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高 強 度 鋼 筋 及 續 接 器 之 鋼 材 測 試 研 究 主 講 人 : 陳 昌 雄 律 己 愛 智 樂 觀 主 講 人 : 陳 昌 雄 現 職 : 東 和 高 雄 廠 副 廠 長 10301~ 經 歷 : 東 和 高 雄 廠 副 廠 長 ( 兼 行 政 處 ) 10111~ 10212 東 和 高 雄 廠 廠 務 處 9611 ~ 10111 東 和 苗 栗 廠 廠 務 處 ( 技 術 處 ) 9211 ~ 9611 東 和 高 雄 廠 生 管 課 8701 ~ 9211 東 和 高 雄 廠 煉 鋼 課 7709 ~ 8612 粉 末 冶 金 / 精 密 鑄 造 7210 ~ 7708 學 歷 : 成 大 冶 金 及 材 料 工 程 學 系 6610 ~ 7006 律 己 愛 智 樂 觀

一 前 言 二 目 前 CNS 標 準 及 相 關 三 未 來 高 強 度 鋼 筋 相 關 規 範 四 強 化 理 論 五 490 提 升 到 685 785 六 測 試 與 研 究 七 目 前 具 體 作 法 八 未 來 努 力 方 向 九 結 論 律 己 愛 智 樂 觀 一 前 言 2013 年 1-1212 月 全 球 鋼 鐵 粗 鋼 產 量 累 計 為 158,249 萬 噸, 較 2012 年 152,917 萬 噸 上 升 3.5%, 較 2011 年 150,025 萬 噸 上 升 5.5% 2013 年 1~12 月 台 灣 累 計 粗 鋼 產 量, 電 爐 969.90 萬 噸 小 於 高 爐 1,258.28 萬 噸, 年 累 計 相 比 電 爐 成 長 1.3%, 高 爐 成 長 13.4% 鋼 筋 : 2013 年 1~12 月 累 計 表 消 579 萬 噸, 與 去 年 同 期 573 萬 噸 相 比 為 101%, 年 度 自 給 率 101% 預 估 2014 年 累 表 消 592 萬 噸, 與 2013 年 同 期 比 103%, 年 度 自 給 率 約 101% 律 己 愛 智 樂 觀

大 陸 今 年 預 估 2014 年 粗 鋼 產 量 8.1 億 噸 與 去 年 同 期 7.79 億 噸 比 為 成 長 3.97% 預 計 2015 年 世 界 鋼 鐵 產 能 將 達 到 22.83 億 噸, 遠 遠 超 過 16.63 億 噸 的 消 費 量 2013 年 中 國 鋼 材 出 口 量 約 為 6000 萬 噸, 2014 年 中 國 鋼 材 的 出 口 量 約 為 8000 萬 噸, 相 當 於 美 國 全 年 粗 鋼 產 量 只 有 提 升 高 附 加 價 值 産 品 才 能 有 競 爭 力 律 己 愛 智 樂 觀 表 1.2012 年 國 內 鋼 筋 廠 產 能 利 用 率 類 型 家 數 2012 年 產 量 ( 單 位 : 千 公 噸 ) 市 佔 率 年 產 能 ( 單 位 : 千 公 噸 ) 產 能 利 用 率 電 爐 廠 10 4,048 70% 5,436 74% 單 軋 廠 15 1,731 30% 3,630 48% 合 計 25 5,779 100% 9,066 64% 資 料 來 源 : 台 灣 鋼 鐵 工 業 同 業 公 會 表 4. 鋼 筋 用 途 別 鋼 種 尺 寸 分 佈 表 用 途 別 選 樣 鋼 種 分 佈 比 (%) 尺 寸 分 佈 比 (%) 工 程 數 SD280 SD280W SD420 SD420W 其 他 D10~D13 D16~D22 D25~ 公 共 工 程 37 11 3 18 68 10 42 48 營 建 業 40 15 6 48 30 1 36 25 39 資 料 來 源 : 豐 興 鋼 鐵 ( 股 ) 公 司 提 供 中 拉 鋼 筋 (SD280/SD280W) 與 高 拉 力 鋼 筋 (SD420/SD420W/ 其 他 如 SD490) 之 銷 售 比 例 約 為 20%/80% 營 建 業 與 公 共 工 程 耗 用 量 比 例 約 為 75%/25% 採 自 台 灣 鋼 鐵 五 十 年 專 刊 律 己 愛 智 樂 觀

二 目 前 CNS 標 準 及 相 關 規 範 CNS 560 鋼 筋 用 規 範 鋼 筋 鋼 液 之 化 學 成 份 種 類 符 號 C(%) Mn(%) P(%) S(%) Si(%) C.E% 光 面 鋼 筋 SR240 0.060 0.060 SR300 0.060 0.060 SD280 0.060 0.060 SD420 0.32 1.80 0.050 0.050 0.50 0.570 竹 節 鋼 筋 SD490 0.32 1.80 0.050 0.050 0.50 0.570 SD280W 0.30 1.50 0.040 0.040 0.50 0.550 SD420W 0.30 1.50 0.040 0.040 0.50 0.550 C.E=C+Mn/6+Cu/40+Ni/20+Cr/10-Mo/50-V/10 律 己 愛 智 樂 觀 CNS 鋼 筋 機 械 性 質 機 械 性 質 種 類 符 號 降 伏 點 或 降 伏 強 度 抗 拉 強 度 實 際 抗 拉 強 度 N/mm 2 N/mm 2 實 際 降 伏 強 度 SD 280 280~420 420 以 上 - SD 280W 280~380 420 以 上 1.25 以 上 2 號 12 以 上 未 滿 D19 SD 420 420~540 620 以 上 - 180 14A 號 13 以 上 D19 以 上 試 片 2 號 14A 號 伸 長 率 (%) 14 以 上 17 以 上 彎 曲 角 度 180 彎 曲 直 徑 標 稱 直 徑 之 4 倍 標 稱 直 徑 之 5 倍 標 稱 直 徑 之 6 倍 竹 節 鋼 筋 SD 420W 420~540 550 以 上 1.25 以 上 SD 490 490~625 620 以 上 - 2 號 14A 號 2 號 14A 號 12 以 上 13 以 上 12 以 上 13 以 上 180 90 未 滿 D19 D19~ D25 超 過 D25 D25 以 下 超 過 D25 標 稱 直 徑 之 3 倍 標 稱 直 徑 之 4 倍 標 稱 直 徑 之 6 倍 標 稱 直 徑 之 5 倍 標 稱 直 徑 之 6 倍 律 己 愛 智 樂 觀

三 未 來 高 強 度 鋼 筋 相 關 規 範 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀

四 強 化 理 論 1. 晶 格 2. 強 化 機 構 主 要 有 : 固 溶 強 化 在 鋼 中 添 加 溶 質 元 素, 由 於 溶 質 原 子 與 鐵 原 子 大 小 不 同, 會 造 成 晶 格 扭 曲, 增 加 差 排 移 動 阻 礙, 而 提 高 強 度 析 出 硬 化 若 添 加 的 合 金 元 素, 與 C N 的 結 合 力 很 強, 會 形 成 細 小 析 出 物, 造 成 差 排 移 動 困 難, 而 產 生 析 出 硬 化, 從 而 提 高 強 度 晶 粒 細 化 是 利 用 減 小 肥 粒 鐵 晶 粒 尺 寸, 提 高 晶 界 面 積, 當 發 生 塑 性 變 形, 差 排 移 動 遭 到 晶 界 的 阻 礙, 而 提 高 發 生 塑 性 變 形 所 需 的 應 力, 是 以 強 化 律 己 愛 智 樂 觀 認 識 鋼 鐵 鋼 鐵 不 單 只 是 包 含 鐵 與 合 金 構 成 的 固 體 鋼 鐵 具 有 分 子 晶 格 明 確 的 結 構 以 及 晶 粒, 就 像 是 鑽 石 與 水 晶 一 樣 鋼 鐵 中 最 常 見 的 分 子 晶 格 型 式 是 以 鐵 原 子 構 成 的 體 心 立 方 純 鐵 是 完 全 以 鐵 原 子 構 成 的 體 心 立 方 所 構 成 的 結 構, 鋼 鐵 則 還 帶 有 一 些 非 純 鐵 的 分 子 晶 格, 例 如 Pearlite 分 子 晶 格 堆 積 起 來 成 為 鋼 鐵 的 體 積 律 己 愛 智 樂 觀

(1/a,1/b,1/c) 原 子 堆 疊 模 型 晶 體 中 原 子 排 列 示 意 圖 律 己 愛 智 樂 觀 右 圖 B 和 C 區 域 TEM 圖 及 標 定 中 碳 氮 釩 鋼 淬 火 SEM 圖 律 己 愛 智 樂 觀

體 心 立 方 BCC 肥 粒 鐵 律 己 愛 智 樂 觀 面 心 立 方 FCC 沃 斯 田 鐵 六 方 最 密 堆 積 HCP 律 己 愛 智 樂 觀 鐵 碳 合 金 相 圖 圖 4 鐵 碳 合 金 相 圖

律 己 愛 智 樂 觀 晶 粒 細 化 析 出 硬 化 差 排 強 化 固 溶 強 化 基 體 強 度 律 己 愛 智 樂 觀 各 種 強 化 機 構 效 果 示 意 圖

置 換 固 溶 體 : 溶 質 原 子 和 溶 劑 原 子 尺 寸 相 差 較 小, 形 成 固 溶 體 時 溶 質 原 子 替 換 了 溶 劑 晶 格 中 的 一 部 分 原 子, 就 形 成 了 置 換 固 溶 體 如 :Fe 與 Mn Si Al Cr Ti Nb 等 形 成 置 換 固 溶 體 A B 置 换 固 溶 體 溶 劑 原 子 溶 質 原 子 溶 劑 原 子 溶 質 原 子 間 隙 固 溶 體 間 隙 固 溶 體 : 溶 質 原 子 和 溶 劑 原 子 直 徑 相 差 較 大, 溶 質 原 子 處 於 溶 劑 晶 體 結 構 的 間 隙 位 置 上, 則 形 成 間 隙 固 溶 體 如 :Fe 與 C,N,O,H 形 成 間 隙 固 溶 體 律 己 愛 智 樂 觀 固 溶 強 化 Solid Solution Strengthening 置 換 型 固 溶 強 化 間 隙 型 固 溶 強 化 律 己 愛 智 樂 觀

固 溶 強 化 固 溶 強 化 碳 (Carbon) 錳 (Manganese) 關 於 元 素 對 普 通 碳 鋼 機 械 性 質 的 影 響, 許 多 經 驗 式 可 作 一 般 的 參 考 其 中 一 經 驗 式, 如 下 所 述 含 碳 量 在 0.20~0.50% 的 範 圍 之 鋼 材, 其 抗 拉 強 度 (kgf/mm 2 )=30.5+43 C+ 60 C Mn 而 伸 長 率 (%)=17.6+380/C- 0.0022 C Mn C =C% 100, Mn =Mn% 100 律 己 愛 智 樂 觀 微 合 金 化 元 素 析 出 硬 化 晶 狀 細 化 律 己 愛 智 樂 觀

晶 粒 細 化 晶 粒 細 化 釩 (Vanadium) 鈮 (Columbium) 溫 度 軋 延 比 鋼 材 之 晶 粒 愈 細, 強 度 愈 高 早 為 人 們 所 習 知,Hall 及 Petch 進 一 步 研 究 晶 粒 和 強 度 之 關 係, 而 發 現 強 度 和 晶 粒 之 -1/2 次 方 成 正 比, 此 即 非 常 著 名 之 Hall-Petch 關 係 式 1-2 σ σ 0 k d 此 處 σ0 為 鋼 材 之 本 質 強 度,d 為 晶 粒 大 小 ( 單 位 為 mm),k 為 常 數 一 般 常 用 之 晶 粒 細 化 手 段 是 利 用 添 鈮 釩 鈦 等 元 素 進 行 來 完 成 律 己 愛 智 樂 觀 不 同 晶 粒 度 與 降 伏 強 度 的 關 係 律 己 愛 智 樂 觀

