 實例四桿件尺寸計算結果(α = 1.1) 79 表 5-12(c) 實例四桿件尺寸計算結果(α = 1.2) 80 表 5-13 實例一之耐震能力分析比較和誤差分析 81 表 5-14 實例二之耐震能力分析比較和誤差分析 81 表 5-15 實例二之比較與分析(實驗數據考慮位移限制) 82 表 5-16 實例三之耐震能力分析比較和誤差分析 82 表 5-17 實例三之比較與分析(實驗數據考慮位移限制) 83 表 5-18 實例四之耐震能力分析比較和誤差分析 83 表 5-19 實例四之比較與分析(實驗數據考慮位移限制) 84 附圖目錄 圖 2-1 混凝土應力-應變關係 (Kent and Park) 85 圖 2-2 混凝土應力-應變曲線 (Mander et al.) 85 圖 2-3 Mander 建議之雙向圍束應力互制圖[ 86 圖 2-4 簡化之混凝土應力-應變曲線 86 圖 2-5 鋼筋之應力-應變曲線 (Mirza and MacGregor) 87 圖 2-6 簡化之鋼筋應力-應變曲線 87 圖 2-7 構材斷面之變形 88 圖 2-8 構材斷面應變圖 88 圖 2-9 雙線性彎矩-曲率關係曲線 89 圖 2-10　斷面承受軸力與彎矩之應變圖 89 圖 3-1 混凝土斷面雙線性彎矩-曲率關係 90 圖 3-2 結構內能與外功關係 91 圖 3-3 擬彈性與非線性轉換示意圖 92 圖 3-4 擬彈性與非線性轉換示意圖 (情況一) 93 圖 3-5 擬彈性與非線性轉換示意圖 (情況二) 94 圖 3-6 擬彈性分析之流程圖 95 圖 3-7 軸力應變能計算示意圖 96 圖 4-1 梁開裂後裂縫分佈情況 97 圖 4-2 類似桁架之梁受力行為 97 圖 4-3 對應之等值桁架模型 97 圖 4-4 受剪力及彎矩RC梁之傳統桁架模式 98 圖 4-4 (a) 承受彎矩與剪力之鋼筋混凝土梁 98 圖 4-4 (b) 垂直剪力鋼筋梁之桁架模式 98 圖 4-5 瓶狀應力場 99 圖 4-6 瓶狀壓桿之壓拉桿模擬 99 圖 4-7 扇形壓力場 100 圖 4-8 柱狀壓力場 100 圖 4-9 節點形式分類 101 圖 4-10 靜水壓力節點 102 圖 4-10 (a) 靜壓節點區之幾何形狀 102 圖 4-10 (b) 拉力錨定由端版提供者 102 圖 4-10 (c) 抗拉錨定由握裹力提供者 102 圖 4-11 節點區域幾何示意圖 103 圖 4-11 (a) 靜水壓力節點 103 圖 4-11 (b) 修正靜水壓力節點 103 圖 4-11 (c) 簡易式節點 103 圖 4-12 壓拉桿模式設計流程 104 圖 4-12 (a) B區域與D區域界定 104 圖 4-12 (b) 建立壓拉桿模型並計算內力 104 圖 4-12 (c) 拉桿配置鋼筋與壓桿件算寬度 105 圖 4-12 (d) 配置均佈鋼筋以提昇韌性 105 圖 4-13 桁架化轉換前後型式之簡例 106 圖 4-14 弦桿轉換示意圖 107 圖 4-14（a） 受正彎矩之弦桿轉換 107 圖 4-14（b） 受負彎矩之弦桿轉換 107 圖4-15 斜壓桿由剪力箍筋及縱向主鋼筋錨定 108 圖5-1 實例一之鋼筋混凝土構架配置圖 109 圖5-2 實例一之等值桁架模型示意圖 110 圖5-3 實例二之鋼筋混凝土構架示意圖 110 圖5-4 實例二之梁斷面配置 111 圖5-5 實例二之柱斷面配置 111 圖5-6 實例二之等值桁架模型示意圖 112 圖5-7 實例三之鋼筋混凝土構架配置圖 113 圖5-8 實例三之等值桁架模型示意圖 114 圖5-9 實例四之鋼筋混凝土構架示意圖 115 圖5-10 實例四之等值桁架模型示意圖 116 圖5-11 實例一TRUSS 1A之擬彈性法分析結果 117 圖5-12 實例一TRUSS 1B之擬彈性法分析結果 118 圖5-13 實例一TRUSS 1C之擬彈性法分析結果 119 圖5-14 實例一之耐震能力分析結果比較 120 圖5-15 實例二TRUSS 2A之擬彈性法分析結果 121 圖5-16 實例二TRUSS 2B之擬彈性法分析結果 122 圖5-17 實例二TRUSS 2C之擬彈性法分析結果 123 圖5-18 實例二之耐震能力分析結果比較 124 圖5-19 實例二中實驗數據取位移限制之結果比較 125 圖5-20 實例三TRUSS 3A之擬彈性法分析結果 126 圖5-21 實例三TRUSS 3B之擬彈性法分析結果 127 圖5-22 實例三TRUSS 3C之擬彈性法分析結果 128 圖5-23 實例三之耐震能力分析結果比較 129 圖5-24 實例三中實驗數據取位移限制之結果比較 130 圖5-25 實例四TRUSS 4A之擬彈性法分析結果 131 圖5-26 實例四TRUSS 4B之擬彈性法分析結果 132 圖5-27 實例四TRUSS 4C之擬彈性法分析結果 133 圖5-28 實例四之耐震能力分析結果比較 134 圖5-29 實例四中實驗數據取位移限制之結果比較 1353607714 bytesapplication/pdfen-USRC構架擬彈性法桁架模式耐震能力桁架化模型RC framePseudo-elasticTruss modelSeismic capacitytrusslized modelthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50540/1/ntu-96-R94521248-1.pdf