本文利用震能力評估法中之側推分析方式，對鋼筋混凝土構架進行分析，以模擬其受地震力之行為，並將表達建築物韌性行為之容量曲線加以比較以得結果。分析方式除依美國應用技術協會所提出之ATC-40為依據之外，再利用撓曲塑性鉸模擬鋼筋混凝土樑發生開裂後勁度折減之行為。而模擬所使用之塑鉸，則以SAP2000對樑構件開裂行為進行分析，並以樑內之應力分佈情形為設定裂縫之依據。最後由側推分析之結果得知，開裂行為會使得構架所能承受之最大側推力與最大側位移皆有所改變。
    模擬開裂之主要目的為更加適切地模擬老舊建築物之現況。考慮老舊建築物發生構材開裂、漏水等問題而造成勁度折減之現象，以期能提高耐震能力評估法之分析效率與準確性。

The pushover analysis of the seismic damage assessment method is used in analysis of R.C. frame and simulated the seismic behavior of it. And by comparing the capacity curves of tough behavior of structure, we can find the results. Except according to the ATC-40, we simulated the reduction of stiffness with crack of R.C. beam by bending plastic hinge. About the plastic hinge, we applied the SAP2000 to analyze the behavior of cracked R.C. beam and decided the crack according to the stress. Finally, in the results of pushover analysis, we have found that the max. lateral displacement and force will be changed.
    The purpose of crack simulation is represented the old buildings for more reasonable. By considering the reduction of stiffness with cracked member and leaking, we expected to improve the efficiency and exactitude of the seismic damage assessment method.

目 錄

本文目錄 ………………………………………………………………I
表目錄  ………………………………………………………………IV
圖目錄  ………………………………………………………………VI
符號說明  ……………………………………………………………XI
第一章 緒論 ………………………………………………………… 1
       1.1 前言 …………………………………………………… 1
       1.2 文獻回顧 ……………………………………………… 2
       1.3 研究動機 ……………………………………………… 3
       1.4 研究內容 ……………………………………………… 4
第二章 ATC-40側推分析之介紹 …………………………………… 6
       2.1 前言 …………………………………………………… 6
       2.2 側推力形式 …………………………………………… 6
       2.3 塑鉸之性質與設定 …………………………………… 8
       2.4 容量曲線與需求譜 ……………………………………14
       2.5 ADRS格式與功能績效點 ………………………………16
       2.6 小結 ……………………………………………………16
第三章 開裂鋼筋混凝土樑對構架之影響 …………………………18
       3.1 前言 ……………………………………………………18
       3.2 分析工具介紹 …………………………………………18
       3.3 撓曲勁度之折減 ………………………………………20
       3.4 撓曲勁度折減之公式推導 ……………………………22
       3.5 開裂鋼筋混凝土樑對彎矩分佈之影響 ………………24
       3.6 影響彎矩分佈之其他因素 ……………………………25
       3.7 開裂鋼筋混凝土樑對側移之影響 ……………………26
       3.8 小結 ……………………………………………………27
第四章 開裂鋼筋混凝土樑之塑鉸性質 ……………………………28
       4.1 前言 ……………………………………………………28
       4.2 材料性質 ………………………………………………28
           4.2.1 混凝土材料性質 ………………………………28
           4.2.2 鋼筋材料性質 …………………………………30
       4.3 模型建立及分析流程 …………………………………31
       4.4 分析模型測試及驗證 …………………………………32
       4.5 樑中開裂之塑鉸設定 …………………………………34
       4.6 降伏點之迴歸分析 ……………………………………36
       4.7 小結 ……………………………………………………39
第五章 樑中開裂之側推分析與探討 ………………………………41
       5.1 前言 ……………………………………………………41
       5.2 實驗構架說明 …………………………………………41
       5.3 側推分析模擬方式 ……………………………………42
       5.4 實驗構架側推分析 ……………………………………43
       5.5 側推分析結果比較 ……………………………………44
       5.6 分析結果討論與驗證 …………………………………44
       5.7 小結 ……………………………………………………48
第六章 結論與建議 …………………………………………………49
       6.1 結論 ……………………………………………………49
       6.2 建議 ……………………………………………………50
參考文獻  ……………………………………………………………52

