SRC樑柱極限強度研究:考慮長度效應之剛度分配法

Abstract

本研究旨在探討被覆形鋼骨鋼筋混凝土與鋼管混凝土樑柱構件之極限強度設計法。 本文採用一稱為“剛度分配法”之方法以預測SRC 樑柱構件之極限強度，並考慮構 件之長度效應。該法係基於合成構件中鋼骨及RC之相對剛度比，首先依照相對剛度 比例分別求得SRC 構件中鋼骨及RC部份分配之軸力大小。在求出鋼骨及RC部份承受 之軸力後，再分別利用AISC-LRFD 鋼結構設計規範與ACI 鋼筋混凝土設計規範中的 樑柱交互方程式，將鋼骨及RC的軸力分別代入求得對應之鋼骨彎矩及RC彎矩。最後 ，再根據日本學者Wakabayashi 所提出的強度疊加法的觀念，將鋼骨及RC彎矩進行 簡單疊加，以求得SRC 構件的撓曲強度。在疊加過程中本研究亦探討簡單疊加所造 成之誤差並加以修正，這些誤差也括：被覆形SRC 構件受力後鋼骨與混凝土界面產 生剝落之問題、鋼骨及RC彎矩進行簡單疊加時之誤差，以及鋼管混凝土之圍束效應 。 當SRC 構件的細長比愈大時，長度效應所扮演的角色愈重要。在長度效應方面，本 文考慮了二次彎矩（Ｐ－δ效應）及初始變位之影響。依據強度疊加原理之精神， 本研究係將SRC 構件中鋼骨及RC部份的二次彎矩及初始變位問題分開予以考慮。在 本文中只考慮構件兩端點不產生側移情形下的彎矩放大效應。為了與實驗資料相互 配合，在本研究中的SRC 樑柱構件之兩端點所承受的端力矩大小相同。構件的初始 變位假設呈正弦曲線形狀，而且構件中點的最大初始變位大小是採用AISC-LRFD 規 範於分析鋼柱強度時使用的L/1500。 最後，為評估本建議法（剛度分配法）之適用性，本研究所預測之SRC 樑柱極限強 度將與209支SRC樑柱實驗資料比較，其中包括被覆形SRC 短柱34支，被覆形SRC 長 柱57支，鋼管混凝土短柱67支，鋼管混凝土長柱51支。經由實驗資料與AISC-LRFD 規範、日本AIJ SRC 法規設計方法及本文建議之剛度分配法三者比較之後，顯示本 文之剛度分配法比前兩者之設計方法更能滿足SRC 樑柱受力後之真實力學行為，且 與實驗資料較為吻合，因此可得到較合理與經濟之結果。