晶 粒 尺 寸 對 力 學 性 能 之 影 響 律 己 愛 智 樂 觀 析 出 強 化 律 己 愛 智 樂 觀

析 出 強 化 ( 第 二 相 硬 質 點 強 化 ) 析 出 強 化 的 機 制 是 差 排 和 顆 粒 之 間 的 相 互 作 用 在 外 力 作 用 下, 運 動 差 排 遇 到 第 二 相 硬 質 點 時 的 運 動 方 式 有 兩 種,(1) 對 提 高 強 度 有 積 極 作 用 的 繞 過 過 程 ; (2) 對 提 高 強 度 作 用 較 小 的 切 割 / 剪 切 過 程 它 們 都 會 增 加 運 動 阻 力, 可 以 提 高 材 料 的 強 度 繞 過 機 制 切 割 機 制 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀

五 490 提 升 到 685 785 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀

五 490 提 升 到 685 785 1. 材 料 技 術 - 合 金 化 設 計 及 微 合 金 化 2. 設 備 發 展 - 設 備 改 造 / 自 動 控 制 系 統 3. 操 作 技 術 - 控 軋 控 冷 低 溫 軋 製 超 快 冷 技 術 律 己 愛 智 樂 觀 [6] 神 戸 製 鋼 技 報 Vol. 48 No. 1 (1998)p.85 律 己 愛 智 樂 觀 神 戶 製 鋼 化 性

合 金 元 素 對 CCT 曲 線 之 影 響 律 己 愛 智 樂 觀 五 490 提 升 到 685 785 1. 材 料 技 術 - 合 金 化 設 計 及 微 合 金 化 2. 設 備 發 展 - 設 備 改 造 / 自 動 控 制 系 統 3. 操 作 技 術 - 控 軋 控 冷 低 溫 軋 製 超 快 冷 技 術 律 己 愛 智 樂 觀

軋 製 棒 材 對 溫 度 冷 卻 之 參 數 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀

晶 粒 細 化 ( 機 械 加 工 ) 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀 控 制 軋 延 的 軋 製 示 意 圖

高 溫 軋 製 再 結 晶 軋 製 部 分 再 結 晶 軋 製 再 結 晶 軋 製 示 意 圖 律 己 愛 智 樂 觀 a. 原 始 沃 斯 田 鐵 組 織 b. 變 形 60% c. 部 分 再 結 晶 沃 斯 田 鐵 d. 變 形 60% e. 再 結 晶 沃 斯 田 鐵 組 織 f. 變 形 60% 律 己 愛 智 樂 觀 含 鈮 微 合 金 鋼 沃 斯 田 鐵 和 軋 製 後 的 相 變 組 織

律 己 愛 智 樂 觀 住 友 新 日 鐵 控 制 軋 製 的 發 展 律 己 愛 智 樂 觀

1200 1000 表 层 心 部 温 度, 800 600 400 200 Ms M B P F 自 然 冷 却 余 热 淬 火 超 快 冷 却 0 10-1 1 10 1 10 2 10 3 10 4 时 间,s 律 己 愛 智 樂 觀 Next 律 己 愛 智 樂 觀

律 己 愛 智 樂 觀 六. 測 試 與 研 究 續 接 器 之 ADI 熱 處 理 沃 斯 田 鐵 化 A3 步 驟 : 1. 沃 斯 田 鐵 化 (850~950 C) 溫 度 Ms 時 間 沃 斯 回 火 2. 急 冷 3. 恒 溫 變 態 (Ms 點 以 上 ) 4. 冷 卻 至 常 溫 律 己 愛 智 樂 觀 next

ADI 熱 處 理 設 備 ADI 金 相 加 熱 爐 鹽 浴 爐 球 墨 鑄 鐵 波 來 鐵 + 肥 粒 鐵 沃 斯 回 火 變 韌 肥 粒 鐵 + 殘 留 沃 斯 田 鐵 ( 沃 斯 肥 粒 鐵 ) 沃 斯 回 火 球 墨 鑄 鐵 螺 旋 型 鋼 筋 續 接 器 專 利 證 書 號 157047 律 己 愛 智 樂 觀 球 墨 鑄 鐵 晶 沃 斯 回 火 後 基 地 上 的 白 色 小 隙 縫 : 柔 韌 的 沃 斯 田 鐵. 此 相 提 供 ADI 高 韌 性, 吸 震 性. 工 件 表 皮 受 磨 擦 或 撞 擊 時 轉 變 成 HRC60 的 麻 田 散 鐵. 其 相 變 化 機 制 與 高 錳 鋼 同, 石 墨 內 可 蓄 積 油 膜, 很 適 合 需 高 韌 性, 耐 磨 耗 性, 又 需 吸 震 的 地 方. 例 : 齒 輪 刀 把... 應 用 性 很 廣. 東 鋼 與 金 屬 中 心 合 作 尺 寸 鋼 筋 所 需 鎖 接 長 度 規 定 - 範 例 D25 律 己 愛 智 樂 觀

尺 寸 鋼 筋 所 需 鎖 接 長 度 規 定 - 範 例 D25 螺 紋 鋼 筋 與 續 接 器 組 裝 3D 面 積 分 析 單 邊 需 4 牙 設 計 安 全 係 數 1.5 螺 紋 鋼 筋 鎖 入 續 接 器 長 度 設 計 6 牙 其 它 尺 寸 同 此 模 式 設 計 律 己 愛 智 樂 觀 六 測 試 與 研 究 -- 高 強 度 鋼 筋 拉 伸 試 驗 Stress (N/mm 2 ) 1000 800 TH --- D36 f y = 731 N/mm 2 600 f u = 937 N/mm 2 fy/fu = 1.28 > 1.25 1000 400 抗 降 TTK 比 --- D32 f y = 719 N/mm 2 800 200 f u = 930 N/mm 2 fy/fu = 1.29 > 1.25 600 0 抗 降 比 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20400 0.25 Strain Stress (N/mm 2 ) 200 685 TH D36 符 合 SD 685 鋼 筋 規 格 785 TH --- D36 785 = 0.0219 > 0.014 TTK --- D32 785 = 0.0231 > 0.014 律 己 愛 智 樂 觀 回 前 0 0 0.007 0.014 0.021 0.028 Strain 50

>0.014 V+Nb V V 律 己 愛 智 樂 觀 律 己 愛 智 樂 觀

D36 鋼 筋 試 片 試 驗 結 果 編 號 降 伏 強 度 N/mm 2 抗 拉 強 度 N/mm 2 抗 降 比 ε 785 破 壞 應 變 685~785 808 以 上 1.18 以 上 0.014 以 上 0.10 以 上 D36-1_1104-4-1-A 744 943 1.27 0.0199 0.149 D36-2_1104-4-1-B 752 951 1.26 0.0195 0.159 D36-3_1104-4-1-B 731 937 1.28 0.0219 0.163 D36-4_1104-3-A 723 912 1.26 0.0272 0.116 D36-5_1104-3-B 724 915 1.26 0.0271 0.127 D36-6_1104-3-B 723 912 1.26 0.0270 0.161 律 己 愛 智 樂 觀 D36-1_1104-4-1-A D36-2_1104-4-1-B 1000 1000 800 f y =744 N/mm 2 785 D36-1 800 785 f u =943 N/mm 2 Stress (N/mm 2 ) 600 400 685 Stress (N/mm 2 ) 600 400 685 200 0 785 =0.0199 0 0.007 0.014 0.021 0.028 Strain 200 0 785 =0.0199 USD 685A D36-1 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Strain Stress (N/mm 2 ) 1000 800 600 400 200 律 己 愛 智 樂 觀 0 f y =752 N/mm 2 785 685 D36-2 785 =0.0195 0 0.007 0.014 0.021 0.028 Strain Stress (N/mm 2 ) 1000 800 600 400 200 0 785 685 785 =0.0195 f u =951 N/mm 2 USD 685A D36-2 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Strain

D16 鋼 筋 試 片 試 驗 結 果 編 號 降 伏 強 度 N/mm 2 抗 拉 強 度 N/mm 2 破 壞 應 變 785 以 上 930 以 上 0.80 D16-1_1101-1-2-1 778* 968 0.141 D16-2_1101-1-2-2 819 1003 0.116 D16-3_1101-1-2-2 846 1030 0.0773* D16-4_1101-5-2-1 790 963 0.122 D16-5_1101-5-2-3 777* 951 0.097 D16-6_1101-5-2-3 792 970 0.125 律 己 愛 智 樂 觀 東 和 鋼 鐵 企 業 股 份 有 限 公 司 高 雄 廠 超 高 拉 力 鋼 筋 壓 縮 比 與 Y.P T.S 分 佈 1104 Y.P 1104 T.S 推 估 160 Y.P 推 估 160 試 軋 T.S爐 號 1104 成 份 推 估 160 角 Y.P & T.S 1100 1000 900 910 913 934 940 944 952 978 984 962 971 968 976 982 933 994 990 992 988 997 996 800 700 721 715 811 790 797 802 807 805 782 以 上 750 762 773 785 805 809 779 788 794 800 747 759 767 685 600 93.0 94.0 95.0 96.0 97.0 98.0 99.0 100.0 D43 D36 150*150 軋 延 比 D32 (93.55) (95.52) (96.38) 160*160 軋 延 比 D43 (94.33) D36 (96.07) D32 (96.82) D29 (97.10) D25 (97.70) D29 (97.47) D22 D19 D16 D13 D10 (98.28) (98.70) (99.10) (99.40) (99.40) D25 D22 D19 D16 D13 D10 (98.02) (98.49) (98.88)(99.22)(99.51) (99.72) 律 己 愛 智 樂 觀

與 續 接 器 接 合 測 試 數 據 (SD685) SD685 D32 高 塑 性 反 覆 載 重 試 驗 數 據 ( 土 木 401-86) 試 體 標 號 續 接 器 本 體 長 度 (mm) 標 點 長 度 (mm) 滑 移 量 (mm) 抗 拉 強 度 N/mm2 16c 24c 32c 5εy 10εy 10-03169-D32-1 240 340 0.194 0.323 0.438 953 D43 車 製 D32 螺 紋 備 註 律 己 愛 智 樂 觀 螺 紋 鋼 筋 與 續 接 器 接 合 測 試 (SD685) 律 己 愛 智 樂 觀

SD685-(D32)1104-6 表 面 100 倍 N=9~10 一 般 (D32)SD420W 表 面 100 倍 N=5~6 律 己 愛 智 樂 觀 七 目 前 具 體 作 法 桃 園 廠 新 設 備 -- 最 先 進 之 製 程 律 己 愛 智 樂 觀

桃 園 廠 生 產 流 程 簡 介 ( 含 VCC) 律 己 愛 智 樂 觀 傳 統 單 軋 廠 製 程 : 冷 鋼 胚 加 熱 爐 > 軋 鋼 > 鋼 筋 傳 統 煉 軋 鋼 廠 製 程 : 煉 鋼 > 鋼 胚 加 熱 爐 > 軋 鋼 > 鋼 筋 熱 進 軋 延 東 鋼 直 接 軋 延 新 製 程 : 煉 鋼 > 鋼 胚 軋 鋼 > 鋼 筋 直 接 軋 延 優 點 : 沒 有 設 置 加 熱 爐 避 免 硫 氧 化 物 與 氮 氧 化 物 產 生 大 幅 降 低 能 源 耗 用 一 年 可 節 省 71,000 噸 的 CO2 排 放 量, 相 當 於 190 座 大 安 森 林 公 園 一 年 吸 收 之 CO2 量 律 己 愛 智 樂 觀

