目錄 目錄 I 表目錄 IV 圖目錄 V 照片目錄 VIII 第一章　緒論 1 1.1　前言 1 1.2　研究動機與目的 1 1.3　研究內容 2 1.3.1　剪力試驗 2 1.3.2　彎矩試驗 2 1.3.3　扭矩試驗 3 第二章　文獻回顧 4 2.1　國內外相關研究概述 4 2.1.1　鋼筋混凝土梁構件受剪之相關研究 4 2.1.2　鋼筋混凝土梁構件受彎之相關研究 4 2.1.3　鋼筋混凝土梁構件受扭之相關研究 4 2.2　國內外相關規範概述 5 2.2.1　混凝土工程設計規範與解說(土木401-86a) 5 2.2.2　Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-02) and Commentary(ACI 318R-02) 5 第三章　分析模式介紹及理論定義闡述 6 3.1　剪力試驗分析模式 6 3.1.1　混凝土工程設計規範與解說(土木401-86a) 6 3.1.2　Response-2000 7 3.1.3　壓拉桿模式(strut-and-tie model) 8 3.2　彎矩試驗分析模式 10 3.2.1　極限彎矩強度分析 11 3.2.1.1 混凝土工程設計規範與解說(土木401-86a)第三章撓曲與軸力 11 3.2.1.2　Response-2000 11 3.2.2　降伏彎矩強度分析 11 3.2.2.1　Response-2000 11 3.2.2.2　stress block model 11 3.2.3　開裂彎矩強度分析 12 3.2.3.1 混凝土工程設計規範與解說(土木401-86a) 12 3.2.3.2　Response-2000 13 3.3　扭矩試驗分析模式 13 3.3.1　極限扭矩強度分析(ACI 318-02) 13 3.3.2　開裂扭矩強度分析(ACI 318-02) 14 3.4　跨深比(a/d)與三點載重之定義 14 3.5　純彎段測試區與四點載重之定義 15 3.6　曲率定義與計算方式 15 第四章 試驗方法與步驟 16 4.1　探討參數 16 4.1.1　跨深比(a/d) 16 4.1.2　鋼筋比 16 4.1.3　扭力鋼筋體積比 16 4.2　試體規劃與製作 17 4.2.1　剪力試驗 17 4.2.2　彎矩試驗 18 4.2.3　扭矩試驗 18 4.3　試體製作流程 18 4.4　量測與試驗方法 19 4.4.1　剪力試驗 19 4.4.2　彎矩試驗 19 4.4.3　扭矩試驗 19 4.5　試驗設備 20 第五章　試驗結果分析與比較 21 5.1　剪力試驗 21 5.1.1　破壞模式 21 5.1.2　抗剪強度分析 23 5.1.3　D-regions 與B-regions之差異 23 5.1.4　抗剪強度建議公式 25 5.1.5　不含剪力鋼筋與含剪力鋼筋梁試體比較 25 5.1.6　開裂剪力強度 26 5.1.7　梁試體受剪之結構行為分析 27 5.2　彎矩試驗 28 5.2.1　破壞模式 29 5.2.2　破壞模式探討 33 5.2.3　彎矩強度分析 34 5.2.4　純彎段線性位移計量測之資料處理與分析 35 5.2.5　梁試體受彎之結構行為分析 36 5.3　扭矩試驗 37 5.3.1　破壞模式 38 5.3.2　扭矩強度分析 38 5.3.3　輕質骨材與常重混凝土受扭矩之承力行為比較 40 5.3.4　梁試體高寬比於扭矩強度與扭轉角之影響 41 5.3.5　梁試體受扭之結構行為分析 41 第六章　結論 42 6.1　剪力試驗結論 42 6.2　彎矩試驗結論 43 6.3　扭矩試驗結論 44 參考文獻 45 表目錄 表一 剪力試驗試體配置 48 表二 彎矩試驗試體配置 49 表三　扭矩試驗試體配置 50 表四　輕質骨材混凝土配合比例設計表 