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系統識別號 U0026-2908201123212300
論文名稱(中文) 加強磚造翼牆面內側向加載試驗與分析
論文名稱(英文) Experiment and Analysis of Confined Masonry Wing-walls under In-plane Loading
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生(中文) 林柏成
研究生(英文) Po-Cheng Lin
學號 n76981179
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 263頁
口試委員 指導教授-杜怡萱
口試委員-張嘉祥
口試委員-姚昭智
口試委員-張惠雲
中文關鍵字 加強磚造  高型磚牆  翼牆 
英文關鍵字 confined masonry  slender panel  wing-walls 
學科別分類
中文摘要 加強磚造常用於中小學之校舍建築,台灣典型校舍由於採光及通風需求,常於長軸方向大量設置門窗開口,為了增加此方向之耐震性,常見於柱兩側或單側設置翼牆,這類磚翼牆因只有單側鄰柱,為三邊圍束,且高寬比多大於1,在耐震評估時常被認為貢獻不大,分析方式亦有待釐清。本文即針對此類高型加強磚造翼牆進行面內方向側推試驗,並與現有構架內填磚牆面內強度公式進行比較。
本文共設計五座加強磚造高型翼牆足尺試體進行側推試驗,外加一座試驗後打除磚牆剩餘加強柱之試體,為探討側力加載型式、牆寬及牆體配置方式之影響,分為單邊柱試體(試體C、AC、AL)及中間柱試體(試體BC、BS),其中除了試體AC及試體BC進行往復加載試驗,其餘試體皆為單向側推試驗。所有試體牆淨高皆為2700mm,試體C及AC牆寬為900mm,試體AL牆寬為1200mm,試體BC與試體BS各為兩片900mm及600mm磚牆置於柱之兩側。
試驗結果得知五座試體於磚牆部分皆發生剪力破壞,其中試體BC及試體AL之柱亦發生剪力破壞,其餘試體之加強柱則未於試驗中破壞。由試體之破壞特徵,其受力行為大致可視為一等值拉壓桿系統,柱視為抑制磚牆發生剛體旋轉之拉桿,而磚牆視為沿對角線方向承受壓力的桿件,剪力裂縫發生之位置約略為等值壓桿所在處。試體之牆寬與極限側力強度約略呈正比之線性關係,但於總牆寬相同時,不同磚牆之配置狀況可能影響試體之破壞模式,造成試體側力強度之差異,因此於評估此類磚翼牆強度時,不能只根據牆體之斷面積進行計算,仍應考慮牆體配置方式對破壞模式所造成之影響。
由試驗結果與陳奕信博士及FEMA356既有評估公式比對顯示,牆體所承受軸力對其理論側向強度計算結果有顯著影響,軸壓力越高,磚牆理論強度越高。比較三種軸力分配方式之誤差後,本文建議於評估試體之極限強度時,可採用陳奕信剪力強度公式,並以將軸力全分配至RC柱之方式計算,可保守估計試體之極限強度。
英文摘要 Confined masonry is commonly used in the school buildings in Taiwan. Typical schools usually have many openings along the longitudinal direction for lighting and ventilation, causing the lack of seismic capacity. During the past earthquakes, wing-walls placed between the columns and the openings were found to be helpful to seismic resistance. However, these wing-walls are usually neglected in the seismic evaluation analysis since they are not fully confined and have a slenderness ratio larger than 1.0. The current analytical model for this type of walls is also controversial. Therefore, a series of experiment for confined masonry wing-walls under in-plane loading were carried out to investigate their structural behavior and to verify the existing analytical models.
Five full-scaled specimens, each of them contained one tie-column and one or two wing-walls, were tested. One of the specimens had the wall removed after the test and the remaining tie-column tested again. The main variable in the test include the loading pattern, the width of wing-walls, and the wall configuration. The specimens are divided into two types: the single wing-walls with the tie-column placed at one side (specimen C, AC, AL) and the twin wing-walls with the tie-column placed at the middle (specimen BC, and BS). Specimens AC and BC were tested under cyclic loading and the others were tested under monotonic loading. Specimens C and AC had 900-mm-wide walls, while specimen AL had a 1200-mm-wide wall, specimens BC and BS had 900-mm and 600-mm-wide walls, respectively.
The test results showed that the wing-walls in five original specimens had shear failure. The tie-columns in specimens BC and AL also failed in shear, whereas the tie-columns in the other specimens didn’t fail during the test. According to the cracking patterns observed, the tie columns and the wing-walls acted like tie-and-strut systems, where the columns were tension ties and the walls were diagonal compression struts. The lateral strength of the specimens seems to increase with the total walls width. However, the two specimens (AL and BS) that had equal total wall width and different configurations showed different failure modes and strengths. It suggests that the evaluation for lateral strength of wing-walls might need a case-by-case consideration with regard to the wall configuration.
The comparison between the experimental strength and the analytical model showed that the axial force in the wall affects the error notably. Both the FEMA 356 and the Chen’s model showed that the analytical strength increases with the axial force applied to the wall. Analytical results by three ways of axial force distribution between the walls and the tie-columns were compared. It is suggested that the Chen’s model with all the axial force applied to the column gives the most reasonable and conservative evaluation.
論文目次 目 錄