律 己 愛 智 樂 觀 項 目 單 位 單 軋 廠 不 熱 進 傳 統 熱 進 爐 直 接 軋 延 鋼 胚 進 爐 溫 度 30 400~600 900~1000 鋼 胚 開 軋 溫 度 1200 1200 1200 燃 油 耗 用 L/ton 37.5 25.5 0 電 熱 相 當 油 耗 L/ton 0 0 2.5 合 計 單 位 耗 油 L/ton 37.5 25.5 2.5 燃 油 耗 用 比 率 % 100% 68% 7% 40 35 30 25 20 15 10 5 0 37.5 100% 25.5 68% 2.5 7% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 合 計 單 位 耗 油 節 能 比 率 單 軋 廠 不 熱 進 傳 統 熱 進 爐 直 接 軋 延 律 己 愛 智 樂 觀

律 己 愛 智 樂 觀 八 未 來 努 力 方 向 1. 提 升 鋼 液 清 淨 度 2. 控 軋 控 冷 的 改 善 3. 軋 後 緩 冷 堆 疊 保 溫 4. 節 型 的 設 計 改 善 律 己 愛 智 樂 觀

九 結 論 敬 請 指 教 律 己 愛 智 樂 觀

15000psi 混 凝 土 的 產 製 與 施 工 管 理 鄭 瑞 濱 博 士 台 灣 混 凝 土 學 會 秘 書 長 潤 泰 精 密 材 料 股 份 有 限 公 司 副 總 經 理 2014.12.05 生 產 高 強 度 混 凝 土 控 制 因 素 漿 體 強 度 過 渡 區 性 質 骨 材 性 質

漿 體 強 度 使 用 新 型 高 性 能 減 水 劑 - 由 於 超 高 強 度 混 凝 土 中 的 用 水 量 較 一 般 普 通 混 凝 土 降 低 許 多, 爲 了 維 持 適 當 的 工 作 性, 此 類 新 型 的 超 高 效 減 水 劑 具 有 良 好 的 流 動 性 高 減 水 率 ( 減 水 率 大 於 30%) 坍 保 效 果 佳 目 前 以 羧 酸 系 與 氨 基 磺 酸 鹽 系 兩 大 類 減 水 劑 為 主 降 低 水 膠 比 - 爲 了 盡 量 減 少 混 凝 土 中 孔 徑 50nm 的 數 量, 水 膠 比 將 控 制 在 0.38 以 下, 當 製 產 10000psi 混 凝 土 時, 水 膠 比 更 需 要 控 制 在 0.3 以 下 使 用 超 細 礦 物 摻 料 漿 體 強 度 - 目 前 超 細 礦 物 摻 料 的 比 表 面 積 可 從 6000cm2/g 到 15000cm2/g 以 上, 有 矽 灰 120 級 以 上 超 細 爐 石 粉 超 細 粉 煤 灰 超 細 沸 石 粉 超 細 稻 殼 灰 超 細 石 灰 石 粉 等 此 類 礦 物 摻 料 因 為 具 有 卜 作 嵐 活 性 反 應, 顆 粒 粒 徑 小, 具 有 極 大 的 比 表 面 積, 故 能 填 充 混 凝 土 中 細 微 的 空 隙, 並 快 速 增 加 C-H-S 膠 體 數 量, 降 低 混 凝 土 中 孔 隙 率, 增 加 緻 密 度

過 渡 區 性 質 的 強 化 當 攪 拌 機 可 轉 速 調 節 時, 宜 採 用 先 拌 砂 漿 法 該 作 法 攪 拌 40s 的 混 凝 土 強 度 比 傳 統 攪 拌 40s 50s 68s 時 分 別 提 高 24% 16% 4%, 且 攪 拌 速 度 可 根 據 負 荷 變 化 調 節 當 設 備 採 用 複 式 攪 拌 機 時, 宜 採 用 水 泥 裹 石 法, 該 技 術 攪 拌 50s 的 混 凝 土 強 度 比 傳 統 攪 拌 50s 68s 時 分 別 提 高 16.8% 和 4.4%, 且 由 於 上 下 兩 台 攪 拌 機 可 同 時 攪 拌, 部 分 攪 拌 時 間 的 重 疊 使 攪 拌 週 期 縮 短, 效 率 提 高 當 臥 式 攪 拌 機 為 機 械 傳 動 時, 宜 用 單 速 兩 次 投 料 攪 拌 該 技 術 攪 拌 30s 的 混 凝 土 強 度 比 雙 速 二 次 攪 拌 40s 和 傳 統 攪 拌 40s 時 分 別 提 高 4.4% 29.6%, 且 設 備 結 構 簡 單 二 次 攪 拌 製 程 的 混 凝 土 介 面 過 渡 區 的 粘 結 強 度 得 到 了 改 善 過 渡 區 性 質 的 強 化 水 泥 / 砂 水 1 水 泥 水 砂 水 水 泥 水 1 砂 / 石 水 1 t 1 石 水 2 t 2 t 1 t 2 骨 材 混 凝 土 混 凝 土 t 1 t 2 石 水 泥 水 2 t 1 t 2 砂 石 水 2 t 1 t 2 水 泥 水 2 t 3 t 3 t 3 混 凝 土 混 凝 土 混 凝 土

要 求 拌 合 機 拌 合 參 數 實 際 生 產 的 案 例 水 泥 爐 石 飛 灰 矽 灰 粗 骨 材 細 骨 材 用 水 量 強 塑 劑 膨 脹 劑 測 試 編 號 (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 12K-20 400 200 50 851 692 165 14.3 20 12K-15 400 200 50 851 692 165 14.3 15 12K-10 400 200 50 851 692 165 14.3 10 12K-5 400 200 50 851 692 165 14.3 5 12K-0 400 200 50 851 692 165 14.3 10k-20 400 170 50 851 720 165 13.6 20 10k-0 400 170 50 851 720 165 13.6 8k-20 350 140 70 838 777 165 8.96 20 8k-0 350 140 70 838 777 165 8.96

1. 拌 合 時 間 220~240 秒 ( 較 一 般 SCC 長 60 秒 ) 2. 穩 定 安 培 值 為 34 安 培 ( 較 一 般 SCC 高 2A) 3. 每 小 時 可 供 應 混 凝 土 量 24m3 ( 較 一 般 SCC 低 約 10m3) 4. 量 產 無 虞 與 一 般 SCC 生 產 的 差 異 組 別 時 間 混 凝 土 流 度 空 氣 含 量 U 型 充 填 V 漏 斗 時 間 溫 度 ( ) (cm) (%) (cm) (sec) 1 08:51 25 65 2.6 33.5 15 2 11:19 27 65 2.5 33.5 16.8 3 13:04 28 60.5 2.1 33 18.4 4 14:41 28.5 64.5 2.4 33.5 16.2 5 15:58 28 66 2.6 33.5 17.7 6 17:13 26 65 2.7 33 14.4 骨 材 性 質 要 求

骨 材 強 度 與 混 凝 土 抗 壓 強 度 關 係 圖 100MPa 的 單 壓 強 度 為 骨 材 性 能 下 限 資 料 來 源 :A. Kilic, C.D. Atus, A. Teymen, O.Karahan, F.Ozacn,C.Bilim,M.Ozdemir, The influence of aggregate type on the strength concrete,cement and Concrete Research,P290-296,2008. 硬 質 砂 岩 的 性 能 可 以 合 乎 需 求

砂 石 供 應 來 源 13 寧 德 市 福 州 市 福 清 市 台 北 港 基 隆 港 XXX 砂 石 佔 混 凝 土 體 積 約 70%, 為 強 度 及 體 積 穩 定 性 之 關 鍵 材 料, 提 供 穩 定 高 品 質 之 砂 石 為 高 強 度 混 凝 土 成 功 關 鍵 大 安 溪 宜 蘭 縣 花 蓮 港 料 源 管 制 - 骨 材 洛 杉 磯 磨 損 率 與 骨 材 單 壓 強 度 關 係 14 資 料 來 源 :A. Kilic, C.D. Atus, A. Teymen, O.Karahan, F.Ozacn,C.Bilim,M.Ozdemir, The influence of aggregate type on the strength concrete,cement and Concrete Research,P290-296,2008.

料 源 管 制 - 以 化 性 確 認 來 源 生 產 管 理 - 要 求 獨 立 料 艙

砂 石 品 質 分 析 使 用 噴 霧 設 備, 保 持 含 水 量 穩 定 砂 石 分 倉 儲 存 生 產 管 理 - 要 求 獨 立 料 艙 南 山 廣 場 案 例 - 鋼 柱 內 填 充 無 收 縮 自 充 填 混 凝 土

巨 柱 泵 送 逆 打 : 需 具 有 似 SCC 的 工 作 度 巨 柱 內 混 凝 土 塑 性 沈 降 問 題 : - 限 制 沈 降 量 與 泌 水 率 1. 參 考 JASS-5T-503:2009, 混 凝 土 塑 性 沈 陷 量 測 方 法 進 行 2. 置 於 大 氣 環 境, 量 測 至 24 小 時 止 3. 泌 水 率 以 CNS1235 方 式 為 之

巨 柱 內 混 凝 土 自 體 收 縮 問 題 : - 添 加 膨 脹 劑 1. 參 考 ASTM C341 方 法 2. 包 封, 阻 止 水 分 交 換, 並 置 於 標 準 溫 度 環 境 3. 七 天 齡 期 前, 每 日 量 測 ; 七 天 齡 期 後, 每 週 量 測 逆 打 速 率 與 充 填 率 : 限 制 逆 打 速 率

柱 內 灌 漿 混 凝 土 的 性 質 : 配 比 性 能 柱 內 灌 漿 混 凝 土 的 性 質 : 使 用 原 物 料

柱 內 灌 漿 混 凝 土 的 性 質 : 廠 試 拌 驗 證 業 柱 內 灌 漿 混 凝 土 的 性 質 : 施 工 前 抽 驗

柱 內 灌 漿 混 凝 土 的 性 質 : 施 工 中 管 制 從 原 料 到 施 工 : 原 料 料 源 粗 粒 料 進 廠 管 制 生 產 管 制 施 工 管 制 水 泥 產 地 配 比 設 計 廠 試 拌 每 50m3 進 行 坍 流 度 試 驗 矽 灰 專 用 料 倉 供 料 前 一 天 ( 駐 廠 ) 每 50m3 進 行 B50 坍 流 時 間 無 收 縮 添 加 劑 設 置 監 控 錄 影 機 1. 取 樣 作 化 性 每 100m3 製 作 強 度 試 體 化 學 摻 料 水 粒 料 分 批 進 場, 分 批 檢 驗 1. S.S.D 比 重 2. 吸 水 率 3. 洛 杉 磯 磨 損 率 4. 硫 酸 鈉 健 度 試 驗 5. 扁 平 細 長 扁 平 率 6. 篩 分 析 粒 料 使 用 量 控 管 紀 錄 2. 留 樣 作 物 性 每 天 製 作 一 組 體 積 膨 脹 試 體 供 料 當 天 ( 駐 廠 ) 進 場 時 間 不 能 超 過 1 小 時 1. 每 車 次 進 行 坍 流 度 試 驗 柱 內 灌 漿 上 升 速 度 0.5m/min 以 下 2. 每 車 次 B50 坍 流 時 間 3. 塑 性 沈 降 量 量 測 <1mm 4. 每 100m3 製 作 膨 脹 率 試 體

結 論 : 1. 混 凝 土 材 料 是 量 身 定 做 的 2. 柱 內 灌 漿 混 凝 土 除 強 度 性 能 外, 塑 性 沈 降 泌 水 率 以 及 泵 送 能 力 的 漿 體 量, 是 重 要 的 指 標, 一 般 SCC 的 規 範 無 法 含 括 3. 南 山 柱 內 灌 漿 混 凝 土 規 範, 是 國 內 第 一 次 針 對 柱 內 灌 漿 需 求 所 研 擬 的 規 範, 可 供 未 來 工 程 參 考 4. 南 山 案 針 對 原 物 料 的 穩 定 性 問 題, 所 規 劃 的 留 樣 方 法, 符 合 統 計 的 意 義, 應 在 後 續 工 程 中 予 以 推 動 落 實 5. NewRC 構 造 物 所 使 用 的 混 凝 土 材 料, 也 應 特 別 量 身 定 做, 訂 定 出 符 合 需 求 的 項 目