51 表五　剪力試驗梁試體破壞模式類別 51 表六　剪力試驗結果 51 表七　壓拉桿模式細部計算結果 52 表八　剪力試驗試體之抗剪強度計算總表 53 表九　剪力試驗試體之破壞裂縫角度 53 表十　彎矩試驗試體之極限彎矩強度總表 54 表十一　彎矩試驗試體之極限彎矩強度試驗值與預測值比較 55 表十二　stress block model 預測降伏彎矩強度之細部計算結果 56 表十三　彎矩試驗試體之降伏彎矩強度總表 56 表十四　彎矩試驗試體之降伏彎矩強度試驗值與預測值比較 57 表十五　彎矩試驗試體之開裂彎矩強度總表 58 表十六　彎矩試驗試體之開裂彎矩強度試驗值與預測值比較 59 表十七　彎矩試驗之試驗結果 60 表十八　彎矩試驗梁試體之延展比 60 表十九　扭矩試驗結果 61 表二十　扭矩試驗結果(續) 62 表二十一　扭矩試驗試體之開裂與極限扭矩強度試驗值與預測值比較 63 表二十二　扭矩試驗試體之扭矩勁度 64 圖目錄 圖3-1 Strut-and-tie model 65 圖3-2 壓拉桿件分析示意圖 65 圖3-3 壓拉桿件細部分析示意圖 66 圖3-4　瓶狀壓桿(bottle-shaped strut) 66 圖3-5　Strut-and-tie model分析流程圖 67 圖3-6　等值矩形應力塊假設圖 68 圖3-7 stress block model示意圖 68 圖3-8 stress block model分析流程圖 69 圖3-9　剪力流薄管與剪力流徑所包圍之面積 70 圖3-10 跨深比定義、三點載重示意圖 70 圖3-11 純彎段測試區之定義、四點載重示意圖 71 圖3-12　曲率定義 71 圖3-13　梁元素彎曲變形與應變之關係 72 圖4-1a　剪力試驗試體配置圖 73 圖4-1b　剪力試驗試體配置圖 74 圖4-1c　剪力試驗試體配置圖 75 圖4-1d　剪力試驗試體配置圖 76 圖4-2a　彎矩試驗試體配置圖 77 圖4-2b　彎矩試驗試體配置圖 78 圖4-2c　彎矩試驗試體配置圖 79 圖4-3　破壞模式之理論分界處 80 圖4-4a　扭矩試驗試體配置圖 80 圖4-4b　扭矩試驗試體配置圖 81 圖4-4c　扭矩試驗試體配置圖 81 圖4-4d　扭矩試驗試體配置圖 82 圖4-4e　扭矩試驗試體配置圖 82 圖4-5　位移計配置 83 圖4-6a　剪力與彎矩試驗構架正視圖 84 圖4-6b　剪力與彎矩試驗構架側視圖 84 圖4-6c　剪力與彎矩試驗構架圖 85 圖4-6d　扭矩試驗構架圖 85 圖4-7　資料處流程 86 圖5-1a　剪力試驗輕質骨材混凝土梁之載重-位移關係圖 87 圖5-1b　剪力試驗常重混凝土梁之載重-位移關係圖 88 圖5-2a　前者為長梁之破壞模式；後者為深梁特有之破壞模式 89 圖5-2b　深梁受剪之破壞順序 89 圖5-3a　無剪力鋼筋輕質骨材混凝土梁試體跨深比與剪力強度關係 90 圖5-3b　無剪力鋼筋常重混凝土梁試體跨深比與剪力強度關係 90 圖5-4a　無剪力鋼筋輕質骨材混凝土梁試體試驗值與建議公式值比 91 圖5-4b　無剪力鋼筋常重混凝土梁試體試驗值與建議公式值比較 91 圖5-5　輕質骨材與常重混凝土梁試體之開裂剪力強度 92 圖5-6　剪力試驗無剪力鋼筋梁試體 與 比較 92 圖5-7　不含剪力鋼筋試體之開裂剪力強度佔極限強度之百分比關係 93 圖5-8　含剪力鋼筋試體之開裂剪力強度佔極限強度之百分比關係 94 圖5-9　應力莫耳圓分析裂縫角度之差異 95 圖5-10　剪力試驗梁試體之位移比(ns為無剪力鋼筋；ws為含剪力鋼筋) 96 圖5-11　同條件下之輕質與常重混凝土梁試體之位移比關係圖 96 圖5-12a　正規化後之輕質骨材混凝土梁試體含剪力鋼筋與不含剪力鋼筋之位移比關係比較 