表 目 錄

表2.1 樑構件塑鉸設定參數與解說  ………………………………55
表2.2 地層種類代號  ………………………………………………56
表2.3 地震設計水準參數 E  ………………………………………57
表2.4 震區因子 Z  …………………………………………………57
表2.5 斷層種類代號  ………………………………………………57
表2.6 近斷層因子 NA NV  …………………………………………58
表2.7 震力係數 CA   ………………………………………………58
表2.8 震力係數 CV   ………………………………………………58
表3.1 全開裂樑構材受撓曲之有效勁度值  ………………………59
表3.2 試算構架之塑鉸設定  ………………………………………59
表3.3 開裂後對彎矩分佈之變化 (公式計算) ……………………60
表3.4 開裂後對彎矩分佈之變化 (SAP2000程式分析)  …………61
表3.5公式計算與程式分析之彎矩分佈比較與誤差 ………………61
表4.1 受拉側最外緣應力值達破壞模數之結果比較  ……………62
表4.2受壓側最外緣應力值達0.5 f ’c之結果比較  ……………62
表4.3 規範規定之拉力鋼筋應變量ε t (鋼筋比ρ) 之限制  ……63
表4.4 彎矩-轉角計算分析值比較 …………………………………64
表4.5 不同鋼筋比受集中載重之模型分析數據  …………………65
表4.6 不同跨深比受集中載重之模型分析數據  …………………65
表4.7 不同鋼筋比受均佈載重之模型分析數據  …………………66
表4.8 不同跨深比受均佈載重之模型分析數據  …………………66
表4.9 不同鋼筋比之降伏轉角量  …………………………………67
表4.10 不同跨深比之降伏轉角量 …………………………………67
表5.1 實驗構架BMNFPF之材料性質  ………………………………68
表5.2 實驗構架樑中塑鉸設定值  …………………………………68
表5.3 無活載重之分析結果比較  …………………………………69
表5.4 實驗構架之分析結果比較  …………………………………70
表5.5 不同樑勁度之側推分析結果  ………………………………71
表5.6 ANW於不同階段之塑鉸狀態 …………………………………72
表5.7 ACW於不同階段之塑鉸狀態 …………………………………72