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 NCREE,12/5, 2014 螺 紋 節 鋼 筋 在 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 之 應 用 與 握 裹 設 計 Research Fellow 林 克 強 Ker-Chun Lin kclin@ncree.narl.org.tw 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 紀 凱 甯 邱 建 國 台 灣 科 技 大 學 December 05, 2014 1 螺 紋 節 鋼 筋 與 竹 節 鋼 筋 2 螺 紋 節 鋼 筋 竹 節 鋼 筋

Contents 3 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary Contents 4 Background Geometric Pattern of Threaded Bars Demand of Bond Stress of Bar Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary

日 本 New RC 建 築 經 驗 日 本 神 奈 川 縣 New RC 建 築 Toky Yield strength of Steel bars New RC 材 料 強 度 應 用 範 圍 F y (MPa) 785 685 490 420 280 28 現 行 規 範 42 70 New RC 100 Concrete compressive strength f c (MPa)

Taiwan New RC Group 2008~ 技 術 推 動 產 業 界 潤 弘 亞 利 東 鋼 TTK 台 大 土 木 系 台 大 材 料 系 台 科 大 營 建 系 中 央 大 學 土 木 系 雲 科 大 營 建 系 成 功 大 學 土 木 系 學 術 界 科 技 部 整 合 研 究 材 料 規 格 制 定 與 推 廣 SD685 SD785 組 織 社 團 fc 70 MPa NCREE TW New RC Project / Group 台 灣 新 型 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 系 統 TCI NCREE 研 究 單 位 構 件 行 為 研 究 與 設 計 指 針 建 立

主 要 構 件 行 為 研 究 Critical Technology and Devices 超 高 強 度 鋼 筋 不 允 許 銲 接 與 製 作 標 準 彎 曲 加 工 採 用 螺 紋 節 鋼 筋 配 合 預 鑄 工 法 的 應 用 灌 漿 式 鋼 筋 續 接 套 筒 灌 漿 式 鋼 筋 端 部 錨 定 裝 置 10

Contents 11 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary ACI 318-11 and Taiwan (2011) Codes Straight Development length in tension (unit : SI) l = d A b f f y 412 MPa f c 70 MPa cb K tr 1.0 2.5 db s u d b Objectives l =0.9 Limitations for Equation d K K tr tr 40A tr sn Atr fyt 10.3sn f y 1 ' f c c b +k db tr d (ACI 318-11) (Taiwan, 2011) From 1989 b

Contents 13 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary Types of Rebar for Tests Thread Rebar Hot roll Height of rib h r Thread Rebar Milled Spacing of rib s r Plain Rebar

Parameter of Threaded Rebar Relative Rib Area R r Height of rib h r h 135 h 90 Spacing of rib s r Gap h 45 rib A R r bearing area shear area h s r r Max. h r = h 90 Avg. h r = (h 90 +h 45 +h 135 )/3 Contents 16 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary

Setup of Bonding Tests Loading Procedure Design Variables of Specimens (I) 1-D25 for 160 mm 1-D32 for 160 mm 2-D25 for 230 mm 2-D32 for 260 mm 220 mm Unbonding Zone L d region Bonding Zone Unbonding Zone c = 40 mm 300 mm s b = 3d b Design variables: 1. Bar size:d25, D32 2. Number of bars:1, 2-(3d b ) 3. L d,test / L d,dem :0.6, 0.8, 1.0 4. h r / s r : 0.126, 0.143 5. f c :70 MPa 1400 mm 62.5 mm 75 mm

Design of Specimens (I) Spec. Width (mm) d b,b d b,s (mm) (mm) f c (MPa) f y (MPa) c (mm) n b s b S s K tr (mm) (mm) (mm) D. Length Ratio L d,dem L d,test Ld,test (mm) (mm) L BE1 160 25 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 762 750 0.98 BE2 160 25 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 762 600 0.79 BE3 160 25 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 762 450 0.59 BE4 230 25 12.7 70 685 40 2 76.2 100 50.7 762 750 0.98 BE7 160 32 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 966 950 0.98 BE8 160 32 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 966 750 0.78 BE9 160 32 12.7 70 685 40 1 0 200 25.4 966 600 0.62 BE10 260 32 12.7 70 685 40 2 96.6 100 50.7 966 950 0.98 Depth : 300 mm d,dem Design Variables of Specimens (II) 160 mm c = 40 mm 1400 mm L d region Bonding Zone 450 mm 450 mm Design variables: 1. Bar size:d32, D39 2. Geometry:Thread, Plain 3. f c :70, 100 MPa 4. f yt : 280, 420, 785 MPa 5. R r = h r / s r : 0, 0.13, 0.16, 0.18

Spec. Width (mm) d b,b (mm) Depth : 450 mm Design of Specimens (II) d b,s (mm) f c (MPa) f y (MPa) f yt (MPa c b (mm) S s (mm) K tr (mm) D. Length Ratio L d,dem L d,test Ld,test (mm) (mm) L SP1 160 32 13 70 685 420 77.8 180 28.2 945 950 1.00 SP2 160 32 13 100 685 420 77.8 180 28.2 945 950 1.00 SP3 160 32 13 70 685 420 77.8 150 33.8 945 500 0.53 SP4 160 32 13 100 685 420 77.8 150 33.8 945 500 0.53 SP5 160 32 13 70 685 420 77.8 175 29.0 945 750 0.79 SP6 160 32 13 100 685 420 77.8 175 29.0 945 750 0.79 SP7 160 39 13 70 490 420 77.6 188 27.0 813 800 0.98 SP8 160 39 13 100 490 420 77.6 188 27.0 813 800 0.98 SP9 160 32 13 70 490 420 77.8 183 27.6 676 600 0.89 SP10 160 32 13 100 490 420 77.8 183 27.6 676 600 0.89 SP11 160 39 13 70 490 280 77.6 180 28.2 813 950 1.17 SP12 160 39 13 100 490 280 77.6 180 28.2 813 950 1.17 TD1 160 32 13 70 685 785 77.8 170 29.8 945 950 1.00 TD2 160 32 13 70 685 785 77.8 170 29.8 945 950 1.00 d,dem Actual R r of Rebar for All Spec. Specimen d b,b (mm) Geometric of Rebar h r (mm) s r (mm) R r BE1-BE4 25 1.44 10.0 0.143 BE7-BE10 32 Thread Rebar 1.50 11.9 0.126 SP1-SP2 32 Hot roll 1.56 11.88 0.131 SP3-SP4 32 2.21 12.06 0.183 SP5-SP6 32 Thread Rebar Milled 2.21 12.01 0.184 SP7-SP8 39 Thread Rebar Hot roll 2.37 14.8 0.160 SP9-SP10 32 Plain Rebar X X X SP11-SP12 39 TD1-TD2 32 Thread Rebar Hot roll Thread Rebar Hot roll 2.37 14.8 0.160 2.22 12.34 0.180

Contents 23 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary Actual Concrete Strength Specimen f c, Testing Day (MPa) BE1~BE3 64.3 BE4 62.7 BE7~BE9 90.9 BE10 91.8 SP1 80.4 SP2 110.6 SP3 84.8 SP4 110.7 SP5 90.7 SP6 106.2 Specimen f c, Testing Day (MPa) SP7 93.8 SP8 109.0 SP9 86.6 SP10 106.4 SP11 91.4 SP12 102.3 TD1 71.8 TD2 71.8 Only BE1-BE4 f c 70 MPa

Actual Reinforcement Strength Group Bar Size Series (I) Series (II) Relative of Area R r D25 0.143 D32 0.126 D25 0.131, 0.183 0.184 X D39 0.160 Type SD685 Hot Roll SD685 Hot Roll SD685 Hot Roll SD685 Milled SD490 Plain SD490 Hot Roll Yield f ya (MPa) Ultimate f ua (MPa) 738 932 742 966 713 928 777 971 503 698 534 701 Test Results - Strength Development Length (mm) Length. Ratio Results (kn) Spec Lda,test Lda,test Lda,test P L d,dem L da,lmt L da,unlmtt L da,test P ya P L L L Max P d,dem SP1 945 1000 923 825 0.87 0.83 0.89 578.18 560.68 0.97 SP2 945 1000 787 745 0.79 0.75 0.95 578.18 516.73 0.89 SP3 945 1007 906 310 0.33 0.31 0.34 583.06 296.44 0.51 SP4 945 1007 793 328 0.35 0.33 0.41 583.06 277.69 0.48 SP5 945 1093 951 563 0.60 0.51 0.59 632.74 442.68 0.70 SP6 945 1093 879 545 0.58 0.50 0.62 632.74 504.44 0.80 SP7 813 903 773 605 0.74 0.67 0.78 628.14 513.05 0.82 SP8 813 903 717 613 0.75 0.68 0.85 628.14 510.08 0.81 SP9 676 708 630 600 0.89 0.85 0.95 409.61 121.57 0.30 SP10 676 708 569 600 0.89 0.85 1.06 409.61 141.27 0.35 SP11 813 903 783 735 0.90 0.81 0.94 628.14 586.52 0.93 SP12 813 903 740 755 0.93 0.84 1.02 628.14 591.70 0.94 TD1 945 990 968 890 0.94 0.90 0.92 573.26 654.64 1.14 TD1 945 990 968 885 0.94 0.89 0.91 573.26 608.07 1.06 da,lmt da,unlmt Max ya

Test Results Test Results - Strength Strength No Limit for f c 70 MPa Limit for f c 70 MPa Bond Stress Bond Stress 2 4 09 '. b s dem s b b d b b t b b c s r a d f u = f d d d c K f d A f 36 3 1 2 5 6 ' ' ( ~... ) b tr ca b ca c K f d f

Material types #8-SD685 Hot Rolled #10-SD685 Hot Rolled (1) #10-SD685 Hot Rolled (2) #10-SD685 Hot Rolled (3) #10-SD685 Hot Rolled (4) #10-SD685 Milled #12-SD490 Hot Rolled #10-SD490 Plain Calculation for Bond Stress Max. Rib height (h r ) (mm) Avg. Rib height (h r ) (mm) Rib spacing (s r ) (mm) Relative rib area (R r = h r / s r ) Max. Avg. 1.65 1.44 10.02 0.165 0.143 1.67 1.50 11.88 0.141 0.126 1.54 1.56 11.88 0.129 0.132 2.35 2.21 12.06 0.194 0.183 2.49 2.22 12.34 0.202 0.180 2.27 2.21 12.01 0.189 0.184 2.46 2.37 14.8 0.166 0.160 X X X X X (C b +K tr ) /d b Top Side 3.64 4.22 2.94 3.29 3.36 3.43 3.36 3.43 3.34 3.41 3.36 3.43 2.72 2.78 3.27 3.35 f ca (MPa) u test (MPa) u dem (MPa) R eff (u test /u dem ) 64.3 6.24 5.56 1.12 64.3 6.98 5.56 1.25 64.3 6.58 5.56 1.18 62.7 6.26 5.50 1.14 90.9 5.96 6.62 0.90 90.9 6.15 6.62 0.93 90.9 5.92 6.62 0.89 91.8 6.45 6.65 0.97 80.4 6.72 6.22 1.08 110.6 6.86 7.30 0.94 84.8 9.45 6.39 1.48 110.7 8.38 7.30 1.15 71.8 7.27 5.88 1.24 71.8 6.79 5.88 1.15 90.7 7.78 6.61 1.18 106.2 9.15 7.15 1.28 93.8 6.98 6.72 1.04 109 6.85 7.25 0.95 91.4 6.56 6.63 0.99 102.3 6.45 7.02 0.92 86.6 2.00 6.46 0.31 106.4 2.33 7.16 0.33 Bond Stress u test u test /u dem Ab fs u dem = d b d 2 d ' cb K tr b f fca s 4 db ( 1~ 2. 5) 09. fs db 36. 3. 6 db ' cb K tr fc a db f ' ca