97 圖5-12b　正規化後之常重混凝土梁含剪力鋼筋與不含剪力鋼筋之位移比關係比較 97 圖5-13　低補強斷面梁試體受撓曲後應力應變隨時間之變化關係 98 圖5-14　純彎段之微元素受力圖與莫耳圓之分析結果 98 圖5-15　彎矩試驗輕質骨材混凝土梁試體彎矩-曲率關係圖 99 圖5-16　彎矩試驗常重混凝土梁試體彎矩-曲率關係圖 99 圖5-17　彎矩試驗梁試體之降伏彎矩強度 100 圖5-18a　輕質骨材混凝土梁達極限狀態時之中性軸位置與規範推估值比較 101 圖5-18b　常重混凝土梁達極限狀態時之中性軸位置與規範推估值比較 101 圖5-19　輕質骨材混凝土梁試體建議之 值與等值應力塊 102 圖5-20a　LF1至LF3試體之建議值與試驗值比較 103 圖5-20b　LF4至LF6試體之建議值與試驗值比較 104 圖5-20c　LF1至LF6試體之建議值與試驗值比較 105 圖5-21　輕質骨材混凝土梁試體 值之回歸結果 105 圖5-22a　輕質骨材混凝土梁頂部混凝土壓碎時之斷面應變分佈 106 圖5-22b　常重混凝土梁頂部混凝土壓碎時之斷面應變分佈 106 圖5-23a　彎矩試驗輕質骨材混凝土梁試體之延展性比較 107 圖5-23b　彎矩試驗常重混凝土梁試體之延展性比較 107 圖5-24　彎矩試驗輕質與常重混凝土梁試體之延展性比較 108 圖5-25　梁試體於開裂前後之勁度比較 108 圖5-26　梁構件受純扭矩產生之縲旋裂縫形式 109 圖5-27a　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 110 圖5-27b　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 111 圖5-27c　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 112 圖5-27d　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 113 圖5-27e　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 114 圖5-27f　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 115 圖5-27g　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 116 圖5-27h　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 117 圖5-27i　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 118 圖5-27j　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 119 圖5-27k　扭矩試驗梁試體扭矩-扭轉角關係圖 120 圖5-28a　縱向鋼筋量與扭矩強度實驗值/規範值之相互關係 121 圖5-28b　縱向鋼筋量與扭矩強度實驗值/規範值之相互關係 122 圖5-28c　橫向鋼筋量與扭矩強度實驗值/規範值之相互關係 123 圖5-28d　橫向鋼筋量與扭矩強度實驗值/規範值之相互關係 124 圖5-29a　縱向鋼筋量與(GJ)crack/(GJ)eq之相互關係 125 圖5-29b　縱向鋼筋量與│(GJ)u/(GJ)eq│之相互關係 126 圖5-29c　橫向鋼筋量與(GJ)crack/(GJ)eq之相互關係 127 圖5-29d　橫向鋼筋量與│(GJ)u/(GJ)eq│之相互關係 