表目錄 IV
圖目錄 VI
符號說明 IX

第一章 緒論 1-1
1.1 研究動機與目的 1-1
1.1.1 研究動機 1-1
1.1.2 研究目的 1-2
1.2 文獻回顧 1-2
1.3 研究方法 1-5
1.4 章節概述 1-6
1.5 適用範圍 1-6
第二章 試驗介紹 2-1
2.1 試體與試驗裝置 2-1
2.1.1 試體規劃 2-1
2.1.2 試驗裝置 2-16
2.1.3 加載歷程與量測裝置規劃 2-20
2.2 試體施工過程 2-28
2.3 材料性質 2-33
2.3.1 鋼筋抗拉試驗 2-33
2.3.2 混凝土圓柱試體抗壓試驗 2-35
2.3.3 磚塊抗壓試驗 2-37
2.3.4 磚墩抗壓試驗 2-39
2.3.5 砂漿抗壓試驗 2-41
2.3.6 灰縫抗剪試驗 2-42
第三章 試驗過程與試驗結果 3-1
3.1 試驗流程與加載歷程 3-1
3.2 試驗結果 3-8
3.2.1 試體破壞歷程 3-8
3.2.2 試體受力與變形關係 3-27
3.2.3 邊界柱主筋及箍筋之應變 3-45
3.2.4 結果討論 3-53
3.3 小結 3-60
第四章 既有分析模型與試驗結果之比對 4-1
4.1 磚牆分析模型簡介 4-1
4.1.1 FEMA 356 4-1
4.1.2 陳奕信磚牆面內剪力強度分析公式 4-2
4.1.3 ACI規範之柱剪力強度公式 4-4
4.2 分析模型與試驗比對結果 4-5
4.3 現有耐震評估方法中對磚翼牆分析方式之討論 4-12
4.4 小結 4-14


第五章 結論與建議 5-1
5.1 結論 5-1
5-2 建議 5-3

附錄A 試體裂縫圖與破壞照片 A-1
A-1 試體C詳細破壞歷程 A-2
A-2 試體AC詳細破壞歷程 A-24
A-3 試體BC詳細破壞歷程 A-52
A-4 試體AL詳細破壞歷程 A-72
A-5 試體BS詳細破壞歷程 A-95
A-6 試體AC_C詳細破壞歷程 A-114

參考文獻 參-1



表 目 錄

表2.1 試體簡介 2-2
表2.2 試體RC柱梁斷面配筋表 2-10
表2.3 各試體軸壓力加載大小 2-21
表2.4 試體施工過程之一 2-29
表2.5 試體施工過程之二 2-30
表2.6 試體施工過程之三 2-31
表2.7 試體AC、C、AL、BS完工情形 2-32
表2.8 試體BC完工情形 2-33
表2.9 鋼筋抗拉試驗結果 2-34
表2.10 混凝土圓柱試體抗壓試驗結果 2-37
表2.11 CNS1127規定之磚塊抗壓試驗結果 2-38
表2.12 CNS382規定之磚塊抗壓試驗結果 2-39
表2.13 磚墩抗壓試驗結果 2-39
表2.14 砂漿抗壓試驗結果 2-42
表2.15 灰縫抗剪試驗結果 2-44
表3.1 試體C裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-3
表3.2 試體AC裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-4
表3.3 試體BC裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-5
表3.4 試體AL裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-6
表3.5 試體BS裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-7
表3.6 試體AC_C裂縫記錄時機之千斤頂推進位移與頂梁實際位移比較 3-7
表3.7 試體C之破壞歷程 3-13
表3.8 試體AC之破壞歷程 3-15
表3.9 試體BC之破壞歷程 3-17
表3.10 試體AL之破壞歷程 3-19
表3.11 試體BS之破壞歷程 3-21
表3.12 試體AC_C之破壞歷程 3-22
表3.13 各試體軸壓力加載之預期值與實際值比較表 3-27
表3.14 各試體頂梁變位比較表 3-44
表3.15 試體各項試驗結果比較表 3-53
表4.1 依FEMA356公式計算之磚牆理論極限強度 4-5
表4.2 依陳奕信公式計算之磚牆理論極限強度 4-6
表4.3 試體之加強柱理論剪力強度表 4-7
表4.4 FEMA 356及陳奕信建議公式之磚牆理論極限強度比較 4-8
表4.5 FEMA 356公式理論極限強度與試驗極限強度之比較 4-9
表4.6 陳奕信公式理論極限強度與試驗極限強度之比較 4-10
表4.7 理論極限強度與試驗極限強度綜合比較表 4-11