Contents 31 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary Test Results Splitting (I) Specimen Splitting (n b = 1) Top cover Side cover Top cover Side cover BE1 BE3 3.64 4.22 BE7 BE9 2.94 3.29 BE1 BE3 BE7 BE9 c b K d b tr 3.65 is a upper bound for splitting

Test Results Splitting (I) Specimen (n b = 2) Top cover Side cover Bar spacing Splitting Top Side BE4 4.64 4.63 4.03 BE10 3.73 3.65 3.58 BE4 BE10 c b K d b tr 3.65 is a upper bound for splitting Test Results Splitting (II) Splitting Specimen Top cover Side cover Top cover Side cover SP1 SP6 3.36 3.43 SP7 SP8 SP11 SP12 2.72 2.78 SP1 SP6 SP7 SP8, SP11 SP12 cb K db tr 3.65 is a upper bound for splitting

Test Results Splitting (II) Splitting Specimen Top cover Side cover Top cover Side cover TD1 TD2 3.34 3.41 TD1 TD2 c b K d b tr 3.65 is a upper bound for splitting Proposed Bond Model of Threaded Rebar within HRC Development length in tension following ACI 318 code (unit : SI) l =0.9 d f y 1 ' f c c b+k db tr d b Limitations for Bond Equation f y 685 MPa f yt 412 MPa f c 100 MPa hr Rr s r 0.18 cb K tr 1.0 2.5 db K tr Atr fyt 10.3sn

Contents 37 Background Objectives Geometric Pattern of Threaded Bars Experimental Program Strength Results Splitting Results Summary Summary (I) 試 驗 結 果 顯 示, 本 研 究 所 採 用 螺 紋 節 鋼 筋, 當 採 用 規 範 建 議 之 握 裹 模 型, 且 混 凝 土 強 度 受 70MPa 上 限 限 制 時, 均 能 發 揮 模 型 之 預 期 握 裹 性 能 l =0.9 d f y 1 ' f c c b+k db tr d 螺 紋 節 鋼 筋 之 表 面 相 對 節 面 積 平 均 R r 值 為 0.18 者, 在 應 用 規 範 建 議 之 握 裹 模 型 時, 可 不 受 混 凝 土 強 度 70MPa 上 限 之 限 制 b ' fc ' fc 70 MPa 70 MPa

Summary (II) 本 研 究 建 議 鋼 筋 拉 力 直 線 發 展 長 度 公 式 為 l =0.9 d f y 1 ' f c c b+k db tr d 但 是 否 能 不 受 混 凝 土 強 度 上 限 100 MPa 之 限 制, 為 未 來 研 究 方 向 上 述 模 型 建 立 在 螺 紋 節 鋼 筋 R r 值 為 0.18 以 上 之 基 礎 b f f ' c y 100 MPa 685 MPa Summary (II) (II) 4. 形 狀 尺 度 質 量 及 許 可 差 4.5 鋼 筋 之 節, 其 高 度 最 小 值 及 最 大 值 依 表 2 之 規 定 為 確 保 鋼 筋 在 混 凝 土 之 握 裹 強 度, 竹 節 鋼 筋 稱 號 D22 以 上, 其 節 之 高 度 平 均 值 不 得 小 於 其 節 距 平 均 值 之 10%; 螺 紋 節 鋼 筋 稱 號 D22 以 上, 其 節 之 高 度 平 均 值 不 得 小 於 其 節 距 平 均 值 之 18%

Summary (III) 試 驗 結 果 顯 示, 螺 紋 節 鋼 筋 之 相 對 節 面 積 R r 值 愈 大, 其 鋼 筋 所 能 提 供 之 握 裹 應 力 越 大 鋼 筋 實 際 握 裹 應 力 與 比 之 比 值, 約 與 R r 值 成 正 c b+k 試 驗 結 果 顯 示, 發 生 劈 裂 破 壞 之 db 約 為 3.65 ' f c tr 最 大 值 42 Thank you for your attentions

高 強 度 鋼 筋 續 接 器 及 錨 定 頭 之 性 能 規 範 主 講 人 : 李 宏 仁 副 教 授 1 一. 規 範 背 景 與 目 的 簡 報 大 綱 二. 鋼 筋 機 械 式 續 接 及 錨 定 工 法 介 紹 三. 續 接 器 續 接 性 能 規 範 及 測 試 四. 錨 定 頭 規 範 及 測 試 五. 結 語 2

背 景 2014 前 三 季 161 資 料 來 源 : 內 政 部 營 建 署 3 日 本 New RC 建 築 技 術 發 展 800 700 600 New RC Bar yield strength 500 400 300 200 100 0 RC 0 30 60 90 120 150 Concrete strength f ' c ( MPa) 4

參 考 日 本 超 高 層 建 築 發 展 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 預 鑄 工 法 5 鋼 筋 組 立 工 法 之 改 良 比 較 工 法 混 凝 土 / 模 板 鋼 筋 續 接 傳 統 現 場 組 立 現 場 一 體 澆 置 搭 接 螺 紋 式 續 接 預 組 工 法 現 場 一 體 澆 置 搭 接 螺 紋 式 續 接 最 經 濟 預 鑄 工 法 工 廠 預 鑄 構 件 現 場 澆 置 接 合 部 套 管 式 續 接 螺 紋 式 續 接 材 料 中 低 高 經 濟 快 速 品 質 人 力 多 中 少 工 期 慢 中 快 TOTAL COST DOWN!! 總 成 本 降 低 6

續 接 器 用 螺 紋 鋼 筋 簡 稱 螺 紋 節 鋼 筋 德 國 發 明 日 本 改 良 引 進 台 灣 Germany Japan 7 Prefabricated steel cages (on or off site) - 在 建 築 現 場 或 是 工 廠 內 先 將 鋼 筋 籠 組 合 - 以 機 具 協 助 組 立 節 省 施 工 時 間 - 現 場 組 模 支 撐 澆 置 混 凝 土 預 組 工 法 柱 範 例 ( 東 京 鉄 鋼 提 供 ) 預 組 工 法 - 柱

Prefabricated steel cages (on or off site) - 在 建 築 現 場 或 是 工 廠 內 先 將 鋼 筋 籠 組 合 - 以 機 具 協 助 組 立 節 省 施 工 時 間 - 現 場 組 模 支 撐 澆 置 混 凝 土 預 組 工 法 梁 範 例 ( 東 京 鉄 鋼 提 供 ) 預 組 工 法 - 梁 Precast Construction Method 預 鑄 工 法 專 為 預 鑄 工 法 設 計 之 續 接 套 管, 置 於 預 鑄 柱 構 件 內, 現 場 組 裝 時 注 射 特 製 砂 漿 續 接 快 速 高 品 質 建 築 範 例 預 鑄 工 法 柱 範 例 ( 東 京 鉄 鋼 提 供 )

Precast Construction Method 預 鑄 工 法 專 為 預 鑄 工 法 設 計 之 續 接 套 管, 現 場 對 接 梁 主 筋 時 注 射 特 製 砂 漿 完 成 續 接 現 場 只 澆 置 接 合 部 混 凝 土 ( 及 部 分 樓 板 ) 半 乾 式 工 法 快 速 高 品 質 預 鑄 建 工 築 法 範 梁 例 範 例 ( 東 京 鉄 鋼 提 供 ) 建 築 範 例 1 預 鑄 樑 到 接 合 處 2 續 接 器 接 合 3 螺 栓 固 定 4 砂 漿 注 鋼 筋 規 格 及 續 接 器 錨 定 頭 規 範 Grade #6 D19 #7 D22 #8 D25 #9 D29 #10 D32 #11 D36 #12 D39 #14 D43 TCI 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 - SD 550 685 785 685 550 中 華 民 國 國 家 標 準 CNS 560 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 CNS 560 490 420 12 土 木 401-86 附 錄 乙 & 12

各 等 級 鋼 筋 應 力 - 應 變 曲 線 之 比 較 1200 1000 TTK SD 785---D13 Stress (N/mm 2 ) 800 TH SD 685---D36 TTK USD 685---D32 600 TH SD 490---D25 400 TH SD 420---D25 1200 200 TTK SD 785---D13 1000 0 0 0.01 TH SD 685---D36 0.02 0.03 0.04800 0.05 TTK USD 685---D32 Strain TH SD 490---D25 600 TH SD 420---D25 Stress (N/mm 2 ) 400 200 0 14 0 01 02 03 04

一. 規 範 背 景 與 目 的 簡 報 大 綱 二. 鋼 筋 機 械 式 續 接 及 錨 定 工 法 介 紹 三. 續 接 器 續 接 性 能 規 範 及 測 試 四. 錨 定 頭 規 範 及 測 試 五. 結 語 15 機 械 式 續 接 - 鋼 筋 經 過 加 工 具 有 螺 紋 接 頭 鋼 筋 車 牙 摩 擦 銲 接 二 件 式 摩 擦 銲 接 三 件 式 摩 擦 銲 接 四 件 式 資 料 來 源 : 蘭 州 詮 新 工 程 http://www.cens.com/cens/html/zh/supplier/supplier_home_26668.html 16

機 械 式 錨 定 - 鋼 筋 經 過 加 工 具 有 螺 紋 接 頭 摩 擦 銲 接 螺 紋 接 合 錨 定 頭 ( 嘉 山 鋼 鐵 ) 摩 擦 銲 接 螺 紋 接 合 錨 定 頭 ( 蘭 州 / 詮 新 工 程 ) 17 機 械 式 錨 定 - 非 螺 紋 式 零 滑 動 摩 擦 壓 接 錨 定 頭 鋼 筋 (friction-welded headed bar) 鍛 造 錨 定 頭 鋼 筋 (forged headed bar) (HRC USA) 18

材 料 進 場 取 樣? 已 組 裝 試 體 照 片 : 新 北 市 江 翠 國 小 忠 孝 樓 新 建 工 程 19 工 地 抽 驗? 取 樣? 工 地 組 立 試 體! 扭 力 試 驗 : 鋼 筋 經 車 牙 滾 牙 或 摩 擦 銲 接 具 有 螺 牙 之 接 頭, 應 依 製 造 商 建 議 之 扭 力 值 在 工 地 現 場 鎖 緊, 在 箍 筋 及 繫 筋 未 綁 紮 固 定 之 前, 由 監 造 人 員 以 扭 力 板 手 抽 驗 其 扭 力 值 應 大 於 製 造 商 之 建 議 值, 抽 驗 數 量 不 得 低 於 該 批 產 品 數 量 之 15%, 不 合 格 部 份 須 鎖 緊 至 扭 力 值 之 外, 另 再 加 倍 抽 驗 直 到 合 格 為 止 工 地 組 立 試 體 : 施 工 過 程 中, 在 工 地 自 已 組 立 之 鋼 筋 籠 切 下 之 續 接 器 接 合 試 體 每 滿 200~300 個 取 樣 1 個 照 片 : 新 北 市 江 翠 國 小 忠 孝 樓 新 建 工 程 20

鋼 筋 綁 紮 完 成 才 抽 驗 不 正 確 21 機 械 式 續 接 - 鋼 筋 本 身 具 有 螺 紋 節 續 接 簡 易 快 速 降 低 施 工 成 本! 熱 軋 成 型 不 須 再 加 工 螺 紋 任 何 切 點 皆 可 接 續 錨 定 可 對 應 各 種 施 工 型 式, 施 工 簡 易 錨 定 器 ACE JOINT 螺 紋 鋼 筋 砂 漿 填 充 續 接 器 22

TTK Grout 600 無 機 填 充 材 配 比 :W/G ~ 36-40% 5 kg 包 裝 填 充 材 + 1900±100 cc 的 水 水 泥 砂 漿 拌 合 程 序 與 流 度 試 驗 於 附 件 鐵 桶 內 加 入 1900cc±100cc 的 清 水 再 加 入 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 粉 末, 使 用 攪 拌 機 拌 合 3 分 鐘 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 流 度 須 在 120mm~200mm 之 間 拌 合 完 成 後 可 利 用 鐵 蓋 施 作 流 度 試 驗 24