圖 目 錄

圖2.1 側推分析之側向力與位移示意圖  …………………………73
圖2.2 不同之側推力形式示意圖  …………………………………73
圖2.3 構材受力與側移關係圖  ……………………………………74
圖2.4 不同彎矩值所對應之斷面狀態及勁度示意圖  ……………74
圖2.5 ATC-40建議之樑構材塑鉸設定  ……………………………75
圖2.6 塑鉸區剪力強度與轉角關係圖  ……………………………75
圖2.7 塑鉸區剪力強度之彎矩與轉角關係圖  ……………………76
圖2.8撓曲破壞之彎矩塑鉸特性 ……………………………………76
圖2.9撓曲剪力破壞之彎矩塑鉸特性 ………………………………77
圖2.10 剪力破壞之彎矩塑鉸特性 …………………………………77
圖2.11 容量曲線示意圖   …………………………………………78
圖2.12 需求譜計算流程圖 …………………………………………78
圖2.13 需求譜 ………………………………………………………79
圖3.1 SAP2000程式塑較設定畫面 …………………………………79
圖3.2 SAP2000程式分析設定畫面 …………………………………80
圖3.3 計算全斷面慣性矩所考慮之斷面  …………………………80
圖3.4 計算開裂斷面慣性矩所考慮之斷面  ………………………81
圖3.5 斷面深寬比為1.5於不同樑寬時之慣性矩折減比例 ………81
圖3.6 斷面深寬比為2於不同樑寬時之慣性矩折減比例 …………82
圖3.7 樑中開裂後勁度折減示意圖  ………………………………82
圖3.8 平面構架之樑開裂前-彎矩分佈示意圖 ……………………83
圖3.9 平面構架之樑開裂後-彎矩分佈示意圖 ……………………83
圖3.10 推導關係式之平面構架 ……………………………………84
圖3.11 平面構架之自由度設定 ……………………………………85
圖3.12 載重矩陣[R]與桿端彎矩修正矩陣[MF]  …………………85
圖3.13 勁度矩陣[K]  ………………………………………………86
圖3.14 探討彎矩變化影響之試算構架 ……………………………87
圖3.15 試算構架之塑鉸設定 ………………………………………87
圖3.16 正規化之彎矩分配變化圖 …………………………………88
圖3.17 開裂區域係數(s)變化圖  …………………………………88
圖3.18 不同樑柱長度比受集中活載重之彎矩分佈比例 …………89
圖3.19 不同樑柱長度比受集中活載重之正負彎矩比例 …………89
圖3.20 不同樑柱長度比受均佈活載重之彎矩分佈比例 …………90
圖3.21 不同樑柱長度比受均佈活載重之正負彎矩比例 …………90
圖3.22 不同樑柱勁度比受集中活載重之彎矩分佈比例 …………91
圖3.23 不同樑柱勁度比受集中活載重之正負彎矩比例 …………91
圖3.24 不同樑柱勁度比受均佈活載重之彎矩分佈比例 …………92
圖3.25 不同樑柱勁度比受均佈活載重之正負彎矩比例 …………92
圖3.26 不同開裂區域長度係數與側移量之關係 …………………93
圖3.27 不同開裂區域長度係數與側推力之關係 …………………93
圖4.1 混凝土應力應變關係曲線  …………………………………94
圖4.2 鋼筋應力應變關係曲線  ……………………………………94
圖4.3 模型建立  ……………………………………………………95
圖4.4 裂縫模擬方式  ………………………………………………95
圖4.5 裂縫設定流程圖  ……………………………………………96
圖4.6 測試分析之模型  ……………………………………………96
圖4.7 線彈性階段正規化彎矩值比較  ……………………………97
圖4.8 線彈性階段正規化彎矩值之比值  …………………………97
圖4.9 開裂階段正規化彎矩值比較  ………………………………98
圖4.10 構件受彎矩時之行為示意圖 ………………………………98
圖4.11 彎矩-轉角計算分析值比較圖  ……………………………99
圖4.12 塑鉸B-C段設定  ……………………………………………99
圖4.13 塑鉸C-D段設定 ……………………………………………100
圖4.14 各方式於不同鋼筋比受集中載重之慣性矩比較  ………101
圖4.15 各方式於不同跨深比受集中載重之慣性矩比較  ………101
圖4.16 各方式於不同鋼筋比受均佈載重之慣性矩比較  ………102
圖4.17 各方式於不同跨深比受均佈載重之慣性矩比較  ………102
圖4.18 不同鋼筋比受不同載重形式之慣性矩比較  ……………103
圖4.19 不同鋼筋比受不同載重形式之慣性矩比較  ……………103
圖4.20 不同鋼筋比之降伏轉角量  ………………………………104
圖4.21 不同跨深比之降伏轉角量  ………………………………104
圖4.22 鋼筋比為0.012時之塑鉸設定圖 …………………………105
圖4.23 跨深比為8時之塑鉸設定圖 ………………………………105
圖4.24 模型分析與迴歸分析於不同鋼筋比之比較  ……………106
圖4.25 模型分析與迴歸分析於不同跨深比之比較  ……………106
圖4.26 降伏轉角迴歸公式誤差  …………………………………107
圖4.27 降伏轉角迴歸公式誤差  …………………………………107
圖5.1 側推分析之實驗構架BMNFPF   ……………………………108
圖5.2 實驗構架之實驗結果 ………………………………………109
圖5.3 無活載重之側推分析結果(5-1)  …………………………109
圖5.4 均佈活載重之分析結果(5-2)  ……………………………110
圖5.5 均佈活載重之分析結果(5-3)  ……………………………110
圖5.6 集中活載重之實驗構架分析結果(5-4)  …………………111
圖5.7 集中活載重之實驗構架分析結果(5-5)  …………………111
圖5.8 塑鉸位置編號 ………………………………………………112
圖5.9 不同樑勁度之彎矩分配比例 ………………………………112
圖5.10 不同樑勁度之側推分析結果  ……………………………113
圖5.11容量曲線說明圖 ……………………………………………113
圖5.12 ADRS格式示意圖  …………………………………………114

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