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研究生： 洪世峰
Shih-Fong Hong
論文名稱： SD690鋼筋之混凝土梁高週次疲勞實驗
指導教授： 王勇智
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2020
畢業學年度： 108
語文別： 中文
論文頁數： 191
中文關鍵詞： New RC 、高週次疲勞 、疲勞極限 、混凝土潛變 、斷面勁度
外文關鍵詞： New RC, high-cycle fatigue, fatigue limit, creep of concrete, sectional stiffness
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    • 本研究主要目的是探討高拉力鋼筋(SD690)混凝土梁(New RC梁)構件受疲勞荷載作用下，對於橋梁等需承受高週次疲勞之行為，探討New RC梁與一般RC梁疲勞行為是否有差異。
    故本研究主要以鋼筋混凝土梁進行單向覆載之疲勞實驗，探討SD690鋼筋於不同應力差幅(fr)之反覆載重作用下，所對應之疲勞壽命。並於各疲勞週次，記錄梁中點撓度、混凝土應變及裂縫變化，探討New RC梁受覆載時在梁勁度變化情形。
    統計至目前New RC梁疲勞試驗結果[30, 31]，發現SD690高拉力鋼筋之疲勞特性與Helgason等人[5]所提出之一般鋼筋疲勞壽命經驗公式之計算結果相近。另外，對於鋼筋竹節尺寸(r/h)的研究結果顯示，r/h值越大鋼筋之疲勞壽命亦越大。而SD690鋼筋在發生疲勞破壞後，其疲勞裂紋面積所佔比例相對較小，不同於SD420W鋼筋之疲勞特性。實驗結果顯示，配置壓力鋼筋之RC梁可以有效抑制混凝土潛變應變的增長及斷面勁度之衰減。

    The main purpose of this research is to investigate the fatigue behavior of high-strength steel (SD690) concrete beams (New RC beams) subjected to fatigue loads and find the difference of the fatigue behavior between New RC beams and general RC beams.
    The fatigue loading test is performed to observe the fatigue behavior of RC beams with SD690 steel reinforcement. In the test, the mid-span deflection, concrete strain, the maximum width of the concrete crack, and the compressive strain of top sectional concrete are measured for studying the fatigue characteristics of the New RC beams.
    The statistics on the current fatigue test results of New RC beams [30, 31] has shown that the fatigue characteristics of SD690 high tensile steel bars is similar to the calculation results of the general fatigue life empirical formula proposed by Helgason et al. [5]. In addition, the results for the steel bars of the ratio of the radius of the lug curve (r) to the height of the lug(r/h) showed that the greater the r/h value had, the greater the fatigue life of the steel obtained. The fatigue crack area of the SD690 steel bar is relatively small after fatigue failure, which is different from the fatigue characteristics of the SD420W steel bar. Experimental results also show that RC beams with compression steel bars can effectively restrain the growth of concrete creep strain and the degradation of the sectional stiffness.

    摘要 i Abstract ii 誌謝 iv 目錄 v 表目錄 viii 圖目錄 ix 符號說明 xii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的及方法 1 第二章 文獻回顧 3 2.1 公路橋梁設計規範 3 2.2 有關鋼筋疲勞研究 6 2.2.1 Collins[7]對於鋼筋的疲勞特性之看法 6 2.2.2 Helgason等人[5] 與MacGregor等人[8]的鋼筋疲勞研究 6 2.2.2.1 應力差幅(f_r) 8 2.2.2.2 最小應力(f_(s,min)) 8 2.2.2.3 鋼筋的等級強度(f_y) 8 2.2.2.4 鋼筋的直徑(d_b) 10 2.2.2.5 鋼筋表面的形狀 10 2.2.3 Jhamb 和MacGregor [9]的鋼筋應力集中影響研究 11 2.2.3.1 K_T的實驗研究 12 2.3 高強度混凝土特性及性能之相關研究[10] 13 2.3.1 高強度混凝土的材料特性 13 2.3.2 高強度混凝土的工程特性 14 2.4 混凝土疲勞之相關研究 14 2.5 混凝土潛變之相關研究 15 2.6 高強度混凝土潛變之相關研究 17 2.7 混凝土彈性模數E_c 20 2.8 有關鋼筋混凝土結構疲勞之研究 22 2.9 高強度鋼筋混凝土結構設計手冊[1] 22 2.9.1 混凝土的等效矩形應力塊 22 2.9.2 T頭主筋之伸展長度 23 2.10 小結 23 第三章 試體規劃與實驗步驟 25 3.1 試體規劃 25 3.2 材料試驗 25 3.2.1 鋼筋拉伸試驗 26 3.2.2 混凝土抗壓試驗 27 3.2.3 鋼筋彎曲試驗 27 3.2.4 量測鋼筋竹節尺寸r/h 28 3.3 試體設計 29 3.4 試體製作 30 3.4.1 黏貼鋼筋應變計 30 3.4.2 鋼筋籠製作 31 3.4.3 應變計整線 33 3.4.4 模板製作 33 3.4.5 模版內預埋母螺栓 33 3.4.6 模板組立 34 3.4.7 試體澆鑄 35 3.4.8 試體拆模與養護 35 3.4.9 試體架設 35 3.5 實驗設備 36 3.5.1 加載系統 36 3.5.1.1 油壓機設備改裝 36 3.5.1.2 程式架構 37 3.5.1.3 雙向千斤頂 37 3.5.1.4 比例電磁閥 37 3.5.2 量測系統 38 3.5.2.1 荷重計 38 3.5.2.2 位移計 38 3.5.2.3 應變計 38 3.5.2.4 手持式電子側微計 38 3.6 實驗方法 39 3.7 實驗數據處理 40 3.7.1 反覆荷重歷時 40 3.7.2 混凝土表面應變 40 3.7.3 裂縫 41 第四章 實驗結果 42 4.1 靜載重試驗 42 4.2 疲勞載重試驗 42 4.2.1 試體HFL-1 43 4.2.2 試體HFL-2 46 4.2.3 試體HFL-3 49 4.2.4 試體HFL-3於300萬週次後單壓試驗結果 51 4.3 SD690鋼筋之S-N曲線敏感度分析 52 4.3.1 應力差幅(f_r)之影響 52 4.3.2 鋼筋最小應力(f_(s,min))之影響 53 4.3.3 鋼筋竹節形狀(r/h)之影響 53 4.4 鋼筋之理論疲勞極限應力之研究 55 4.5 SD690高拉力鋼筋的疲勞特性 56 4.5.1 斷裂位置與面積 56 4.5.2 鋼筋直徑影響 57 4.6 混凝土的潛變特性 58 4.6.1 試體梁受壓側有無壓力筋之影響 58 4.6.2 接近1百萬次之試體梁鋼筋受相似循環週期後斷面勁度之比較 59 第五章 結論與建議 62 5.1 結論 62 5.2 建議 64 參考文獻 65 附錄A 不同量測方法之鋼筋r/h值 151 附錄B 試體標稱強度計算 155 附錄C 試體降伏載重計算 159 附錄D 以Response-2000作斷面分析 161 附錄E P_max之實驗誤差範圍 164

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