128 圖5-30　輕質骨材與常重混凝土梁試體開裂、極限扭矩強度實驗值與規範值比較 129 圖5-31　輕質骨材與常重混凝土梁試體之扭轉角比較 129 圖5-32　輕質骨材與常重混凝土梁試體之扭矩勁度比較 130 圖5-33　輕質與常重混凝土抗壓強度差異於扭矩強度之影響 130 圖5-34　高寬比於扭矩強度影響 131 圖5-35a　高寬比於扭轉角之影響 132 圖5-35b　高寬比於扭轉角之影響 132 圖5-36　梁試體受扭矩產生縲旋裂縫 133 圖5-37　梁試體角落混凝土剝落 134 圖5-38　梁試體表面混凝土剝落 135 圖6-1　輕質骨材混凝土梁試體極限彎矩強度試驗值與預測值比較 135 圖6-2　常重混凝土梁試體極限彎矩強度試驗值與預測值比較 136 圖6-3　輕質骨材混凝土梁試體降伏彎矩強度及開裂彎矩強度試驗值與預測值比較 136 圖6-4　常重混凝土梁試體降伏彎矩強度及開裂彎矩強度試驗值與預測值比較 137 照片目錄 照片1　坍度試驗 138 照片2　混凝土圓柱試體 138 照片3　澆製混凝土梁試體 139 照片4　位移計架設 139 照片5　彎矩與剪力試驗構架 140 照片6　扭矩試驗構架 140 照片7a　試體LS1破壞模式 141 照片7b　試體NS1破壞模式 141 照片7c　試體LS2破壞模式 141 照片7d　試體NS2破壞模式 141 照片7e　試體LS3破壞模式 142 照片7f　試體NS3破壞模式 142 照片7g　試體LS4破壞模式 142 照片7h　試體NS4破壞模式 142 照片7i　試體LS5破壞模式 143 照片7j　試體NS5破壞模式 143 照片7k　試體LS6破壞模式 143 照片7l　試體NS6破壞模式 143 照片7m　試體LS7破壞模式 144 照片7n　試體NS7破壞模式 144 照片7o　試體LS8破壞模式 144 照片7p　試體NS8破壞模式 144 照片8　梁底部測試區產生垂直於主拉力方向之裂縫 145 照片9　梁頂端混凝土遭壓碎 145 照片10a　試體LF1破壞模式 146 照片10b　試體LF2破壞模式 146 照片10c　試體LF3破壞模式 146 照片10d　試體LF4破壞模式 147 照片10e　試體LF5破壞模式 147 照片10f　試體LF6破壞模式 147 照片10g　試體NF1破壞模式 148 照片10h　試體NF2破壞模式 148 照片10i　試體NF3破壞模式 148 照片10j　試體NF4破壞模式 149 照片11a　試體LT1-4-06破壞模式 150 照片11b　試體LT1-6-06破壞模式 150 照片11c　試體LT1-8-06破壞模式 150 照片11d　試體LT1-4-10破壞模式 150 照片11e　試體LT1-6-10破壞模式 151 照片11f　試體LT1-8-10破壞模式 151 照片11g　試體LT1-4-14破壞模式 151 照片11h　試體LT1-6-14破壞模式 151 照片11i　試體LT1-8-14破壞模式 152 照片11j　試體LT2-4-10破壞模式 152 照片11k　試體LT2-6-10破壞模式 152 照片11l　試體LT2-4-14破壞模式 152 照片11m　試體LT2-6-14破壞模式 153 照片11n　試體LT3-4-10破壞模式 153 照片11o　試體LT3-6-10破壞模式 153 照片11p　試體LT3-4-14破壞模式 153 照片11q　試體LT3-6-14破壞模式 154 照片11r　試體LT1’破壞模式 154 照片11s　試體LT1’’破壞模式 154 照片11t　試體NT1-4-14破壞模式 154 照片11u　試體NT2-4-14破壞模式 155 照片11v　試體NT3-4-14破壞模式 155