圓 柱 試 體 製 作 與 注 射 準 備 確 實 將 氣 泡 釋 出, 再 以 塑 膠 袋 封 模 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 圓 柱 試 體 製 作 分 兩 層, 每 層 搗 實 25 下 可 利 用 細 鐵 絲 夾 於 管 壁, 以 利 塞 上 蓋 子 時 排 氣 之 後, 將 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 倒 入 廠 商 所 附 之 注 射 器 管 中 25 注 射 水 泥 砂 漿 於 鋼 筋 續 接 器 注 射 器 管 前 端 可 旋 下 利 用 其 尖 端 將 管 內 保 護 膜 刺 破, 再 將 其 組 合 回 去 注 射 前 先 將 其 前 端 空 氣 排 出 使 用 注 射 器 將 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 注 入 續 接 器 中 至 兩 旁 螺 絲 滿 漿 流 出 即 可 26

東 京 鉄 鋼 之 砂 漿 試 體 抗 壓 試 驗 結 果 第 1 天 拆 模 60 N/mm 2 第 2 天 起 水 養 生 圓 柱 試 體 7 天 齡 期 強 度 須 大 於 60 N/mm 2 27 填 充 材 圓 柱 試 體 抗 壓 試 驗 結 果 齡 期 ( 天 ) 抗 壓 強 度 (N/mm 2 ) 平 均 (N/mm 2 ) 67.3 1 69.9 72.8 90.9 70.0 7 87.2 83.8 73.2 大 於 60 N/mm 2 OK! 86.6 28 95.8 92.8 95.8 養 護 溫 度 恆 溫 為 20 度 28

TTK 製 品 - 螺 紋 節 鋼 筋 續 接 器 ( 預 組 預 鑄 用 ) 螺 紋 鋼 筋 砂 漿 填 充 續 接 器 螺 紋 鋼 筋 樹 脂 填 充 續 接 器 ACE JOINT EPOCH JOINT SD390 ~ SD685 螺 紋 鋼 筋 砂 漿 填 充 續 接 器 FREE JOINT SD390 ~ SD685 續 接 簡 易 可 以 同 一 斷 面 續 接 鋼 筋 未 加 工 無 銲 道 施 工 不 受 天 候 影 響 施 工 容 易 單 人 操 作 手 工 具 不 需 要 機 具 SD390 ~ SD590 TTK 製 品 - 砂 漿 填 充 式 續 接 器 ( 預 鑄 用 ) TOPSJOINT BOLTOPS 特 點 可 與 各 種 變 型 鋼 筋 接 續 減 少 接 續 部 分 的 重 疊 鋼 筋 傾 斜 方 式 也 可 以 接 續 TTK 特 製 砂 漿 品 質 穩 定 TOPSJOINT 預 鑄 用 套 管 續 接 器 內 部 的 凹 凸 設 計, 可 接 續 不 同 的 變 型 鋼 筋, 注 入 材 為 無 收 縮 性 TTK 特 製 砂 漿, 簡 易 接 續 施 工 BOLTOPS 螺 栓 固 定 砂 漿 填 充 續 接 器 允 許 誤 差 40mm, 可 以 簡 單 接 續 各 種 變 型 鋼 筋

TOPS JOINT 在 預 鑄 柱 之 應 用 2015/2/4 31 BOLTOPS 在 預 鑄 梁 之 應 用 預 鑄 柱 + 預 鑄 梁 下 半 部 及 接 頭 BOLTOPS 套 管 續 接 避 開 梁 塑 鉸 區 32

工 地 抽 驗? 取 樣? 工 地 組 立 試 體! 預 鑄 或 鋼 筋 預 組 工 法 之 工 地 組 立 試 體 應 採 用 同 批 材 料 依 相 同 程 序 於 工 地 現 場 同 時 組 立 試 體 ACE JOINT 試 體 ( 水 平 or 直 立 式 注 射 ) TOPS JOINT 試 體 ( 直 立 式 壓 力 灌 漿 ) 33 TTK 製 品 - 高 強 度 無 收 縮 水 泥 砂 漿 for TOPS JOINT and BOLTOPS Grout 拌 合 水 / 水 泥 (kg / kg) 坍 流 度 (mm) 7 日 養 護 抗 壓 強 度 (N/mm 2 ) TTK 水 泥 砂 漿 H 2.8 / 25 220 260 120 以 上 TTK 水 泥 砂 漿 150 2.8 / 25 220 260 150 以 上 34

TOPS JOINT 試 體 TTK 實 驗 室 測 試 件 固 定 架 YunTech 工 廠 測 試 件 固 定 架 鋼 管 施 工 架 組 搭 續 接 套 管 實 際 施 工 容 許 偏 心 但 是 試 體 兩 段 母 材 鋼 筋 若 未 對 準 造 成 軸 線 不 重 合 misalignment 可 能 影 響 試 驗 結 果 時 應 視 為 無 效 試 體 35 TOPS JOINT 續 接 套 管 之 壓 力 灌 漿 36

一. 規 範 背 景 與 目 的 簡 報 大 綱 二. 鋼 筋 機 械 式 續 接 及 錨 定 工 法 介 紹 三. 續 接 器 續 接 性 能 規 範 及 測 試 四. 錨 定 頭 規 範 及 測 試 五. 結 語 37 http://www.concrete.org.tw/3931838913/tci tci hs001 38

鋼 筋 續 接 器 性 能 等 級 日 本 等 級 續 接 性 能 評 估 基 準 試 驗 項 目 SA 級 強 度 變 形 延 展 性 及 韌 性 等 性 能 與 母 4 項 材 鋼 筋 相 近 ( 標 準 較 高 ) A 級 強 度 及 變 形 與 母 材 鋼 筋 相 近, 其 他 性 能 較 母 材 鋼 筋 為 劣 B 級 強 度 與 母 材 鋼 筋 相 近, 其 他 性 能 較 母 材 2 項 鋼 筋 為 劣 C 級 所 有 性 能 較 母 材 鋼 筋 為 劣 1 項 39 4 項 ( 標 準 較 低 ) 我 國 現 行 續 接 性 能 評 估 基 準 試 驗 項 目 SA 級 強 度 變 形 延 展 性 及 韌 性 等 性 能 與 母 3 項 材 鋼 筋 相 近 B 級 強 度 及 變 形 與 母 材 相 近, 其 他 性 能 較 母 材 鋼 筋 為 劣 2 項 續 接 性 能 強 度 續 接 器 性 能 分 級 與 使 用 條 件 變 形 能 力 TCI 伸 長 率 韌 性 鋼 筋 可 能 降 伏 區 ACI 分 類 SA 級 無 條 件 使 用 第 二 類 SA 級 構 件 試 驗 有 條 件 使 用 第 二 類 B 級 禁 止 第 一 類 表 示 性 能 與 母 材 鋼 筋 相 近 Type 1: 抗 拉 強 度 1.25f y Type 2: 抗 拉 強 度 1.25f y &f u 雖 然 美 國 日 本 以 及 我 國 相 關 規 範, 皆 准 許 第 二 類 機 械 式 續 接 可 以 使 用 於 構 材 可 能 的 降 伏 區, 但 前 提 是 續 接 器 施 工 品 質 要 受 到 有 效 的 監 督 和 查 驗 本 規 範 參 考 日 本 規 範 訂 定 SA 級 續 接 允 許 使 用 於 任 何 位 置, 並 沒 有 錯 置 之 規 定 B 級 續 接 則 不 允 許 使 用 於 鋼 筋 可 能 降 伏 區 域 40

高 強 度 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 規 範 第 一 章 通 則 1.1 適 用 範 圍 1.2 用 語 釋 義 1.3 符 號 說 明 第 二 章 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 評 估 基 準 2.1 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 等 級 與 評 估 項 目 2.2 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 試 驗 項 目 2.3 試 驗 試 體 2.4 母 材 鋼 筋 拉 力 試 驗 2.5 強 度 滑 動 量 和 伸 長 率 之 合 格 基 準 2.6 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 試 驗 方 法 2.7 鋼 筋 續 接 器 檢 驗 參 考 文 獻 41 第 一 章 通 則 本 規 範 適 用 於 鋼 筋 種 類 SD 550W 及 SD 685 所 規 定 鋼 筋 續 接 依 照 設 計 圖 說 所 規 定 之 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 等 級, 選 用 合 適 之 續 接 器 型 式 續 接 器 與 續 接 器 或 續 接 器 與 鋼 筋 之 淨 距, 不 得 小 於 混 凝 土 粗 粒 料 標 稱 最 大 粒 徑 之 1.33 倍, 且 提 供 續 接 施 工 所 需 之 空 間 耐 震 構 架 內 之 構 材, 其 縱 向 鋼 筋 採 用 鋼 筋 續 接 器 續 接 時,B 級 鋼 筋 續 接 器 續 接 不 得 使 用 於 梁 柱 接 頭 面 或 地 震 時 鋼 筋 可 能 降 伏 處 起 算 兩 倍 構 材 深 度 範 圍 內 SA 級 鋼 筋 續 接 器 續 接 則 准 許 使 用 於 任 何 位 置 SA B Beam yielding Beam yielding Joint 42

2.2 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 試 驗 項 目 續 接 性 能 拉 力 試 驗 續 接 器 接 合 試 體 彈 性 重 複 載 重 試 驗 彈 性 反 復 載 重 試 驗 塑 性 反 復 載 重 試 驗 母 材 鋼 筋 拉 力 試 驗 SA 級 B 級 軸 力 P 0.95 P y 第 30 週 次 拉 力 試 驗 Tensile test s <0.3 mm 30c 0.02P y 伸 長 量 彈 性 重 複 Elastic repeated loading 彈 性 反 復 Elastic cyclic loading 塑 性 反 復 Plastic cyclic loading 43 2.3 試 驗 試 體 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 試 驗 所 用 之 試 體, 必 須 依 據 實 際 使 用 之 材 料 與 施 工 方 法 製 作 所 有 試 體 須 使 用 性 質 相 近 之 同 一 批 次 鋼 筋, 稱 之 為 母 材 鋼 筋 母 材 鋼 筋 拉 力 試 驗 之 試 體 為 被 續 接 之 鋼 筋 ; 其 餘 試 驗 項 目 之 接 合 試 體, 係 以 鋼 筋 續 接 器 續 接 兩 段 母 材 鋼 筋 各 試 驗 項 目 之 試 體 數 量 須 能 代 表 該 型 續 接 器 實 際 續 接 之 平 均 性 能, 且 至 少 3 個 試 體 為 一 組, 取 其 平 均 值 評 估 試 體 強 度 時, 取 3 次 試 驗 值 之 中 最 小 值 為 其 強 度 評 估 滑 動 量 及 伸 長 率 時, 取 3 次 試 驗 值 之 平 均 值 接 合 試 體 在 進 行 載 重 試 驗 前 不 得 預 拉 進 行 試 驗 時 應 先 預 拉 至 標 稱 零 載 重 將 伸 長 計 讀 數 歸 零 後 再 開 始 加 載, 標 稱 零 載 重 不 得 超 過 4 N/mm 2 乘 以 鋼 筋 之 標 稱 斷 面 積 44