圖 目 錄

圖2.1 試體C平面圖(單位:cm) 2-4
圖2.2 試體C立面圖(單位:cm) 2-4
圖2.3 試體AC平面圖(單位:cm) 2-5
圖2.4 試體AC立面圖(單位:cm) 2-5
圖2.5 試體BC平面圖(單位:cm) 2-6
圖2.6 試體BC立面圖(單位:cm) 2-6
圖2.7 試體AL平面圖(單位:cm) 2-7
圖2.8 試體AL立面圖(單位:cm) 2-7
圖2.9 試體BS平面圖(單位:cm) 2-8
圖2.10 試體BS立面圖(單位:cm) 2-8
圖2.11 試體AC_C平面圖(單位:cm) 2-9
圖2.12 試體AC_C立面圖(單位:cm) 2-9
圖2.13 試體C/AC基礎配筋圖(單位:cm) 2-11
圖2.14 試體C/AC剖面圖(單位:cm) 2-11
圖2.15 試體BC基礎配筋圖(單位:cm) 2-12
圖2.16 試體BC剖面圖(單位:cm) 2-12
圖2.17 試體AL基礎配筋圖(單位:cm) 2-13
圖2.18 試體AL剖面圖(單位:cm) 2-13
圖2.19 試體BS基礎配筋圖(單位:cm) 2-14
圖2.20 試體BS剖面圖(單位:cm) 2-14
圖2.21 磚牆砌口示意圖 2-15
圖2.22 牆頂與梁底交界示意圖 2-15
圖2.23 一順一丁砌法(英國式) 2-15

