高強度鋼筋混凝土構架在地震下的反應

Abstract

在近年間有許多國家核可位在地震區域的混凝土結構物採用高強度鋼筋。以較少量的高強度鋼筋取代原先的普通強度鋼筋能在設計強度不變的情況下，有效減少鋼筋壅塞及增進現地的施工性。然而，若維持斷面尺寸不變並改用較少量的高強度鋼筋，雖然擁有與原本相同的初始勁度，但開裂後勁度則會下降。本文即在探討若兩個構架擁有同樣的初始勁度但不同的開裂後勁度是否在地震下會有相似的位移反應。另外，由於結構物的最大變位對於災害評估相當重要，此研究也針對現有的預測位移方法是否適用於高強度鋼筋混凝土結構物進行討論。 本研究對兩座二層樓一跨的試體進行振動台測試。此兩座試體除了縱向鋼筋以外有完全一樣的設計參數。試體C1 採用SD420 普通強度鋼筋，其柱及樑的縱向鋼筋比分別為2.1%以及1.6%。而試體H1 則採用SD685 高強度鋼筋，其柱及樑的縱向鋼筋比分別為1.2%以及1.3%。兩座試體的預測基底剪力係數約為0.9。此研究中，兩座試體在台南國家地震中心分別進行了三組的振動台測試。所有的激振輸入皆採用修改後的El Centro (1940) 南北向地表加速度歷時。El Centro (1940) 地震歷時在本研究中其時間間格以2/3 的倍率壓縮，且其振幅也被等比例調整。在最大強度激振時(稱作100%)，該加速度資料的最大加速度(PGA)為1 g，最大速度(PGV)為73 cm/s。在第一組試驗中，試體依序經歷了10%、25%、50%、75%、100% 的激振。在第二組試驗中，試體依序經歷了100%-2、10%-2、25%-2、50%-2 的激振。第二組實驗後，試體將會以環氧樹脂進行補強。而後則是第三組試驗，試體依序經歷了10%-3、25%-3、50%-3、100%-3 的激振。 實驗結果顯示第一組和第二組實驗中 H1 的最大位移比C1 的最大位移平均多了10%。而對於第一組和第二組實驗中大於50%的激振，H1 的最大位移比C1 的最大位移平均高出了15%。然而，考慮到H1 比C1 省下了將近40%的縱向鋼筋量，此位移需求的增量似乎是划算的。 在第六章中，探討了三種不同的位移評估方式，並且將其評估結果與實驗量測值比較。1) 單自由度模型搭配假設的週期與阻尼比。2) 由Sozen (2003) 學者提出的位移預測方法。3) 利用 Elwood (2009) 學者提出的有效勁度搭配彎矩塑性鉸在SAP2000 中進行的非線性分析。Sozen (2003) 的位移預測方法提供了合理的預測值。而SAP2000 的非線性分析與實驗量測值在100%、100%-2、100%-3 的平均誤差約為10%。由Elwood (2009) 學者提出的有效勁度能用以反應C1 和H1 不同的開裂後勁度且採用其勁度的SAP2000 分析結果大致上與實驗結果吻合。