2.6 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 試 驗 方 法 接 合 試 體 之 軸 向 變 形 量 測 精 確 度 至 少 須 符 合 CNS 13723 金 屬 材 料 拉 伸 試 驗 用 伸 長 計 標 準 等 級 2 之 規 定 軸 向 變 形 量 之 檢 測 長 度 為 自 續 接 器 兩 端 向 外 各 加 1 倍 至 3 倍 鋼 筋 標 稱 直 徑 為 原 則 若 檢 測 長 度 小 於 50 cm, 則 在 無 受 壓 挫 曲 之 疑 慮 時 最 大 可 取 50 cm, 亦 可 用 其 他 適 當 的 替 代 方 法 直 接 量 測 續 接 器 與 鋼 筋 之 滑 動 量 試 驗 裝 置 應 避 免 試 體 受 到 軸 壓 力 而 挫 曲 如 發 生 試 體 挫 曲 之 現 象, 該 試 驗 視 為 無 效 而 非 試 體 不 合 格 L 2 L 2 L 1 L 3 L 1 L 3 夾 具 鋼 筋 續 接 器 伸 長 計 L 1 = 1~3d b L 2 = 4~6d b L 3 = 3d b 伸 長 率 : 試 驗 前 使 用 適 當 之 衝 子 或 劃 線 針 於 續 接 器 兩 側 之 鋼 筋 上 分 別 標 示 兩 個 標 記 點, 標 記 點 距 離 以 3 倍 至 5 倍 鋼 筋 標 稱 直 徑 為 原 則, 於 拉 力 試 驗 破 壞 後 分 別 量 測 標 記 點 之 間 長 度 變 化 量, 求 得 兩 側 鋼 筋 實 際 伸 長 率, 取 較 大 者 45 韌 性 指 標 之 比 較 韌 性 指 標 L g A B Z Z 夾 具 鋼 筋 續 接 器 伸 長 計 d b 2d b 2d b d b 夾 具 續 接 器 d b 2d b 2d b d b 優 缺 點 接 合 試 體 之 母 材 鋼 筋 直 徑 收 縮 率 (R) 鋼 筋 拔 出, 則 兩 段 鋼 筋 R 皆 需 量 測 取 大, 量 測 繁 瑣 破 斷 位 置 落 於 R 量 測 點 時, 人 為 量 測 誤 差 大 鋼 筋 拔 出 時, 量 測 得 到 R 遠 不 及 規 範 要 求, 另 一 形 式 要 求 必 須 為 母 材 破 斷 接 合 試 體 之 母 材 鋼 筋 伸 長 率 實 驗 室 易 於 執 行 兩 側 母 材 鋼 筋 伸 長 率 取 大 值, 適 用 於 各 種 破 壞 模 式 及 異 徑 及 異 等 級 續 接 量 測 完 滑 動 量, 即 可 拆 掉 伸 長 計, 降 低 試 驗 風 險 及 費 用 46

2.5 強 度 滑 動 量 和 伸 長 率 之 合 格 基 準 軸 力 P 0.95 P y 第 30 週 次 0.02 P y s < 0.3 mm 30c 伸 長 量 47 軸 力 塑 性 反 復 載 重 測 試 滑 動 量 計 算 公 式 取 載 重 在 鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 下 限 值 50% 拉 力 至 25% 壓 力 之 間, 由 拉 至 壓 及 由 壓 至 拉 之 相 對 軸 向 變 形 量 扣 除 接 該 試 體 彈 性 變 形 後 取 平 均 值 為 當 次 滑 動 量 彈 性 變 形 以 試 體 加 載 至 鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 下 限 值 之 70% 之 割 線 彈 性 模 數 計 算 0.5f y 滑 動 量 0.25f y 滑 動 量 SA 級 續 接 器 --- 第 4 週 次 第 8 週 次 試 驗 例 48

2.7 鋼 筋 續 接 器 檢 驗 鋼 筋 續 接 器 施 工 前 應 先 按 本 章 規 定 執 行 一 組 續 接 性 能 試 驗 判 定 為 SA 級 或 B 級 鋼 筋 續 接 器 施 工 期 間 之 量 產 試 驗 數 量 及 頻 率 可 由 買 賣 雙 方 約 定 之 或 按 表 2.7.1 規 定 辦 理 取 樣 送 驗 結 果 不 符 合 規 定, 加 倍 取 樣 複 驗 至 合 格, 否 則 拒 收 表 2.7.1 鋼 筋 續 接 器 施 工 現 場 取 樣 之 參 考 頻 率 續 接 器 數 量 接 合 試 體 拉 力 試 驗 每 200 個 取 樣 1 個 已 組 裝 試 體 以 及 1 個 工 地 組 立 試 體, 第 一 階 段 -2000 個 以 內 且 至 少 須 各 取 樣 3 個 第 二 階 段 - 第 2001 個 起 每 300 個 取 樣 1 個 已 組 裝 試 體 以 及 1 個 工 地 組 立 試 體 若 取 樣 試 驗 結 果 有 複 驗 或 拒 收 情 形 發 生, 取 樣 頻 率 應 回 到 第 一 階 段 已 組 裝 試 體 : 在 工 地 自 已 完 成 加 工 之 鋼 筋 及 續 接 器 中 抽 樣, 並 在 工 地 依 標 準 程 序 完 成 組 裝 之 試 體 工 地 組 立 試 體 : 在 工 地 自 已 組 立 之 鋼 筋 籠 切 下 之 續 接 器 接 合 試 體 預 鑄 或 鋼 筋 預 組 工 法 之 工 地 組 立 試 體 應 採 用 同 批 材 料 依 相 同 程 序 於 工 地 現 場 同 時 組 立 固 定 註 : 預 鑄 或 鋼 筋 預 組 工 法 之 工 地 組 立 試 體 應 採 用 同 批 材 料 依 相 同 程 序 於 工 地 現 場 同 時 組 立 試 體 49 SD685 鋼 筋 續 接 器 性 能 測 試 50

SD685 鋼 筋 續 接 器 性 能 測 試 (2013) Tensile test Elastoplastic cyclic loading test TS 1.25f y & f u 20ε y ductility or 4% elongation 51 Slip 0.3 mm Slip 0.3 0.3 0.9 mm 51 Grade Couplers and Sleeves Nov Dec Jan Feb Mar ACE JOINT SD685 D25 EPOCH JOINT TOPS JOINT X 51 Grade, Size SD685-D25 母 材 鋼 筋 拉 伸 試 驗 Yield Strength (N/mm 2 ) Tensile Strength (N/mm 2 ) Elongation (%) TS/YS 達 降 伏 強 度 上 限 之 應 變 Criteria 685~785 860 10 1.25 0.014 SD685,D25 703 907 16 1.29 0.022 SD685,D25 (Retest) 1050 713 932 15 1.31 0.0216 Stress (N/mm 2 ) 900 750 600 450 300 E=223,369 N/mm 2 E=196,481 N/mm 2 150 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Strain SD685 D25 Tensile tests 52

參 考 規 範 :TCI 高 強 度 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 規 範 + 日 本 繼 手 指 針 SA-Coupler Criteria Tensile Strength f u & 1.25f y Elongation 6% ACE JOINT 685 ( 螺 紋 鋼 筋 砂 漿 填 充 續 接 器 ) EPOCH JOINT 685 ( 螺 紋 鋼 筋 樹 脂 填 充 續 接 器 ) 抗 拉 強 度 及 伸 長 率 符 合 SA 級 要 求 53 SD685 續 接 器 滑 動 量 (Slip) SA-Coupler Criteria ACE JOINT 685 ( 螺 紋 鋼 筋 砂 漿 填 充 續 接 器 ) Tensile test Elastoplastic cyclic loading test (δ s ) 0.9fy 0.3 mm (δ s ) 20c 0.3 mm (δ s ) 24c 0.3 mm (δ s ) 28c 0.9 mm EPOCH JOINT 685 ( 螺 紋 鋼 筋 樹 脂 填 充 續 接 器 ) 54

ACE JOINT 試 驗 前 後 EPOCH JOINT 試 驗 前 後 55 SD685 鋼 筋 續 接 器 性 能 測 試 (2013) Tensile test Elastoplastic cyclic loading test TS 1.25f y & f u 20ε y ductility or 4% elongation 56 Slip 0.3 mm Slip 0.3 0.3 0.9 mm 56 Grade Couplers and Sleeves Nov Dec Jan Feb Mar SD685 D25 ACE JOINT EPOCH JOINT TOPS JOINT X 56

參 考 規 範 :TCI 高 強 度 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 規 範 + 日 本 繼 手 指 針 SA-Coupler Criteria Tensile Strength f u & 1.25f y Elongation 6% TOPS JOINT 685 ( 預 鑄 用 套 管 式 續 接 器 ) N/A TOPS JOINT 685 Retest ( 預 鑄 用 套 管 式 續 接 器 ) N/A Tensile Strengths > f u =860 MPa & 1.25f y Bar pullout failure 57 SD685 續 接 器 滑 動 量 (Slip) SA-Coupler Criteria TOPS JOINT 685 ( 預 鑄 用 套 管 式 續 接 器 ) Tensile test Elastoplastic cyclic loading test (δ s ) 0.9 0.3 mm (δ s ) 20c 0.3 mm (δ s ) 24c 0.3 mm (δ s ) 28c 0.9 mm TOPS JOINT 685 Retest ( 預 鑄 用 套 管 式 續 接 器 ) 58

TOPS JOINT 試 驗 前 後 TOPS JOINT (Retest) 試 驗 前 後 59 SD685 鋼 筋 續 接 器 性 能 測 試 結 果 (2013~2014) Grade Couplers and Sleeves Nov Dec Jan Feb Mar Apr 判 定 ACE JOINT SA SD685 D25 EPOCH JOINT SA TOPS JOINT X A~SA 強 度 及 滑 動 量 符 合 SA 級 規 定 且 經 構 件 試 驗 證 明 其 韌 性 符 合 耐 震 性 能 要 求, 亦 可 視 為 SA 級 續 接 器, 或 稱 之 為 有 條 件 的 SA 級, 仍 可 考 慮 使 用 於 塑 鉸 區 60

或 經 構 件 試 驗 證 明 其 韌 性 符 合 要 求 鋼 筋 續 接 器 接 合 試 體 之 強 度 及 滑 動 量 符 合 表 2.5.1 中 SA 級 規 定 且 經 構 件 試 驗 證 明 其 韌 性 符 合 耐 震 性 能 要 求, 亦 可 視 為 SA 級 續 接 器 ( 台 科 大 歐 昱 辰 教 授 提 供 ) 61 梁 下 層 筋 以 不 同 型 式 續 接 錨 定 之 預 鑄 梁 柱 接 頭 耐 震 性 能 - 李 宏 仁 等 (2012) 62

梁 下 層 筋 以 不 同 型 式 續 接 錨 定 之 預 鑄 梁 柱 接 頭 耐 震 性 能 - 李 宏 仁 等 (2012) 63 梁 下 層 筋 以 不 同 型 式 續 接 錨 定 之 預 鑄 梁 柱 接 頭 耐 震 性 能 - 李 宏 仁 等 (2012) 64

梁 下 層 筋 以 不 同 型 式 續 接 錨 定 之 預 鑄 梁 柱 接 頭 耐 震 性 能 - 李 宏 仁 等 (2012) 65 彈 性 模 數 續 接 器 ACE JOINT 226,076 216,844 0.96 EPOCH JOINT 226,076 224,174 0.99 TOPS JOINT 226,076 284,505 1.26 TOPS JOINT 212,084 297,543 1.40 66

一. 規 範 背 景 與 目 的 簡 報 大 綱 二. 鋼 筋 機 械 式 續 接 及 錨 定 工 法 介 紹 三. 續 接 器 續 接 性 能 規 範 及 測 試 四. 錨 定 頭 規 範 及 測 試 五. 結 語 67 鋼 筋 錨 定 頭 材 料 和 製 造 錨 定 頭 與 母 材 鋼 筋 之 續 接 : 摩 擦 銲 接 之 母 材 鋼 筋 須 符 合 CNS 560 標 準 之 SD280W 或 SD420W 鋼 筋, 其 它 鋼 筋 不 宜 銲 接, 除 非 供 應 商 經 買 方 同 意 能 提 出 相 關 試 驗 證 明 鋼 筋 銲 接 後 性 能 符 合 要 求 錨 定 頭 之 淨 承 壓 面 積 不 得 少 於 鋼 筋 標 稱 剖 面 積 之 4 倍 錨 定 頭 之 淨 承 壓 面 積 應 由 垂 直 鋼 筋 軸 向 之 投 影 面 積 構 成, 鋼 筋 因 摩 擦 銲 接 造 成 之 表 面 隆 起 之 障 礙 投 影 面 積, 應 予 以 扣 除 鋼 筋 表 面 之 節 因 摩 擦 銲 接 而 隆 起 之 不 平 整 範 圍, 距 離 承 壓 面 不 得 超 過 2 倍 鋼 筋 標 稱 直 徑, 直 徑 亦 不 得 大 於 1.5 倍 鋼 筋 直 徑 1.5d b d b 2d b 68