圖2.24 側力與軸力關係圖 2-16
圖2.25 試驗裝置北向立面圖 2-17
圖2.26 試驗裝置東向立面圖 2-17
圖2.27 試驗裝置平面圖 2-18
圖2.28 側向滑移支座變形圖 2-18
圖2.29 側向滑移支座平面尺寸圖(單位:cm) 2-19
圖2.30 側向滑移支座立面尺寸圖(單位:cm) 2-19
圖2.31 安裝完成的試驗裝置與試體 2-20
圖2.32 往復加載歷程圖 2-22
圖2.33 應變計位置示意圖 2-22
圖2.34 各試體主筋應變計編號 2-23
圖2.35 應變計張貼情形 2-24
圖2.36 試體C、AC、AL及AC_C之位移計位置圖 2-25
圖2.37 試體位移計實際安裝情形 2-26
圖2.38 試體BC及試體BS位移計位置圖 2-27
圖2.39 拉線式位移計安裝情形 2-28
圖2.40 鋼筋抗拉試驗 2-34
圖2.41 鋼筋應力應變曲線 2-35
圖2.42 混凝土圓柱試體抗壓試驗 2-36
圖2.43 依CNS1127規定施作之磚塊抗壓試驗 2-38
圖2.44 依CNS382規定施作之磚塊抗壓試驗 2-38
圖2.45 磚墩抗壓試驗 2-40
圖2.46 砂漿抗壓試驗 2-41
圖2.47 灰縫抗剪試驗 2-43
圖3.1 基本試驗流程圖 3-2
圖3.2 各試體千斤頂位置與方位示意圖 3-8
圖3.3 各試體達極限強度之裂縫圖 3-24
圖3.4 試體C、AC、BC最終階段北面裂縫圖及照片 3-25
圖3.5 試體AL、BS、AC_C最終階段北面裂縫圖及照片 3-26
圖3.6 試體C之力量與位移關係圖 3-28
圖3.7 試體AC之力量與位移關係圖 3-29
圖3.8 試體BC之力量與位移關係圖 3-30
圖3.9 試體AL之力量與位移關係圖 3-31
圖3.10 試體BS之力量與位移關係圖 3-32
圖3.11 試體AC_C之力量與側位移關係圖 3-33
圖3.12 試體C之側向位移與高度關係圖 3-34
圖3.13 試體AC磚牆側向位移與高度關係圖 3-35
圖3.14 試體AC柱側向位移與高度關係圖 3-35
圖3.15 試體BC東側磚牆側向位移與高度關係圖 3-36
圖3.16 試體BC西側磚牆側向位移與高度關係圖 3-37
圖3.17 試體BC柱側向位移與高度關係圖 3-37
圖3.18 試體AL側向位移與高度關係圖 3-38
圖3.19 試體BS側向位移與高度關係圖 3-39
圖3.20 試體AC_C之側向位移與高度關係圖 3-40
圖3.21 試體C頂梁垂直位移變化圖 3-41
圖3.22 試體AC頂梁垂直位移變化圖 3-41
圖3.23 試體BC頂梁垂直位移變化圖 3-42
圖3.24 試體AL頂梁垂直位移變化圖 3-42
圖3.25 試體BS頂梁垂直位移變化圖 3-43
圖3.26 試體AC_C頂梁垂直位移變化圖 3-43
圖3.27 試體C頂梁面外水平位移 3-44
圖3.28 試體AC頂梁面外水平位移 3-44
圖3.29 試體BC頂梁面外水平位移 3-45
圖3.30 試體AL頂梁面外水平位移 3-45
圖3.31 試體BS頂梁面外水平位移 3-45
圖3.32 試體AC_C頂梁面外水平位移 3-45
圖3.33 試體C之柱頭主筋應變與試體側向位移關係圖 3-48
圖3.34 試體C之柱腳主筋應變與試體側向位移關係圖 3-48
圖3.35 試體C之柱箍筋應變與試體側向位移關係圖 3-48
圖3.36 試體AC之柱頭主筋應變與試體側向位移關係圖 3-49
圖3.37 試體AC之柱腳主筋應變與試體側向位移關係圖 3-49
圖3.38 試體AC之柱箍筋應變與試體側向位移關係圖 3-49
圖3.39 試體BC之柱頭主筋應變與試體側向位移關係圖 3-50
圖3.40 試體BC之柱腳主筋應變與試體側向位移關係圖 3-50
圖3.41 試體BC之柱箍筋應變與試體側向位移關係圖 3-50
圖3.42 試體AL之柱頭主筋應變與試體側向位移關係圖 3-51
圖3.43 試體AL之柱腳主筋應變與試體側向位移關係圖 3-51
圖3.44 試體AL之柱箍筋應變與試體側向位移關係圖 3-51
圖3.45 試體BS之柱頭主筋應變與試體側向位移關係圖 3-52
圖3.46 試體BS之柱腳主筋應變與試體側向位移關係圖 3-52
圖3.47 試體BS之柱箍筋應變與試體側向位移關係圖 3-52
圖3.48 試體C之初始剛度 3-54
圖3.49 試體AC之初始剛度 3-54
圖3.50 試體BC之初始剛度 3-54
圖3.51 試體AL之初始剛度 3-54
圖3.52 試體BS之初始剛度 3-54
圖3.53 試體AC_C之初始剛度 3-54
圖3.54 單側柱試體之側力–變位曲線比較圖 3-55
圖3.55 中間柱試體之側力–變位曲線比較圖 3-56
圖3.56 牆寬與試體側向強度關係圖 3-57
圖3.57 試體AL及BS之側力–變位曲線比較圖 3-58
圖3.58 試體C及AC之側力–變位曲線比較圖 3-59
圖4.1 磚牆破裂路徑示意圖(引用自【8】) 4-2
圖4.2 英國式砌法臨界破裂角示意圖(引用自【8】) 4-2
圖4.3 試體C之磚牆等值斜撐 4-13
圖4.4 試體BC之磚牆等值斜撐 4-13

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論文全文使用權限
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