多螺箍鋼筋混凝土柱之行為與應用

Behavior and Application of Multi-Spiral Confined Reinforced Concrete Columns

吳子良(Tzu-Liang Wu)

指導教授 ： 張國鎮

共同指導教授 ： 陳振川 ； 劉楨業(Tony C. Liu)

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/博士(2012年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2012.02895

摘要

鋼筋混凝土是土木建築使用最多的主要材料之一，由於混凝土的材料取得容易且其抗壓性能優異，配合使用抗拉鋼筋可形成一具有韌性的結構構材。有鑑於鋼筋混凝土柱的施作方法主要是以工地現場施工為主，費時又耗費人力，為有效控制施工品質及施工效率，尹衍樑先生率先提出由五個螺箍所組合針對正方形柱新型圍束箍筋，經過多位研究者的試驗測試，進行強度、韌性、優化配置與經濟方面的總合研究，其研究結果顯示五螺箍柱不論在各方面均有優良的表現，在RC建築的使用上，具有較一般傳統圍束混凝土柱更好的潛力。為擴大五螺箍的應用面，本文提出多螺箍定義。
有關多螺箍鋼筋混凝土柱的發展與研究並不如橫箍筋多，仍有許多需要探討的地方。包括五螺箍筋的組成率模型，五螺箍的設計方法與配筋細節，多螺箍筋運用到長方形與長圓形斷面的耐震行為，多螺箍筋應用到橋樑墩柱上的耐震行為，多螺箍筋運用到NEWRC的設計方法，與五螺箍筋的剪力破壞機構等。本文也藉助ATENA與XTRACT有限元素軟體的分析，將其分析結果與試驗結果互相比較。
　　本研究結果顯示，多螺箍筋除了運用在正方形柱上有很好的耐震反應，對於長方形、長圓形柱也能有不錯的耐震行為；本文同時提出基於Mander圍束理論並針對多螺箍之圍束特性所提出之多螺箍鋼筋混凝土組成率模型，考慮到多螺箍的重疊與互制兩項特性後，能夠更有效地預測多螺箍筋柱的軸壓與撓曲行為。本文提出之多螺箍圍束混凝土的極限應變預測公式經與試驗結果比對，其預測結果與精度令人滿意。對於縱向鋼筋挫曲模型，與多螺箍筋的設計等內容，本文亦提出合理做法與建議。

關鍵字

多螺箍 ； 圍束 ； 交集區 ； ATENA ； XTRACT ； 韌性 ； 橋柱

並列摘要

Reinforced concrete is the mostly common used material in civil engineering construction. Because such materials are easy to get, it owns excellent compressed performance and becomes a ductile structural member composited with reinforcement bar. Samuel Yen-Liang, Yin first invent the Yin’s Spiral, which is the confined reinforcement composed of five spirals, to confine a square sectional column instead of rectilinear hoop. Many researchers have finished pure axial compression tests, cyclic tests of Yin’s Spiral and found its performance is more excellent than rectilinear hoop in strength, ductility and economy. In this document proposes a definition for multi-spirals.
Compared to rectilinear hoop the few researches and developments make it necessary to pay more efforts such as the constitutive law, design method, reinforcement detailing, behavior applied to oblong and rectangular section, behavior applied to bridge column, the design method for using high strength materials and mechanism of shear behavior. In this document also gives the comparison of finite element analysis software between ATENA and XTRACT.
According to this study, multi-spirals reinforcement owns not only an excellent performance in a square section column but also for oblong and rectangular section. In this document proposes a constitutive law for multi-spirals reinforcement which gives two major characteristic assumptions to modify Mander’s proposed stress-strain law. The prediction is satisfied. Also, the buckling model of longitudinal bar and detailing designation method are proposed reasonably.

並列關鍵字

multi-spirals ； confined ； intersection ； ATENA ； XTRACT ； ductility ； bridge pier

參考文獻

陳盈璋(黃世建指導)，「高強度鋼筋混凝土柱耐震圍束效應之研究」，碩士論文，國立台灣大學土木工程學系，台北，2011

賴彥君(陳振川指導)，「五螺箍混凝土柱載重韌性之分析研究」，碩士論文，國立台灣大學土木研究所，2008。

江秉璋(陳振川指導)，「五螺箍混凝土柱之力學行為分析研究」，碩士論文，國立台灣大學土木研究所，2009

林斯頎(蔡益超指導)，「考慮不同圍束混凝土組成律模式對於鋼筋混凝土結構物耐震能力之影響」，碩士論文，國立台灣大學土木研究所，2007。

陳柏佑(陳振川指導)，「以有限元素分析五螺箍筋混凝土柱之力學行為及優化配置探討」，碩士論文，國立台灣大學土木研究所，2010