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系統識別號 U0026-3008201321354400
論文名稱(中文) 歷史建築磚牆面外水平耐力評估研究
論文名稱(英文) Assessment of Masonry Wall under Out-of-Plane Force for Historic Building
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 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 林裕鈞
研究生(英文) Yu-Chun Lin
學號 n78961117
學位類別 博士
語文別 中文
論文頁數 173頁
口試委員 指導教授-張嘉祥
召集委員-黃斌
口試委員-鍾立來
口試委員-黃俊銘
口試委員-姚昭智
口試委員-陳純森
口試委員-賴宗吾
中文關鍵字 歷史建築  砌體  磚牆  面外  耐震評估 
英文關鍵字 Historic Building  Masonry  Brick Wall  Out-of-Plane  Seismic Assessment 
學科別分類
中文摘要 磚牆面外破壞模式與邊界條件、開口配置及開口大小、扶壁柱或正交牆體配置與結合狀況、以及加載條件有關,在台灣以三邊束制情況最為關鍵,故本研究主要針對三邊束制磚牆來進行規劃試驗,並作為水平耐力估算方法之主要之驗證依據。試驗內容規劃11道大型試體,包括8道無開口試體,試驗變因為牆體長度、扶壁柱數量、以及加載方式;其餘3道試體則為具開口試體,試驗變因為不同型式開口之配置。並利用大型試體試驗後之未裂損區域進行切割取樣,進行單軸撓曲試驗,以不同撓曲夾角為變因,藉以探討其與撓曲強度之關係,此部份共計109道試體。在試驗之外,以降伏線法與簡化格子樑分析法估算各試體之水平耐力,並與試驗結果比較。最後針對二個實際案例進行面外水平耐力估算,以提供建築師與結構技師在進行歷史建築磚牆面外耐震評估應用之參考。經由本研究之實驗探討,主要結果有下列幾點:
(1)磚牆單軸撓曲行為中,水平橫縫之撓曲強度fb0與砂漿之抗拉強度與有關;交丁豎縫之撓曲強度fb90則視灰縫之剪力強度來判別為劈磚撓曲開裂控制,或為齒狀開裂之剪力控制。而在本研究試體之材料強度比例下,關於其他不同夾角況狀下之fbθ,當夾角小於45°,開裂主要在水平縫上,由fb0控制;當夾角大於45°,破壞模式則偏向劈磚,由fb90控制;而當夾角接近45°時,破壞模式為沿灰縫之階梯狀開裂,其撓曲強度除可能由上述兩者控制外,亦可能由開裂面之扭轉剪力控制。
(2)三邊束制無開口無扶壁柱試體之破壞模式為八字破壞,與平板降伏線理論之破壞模式相符,具扶壁柱試體則使牆體易於斷面轉換區域發生垂直開裂,改變原有破壞模式,但極限耐力在單扶壁柱試體較無扶壁柱者高出5%,雙扶壁柱試體則高出26%。面外耐力可採降伏線法或應用本研究對Eurocode 6之載重轉換方式進行估算,與試驗結果比較,降伏線法估算之耐力約較試驗值高出30%,而採Eurocode 6估算時,約較試驗值高出8%~26%不等,在不同試體間之差異較大。
(3)三邊束制具開口試體破壞模式為窗台高程之水平開裂、以及垂壁於開口上部角隅之斜裂控制,亦與實際震害破壞相符。開口總長度與牆體全長之比率對極限耐力影響較大,垂壁深度相較之下則影響較小。面外耐力估算可同時採用簡化格子樑彈性分析與降伏線法兩種方式進行,以求得其極限耐力之上下限。與試驗結果比較,採簡化格子樑彈性分析估算之耐力較初始開裂試驗值高,但差異在10%以內,而採降伏線法估算時則與假設之破壞模式有密切關係,以試驗破壞線計算之結果,其誤差可大至接近50%,而採最小功破壞線估算之誤差則較試驗值高出30%。
英文摘要 The failure modes of out-of-plane behavior of masonry wall are related to boundary conditions, size and location of the opening, interaction of fin walls, and loading conditions. In Taiwan, the most critical problem is that of three-edge constraint boundary condition. Hence in this study, experimental investigation for three-edge constrained masonry wall was conducted and used for the lateral force evaluation of the masonry wall. A total of 11 large specimens were tested, of which three specimens with openings and the other eight without. After the experiment, uncracked areas from the tested large specimens were cut into 109 small pieces, each in different angles to the bed joint, and underwent another round of uniaxial bending test. Finally, the out-of-plane strength of large specimens were assessed and compared with testing results. In addition, two assessment examples of historic building were evaluated.
According to the study, the following results were found:
1. For the uniaxial flexural behavior of masonry, the bed joint flexural strength fb0 is controlled by the interface bonding strength between brick and mortar. The flexural strength parallel to the bed joint (fb90) is controlled by the shear strength of the bed joint interface, and is caused by toothed failure or failure through bricks. For other angles, flexural strength is mainly controlled by fb0 when the angle is smaller than 45°; and when the angle is larger than 45°, fb90 governed.
2. The failure mechanism of three-edge constrained wall specimens without openings and buttresses fits relatively well with the yield-line analysis. For specimens with buttress design, the failure mechanism changed to vertical cracks near the buttress, and the ultimate strength is higher than those without buttresses. The assessment for ultimate out-of-plane load by yield-line method and modified Eurocode 6 is calculated and compared with test results. It is found that results obtained from yield-line method is 30% higher than test results; whilst in the case of modified Eurocode 6, the calculated results are 8-26% higher.
3. The failure mechanism of three-edge constrained wall specimens with openings is closely met with that of damaged walls by earthquakes. Horizontal cracks along the window sill level and inclined cracks at both top corners of the openings were observed. The ultimate strength of specimens with openings were simplified as grid system and assessed by both elastic and ultimate analyses. Under the elastic analysis, error assessment is within 10% range whilst, nearly 50% error was observed from the ultimate analysis.
論文目次 第一章 緒論 1
1-1研究動機與目的 1
1-2研究方法與研究範圍 4
1-3論文架構 5

第二章 文獻回顧 7
2-1磚牆砌築材料基本力學性質 7
2-2 國內磚牆力學行為研究 8
2-3國外磚牆面外行為之相關研究 9
2-4磚牆面外耐力相關評估方法 15

第三章 磚砌體基本力學性質與單軸撓曲行為探討 19
3-1 紅磚及水泥砂漿材料 19
3-2 基本材料性質 19
3-3 紅磚與砂漿介面抗剪強度 27
3-4 半B順砌試體之單軸撓曲行為 31
3-5 小結 55

第四章 三邊圍束無開口磚牆面外加載試驗 57
4-1 試驗規劃 57
4-2 試驗加載行為 70
4-3 三邊束制無開口磚牆面外水平耐力估算 84

第五章 三邊圍束具開口部磚牆面外加載試驗 101
5-1 試驗加載行為 101
5-2 開口有無之行為比較 106
5-3不同開口形式比較 108
5-4 三邊束制具開口部磚牆面外水平耐力估算 110

第六章 歷史建築評估應用 123
6-1三邊束制牆體實例評估-美濃廣善堂內宣講堂 123
6-2四邊圍束牆體實例評估-台南地方法院北側長廊外牆 144

第七章 結論 159
7-1結論 159
7-2後續研究 161

參考文獻 163

附錄 169
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