具 錨 定 頭 鋼 筋 之 檢 驗 (1/2) 拉 伸 試 驗 每 滿 [300][ ] 個 取 樣 [1 個 ], 但 各 號 數 錨 定 頭 鋼 筋 至 少 取 樣 [3 個 ][ ] 其 抗 拉 強 度 至 少 應 達 到 鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 下 限 值 之 1.25 倍 或 鋼 筋 抗 拉 強 度 規 定 值 伸 長 率 應 達 到 母 材 鋼 筋 伸 長 率 規 定 值 以 上 800 Stress (N/mm 2 ) 600 400 200 D25-1 D25-2 D25-3 0 D25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Strain 具 錨 定 頭 鋼 筋 之 檢 驗 (2/2) 滑 動 量 試 驗 以 螺 紋 接 合 之 錨 定 頭 鋼 筋 於 執 行 拉 伸 試 驗 時 應 同 時 量 測 接 合 部 之 殘 留 滑 動 量 無 滑 動 量 疑 慮 之 銲 接 或 鍛 造 的 錨 定 頭 得 省 略 滑 動 量 試 驗 1000 800 Stress (N/mm 2 ) 600 400 200 0 685 USD685A D25 0.04 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Strain

Test setup at NCREE Load frame Specimen Hinge support Hinge support Roller support Load cell Load ram at back support 71 Confined Specimens (typ.) Separate tested ends Separate tested ends 45º 5db clear spacing 2db clear spacing 72

Effect of bar spacing 2 db clear spacing 5 db clear spacing This comparison is true between confined specimens Specimens f c (psi) Peak load (kips ) Stress (fs) ksi Bar (As) area failure mode 3 #8C 7k 7073 326.0 137.5 2.37 Tie Yielding 2 #10C 7k 7189 301.9 122.7 2.46 Tie Yielding 73 Effect of bar spacing 2db clear spacing 5 db clear spacing 2 #10C 7k Failed at higher load 326kips ( As 2.37 in²) Failed at lower loads 301.9 kips (As 2.46 in²) 74

Heads with or without grouting Failed at 155.8 kips Failure more of a pullout type, at ½ the load capacity of similar specimen 75 一. 規 範 背 景 與 目 的 簡 報 大 綱 二. 鋼 筋 機 械 式 續 接 及 錨 定 工 法 介 紹 三. 續 接 器 續 接 性 能 規 範 及 測 試 四. 錨 定 頭 規 範 及 測 試 五. 結 語 76

新 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 技 術 委 員 會 報 告 主 任 委 員 : 黃 世 建 國 立 台 灣 大 學 土 木 工 程 系 教 授 執 行 幹 事 : 李 宏 仁 國 立 雲 林 科 技 大 學 營 建 系 副 教 授 執 行 幹 事 : 林 克 強 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 研 究 員 2015/2/4 97 年, 台 大 引 進 日 本 東 京 鐵 鋼 高 強 度 鋼 筋 樣 品 少 量 鋼 筋 母 材 試 驗, SA 級 續 接 器 試 驗, 錨 定 頭 試 驗, 梁 柱 接 頭 構 件 試 驗 97-101 年,TCI 兩 年 期 計 畫 與 經 濟 部 一 年 期 科 專 計 畫 早 先 參 考 日 本 鋼 筋 規 格 及 規 範, 建 議 前 述 三 項 材 料 規 格 及 規 範 草 案 98 年 7 月 15 日 10 月 30 日 召 開 二 次 專 家 座 談 會 蒐 集 意 見 修 訂 部 分 內 容 98-99 年 間 台 灣 鋼 廠 小 爐 試 軋 生 產 鋼 筋 SD685/785 鋼 筋 NCREE 執 行 鋼 筋 母 材 試 驗, 續 接 器 試 驗, 錨 定 頭 試 驗, 構 件 試 驗.. 100-101 年, 台 灣 鋼 廠 改 造 生 產 線 到 大 量 生 產 並 不 順 利 缺 少 量 產 品 測 試 經 驗, 部 分 項 目 如 鋼 筋 之 韌 性 續 接 器 性 能 等 仍 有 疑 慮 前 述 三 項 材 料 規 格 及 規 範 草 案 暫 停 保 留 2 年 未 提 交 委 員 會 審 查 102-103 年 執 行 國 科 會 整 合 型 計 畫 及 日 本 東 京 鐵 鋼 委 託 國 震 中 心 執 行 之 量 產 品 及 構 件 測 試 累 積 足 夠 之 實 驗 數 據, 釐 清 諸 多 疑 慮, 更 新 前 述 三 項 材 料 規 格 及 規 範 草 案 103 年 提 交 高 強 度 鋼 筋 及 其 附 件 之 規 範 草 案, 交 由 本 學 會 之 技 術 委 員 會 與 規 範 委 員 會 審 議 通 過, 公 開 參 考 使 用 78

審 議 委 員 會 之 組 成 由 本 學 會 之 技 術 委 員 會 與 規 範 委 員 會 共 同 審 議 職 稱 姓 名 職 稱 姓 名 技 術 委 員 會 規 範 委 員 會 李 釗 主 任 委 員 主 任 委 員 黃 世 建 技 術 委 員 會 規 範 委 員 會 侯 琮 欽 委 員 委 員 趙 文 成 技 術 委 員 會 委 員 干 裕 成 委 員 蔡 益 超 委 員 陳 正 誠 委 員 宋 裕 祺 委 員 陳 國 隆 委 員 陳 奕 信 委 員 王 炤 烈 委 員 夏 沛 禹 委 員 吳 子 良 委 員 何 長 慶 79 審 查 會 議 與 書 面 審 查 第 一 次 審 查 會 議 : 於 6/10, 假 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 舉 行 第 二 次 審 查 會 議 : 於 6/30, 假 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 舉 行 第 三 次 審 查 會 議 : 於 7/22, 假 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 舉 行 第 四 次 審 查 會 議 : 於 8/13, 假 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 舉 行 第 一 次 書 面 審 查 : 審 查 期 間 為 8/18 至 9/1 第 二 次 書 面 審 查 : 審 查 期 間 為 9/9 至 9/23 80

高 強 度 鋼 筋 及 其 配 件 規 範 之 出 版 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 SD550W SD685 SD785 高 強 度 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 規 範 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 錨 定 頭 規 範 審 查 已 於 9 月 底 完 成, 並 已 在 學 會 網 站 公 告, 相 關 規 範 已 可 供 外 界 下 載 81 簡 報 結 束 感 謝 聆 聽 陳 智 軒 82

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 設 計 研 討 會 2014.12.05 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 構 架 接 頭 之 耐 震 設 計 建 議 李 宏 仁 Associate Professor at YunTech, Taiwan Member of Joint ASCE-ACI Committee 352, Joints and Connections in Monolithic Concrete Structures & Task Group for High-strength materials in beam-column connections Acknowledgements 國 科 會 補 助 台 灣 新 型 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 研 發 子 計 畫 : 梁 柱 接 頭 耐 震 性 能 研 究 及 資 料 庫 建 構 Database construction 357 test data published in Japan, US, NZ, and Taiwan Unified database for normal-strength and high-strength RC Beam-column joints without trans. beams/slabs, eccentricity Column bar f y versus f c TW 7% NZ 5% KO 1% US 12% New RC JP 75% RC

Geometry of test data Beam-to-column width ratios h b b b Joint aspect ratios bc hc Test Data classified by failure modes Failure mode Interior Exterior Beam flexure failure 32 38 (B failure) Joint shear failure occur with beam yielding 107 75 (BJ failure) Joint shear failure occur without beam yielding 37 32 (J failure) Anchorage failure of beam bar in the joint 26 10 (BJa failure) Total 202 155

Q Failure modes and ductility Joint shear capacity Q Joint shear capacity Q n 3 Q 4 n B Q m C Qf Beam flexure capacity D Q u 3 4 Q n Q n B Q m CQ f D Q u Beam flexure capacity A 3 4 n n f B Q n u θ A 3 4 n n B-failure BJ-failure J-failure B Q n f u θ J Q n B Q n Definitely well B Q n Okay with ductility J Q n Not acceptable Outline Frame Mechanism Avoid Story Mechanism Hinge Development Capacity design Joint shear demand Joint Shear Design Joint shear strength Joint transverse reinforcement Development Length Requirements for Joints Concluding remarks

Frame Mechanisms strong column weak beam (a) Story Mechanism (b) Intermediate Mechanism (c) Beam Mechanism Avoid story mechanism Avoid joint failure Inadequate confinement Required Column Moment Strength M top nc M bot nc 6 M 5 nb M nb M R 1.2 top M nc top M nc M nb M nb M nb M nb bot M n c Sway Right bot M n c Sway Left Figures courtesy of Jack P. Moehle

Moment Strength Ratio Int. Joints, for M R >2, B-failures for most of interior joints Ext. Joints, there is no conclusive result for M R G. L. Beam mechanism Ductility Ductility Outline Frame Mechanism Avoid Story Mechanism Hinge Development Capacity design Joint shear demand Joint Shear Design Joint shear strength Joint transverse reinforcement Development Length Requirements for Joints Concluding remarks

Special Moment-Resisting Frames - Probable Moment Capacity - V col For seismic design, beam yielding defines demands w l c M pr M pr Beam M pr V p V p l nb V p V col Figures courtesy of Jack P. Moehle M pr Beam Section Joint shear demands Typical = 1.25 for SD420 For SD685, =? T s1 = A s f y V b1 V col C 2 = T s2 V b2 C 1 = T s2 (b) internal stress resultants acting on joint V col V col T s2 = A s f y T s1 C2 (a) moments, shears, axial loads acting on joint Figures courtesy of Jack P. Moehle V u =V j = Ts1 + C 1 - V col (c) joint shear

Laboratory Specimen under Cyclic Deformation Loading Axial Load 6 m + 3.2 m + Laboratory testing

Outline Frame Mechanism Avoid Story Mechanism Hinge Development Capacity design Joint shear demand Joint Shear Design Joint shear strength Joint transverse reinforcement Development Length Requirements for Joints Concluding remarks V V n n γ Shear strength for confined joints γ 12 f b h c c j c f b h j ( f in psi) c c or ( f in MPa) values for special frame joints c = 20 = 15 Joint effective area b c x 2 x b j b x b j b h b 2 x 0.5 1 h (ACI 318) h c b b 4 x 1 x 1 = 12 (Proposed) b h c 2 h c 2 h 4 c j, pro bb min, xi b c

Joint Shear Strength Ductility Trends Experimental joint shear force, normalized to effective joint area and in MPa There is no J failures below the -value of 15 for interior joints, but quite a few below the -value of 12 for exterior joints. (To be evaluated later) ' f c =15 =12 Ductility Ductility bc Aj bb hc Change of Effective Joint Depth =15 =12 Ductility Ductility

A c g sh 0. 3sbc f 1 yt A 0. 09 ch A Confinement of trans. reinforcement sh, ratio f A A A sh, provided sh, required sb Ash ratio is a key influence parameter (Kim and LaFave) Because the confining stress developed by transverse reinforcement depends on its stress-strain relations and configurations, a modified Ash ratio is used in this paper by taken a maximum yield strength of 800 MPa for transverse reinforcement. f yt min( f yt, 800) MPa c f c f yt 19 Confinement Requirements Confinement reinforcement in the direction of loading may be reduced by 50% for the joints confined two opposite faces. Ash is adequate for exterior joints without transverse beams. =15 =12 Modified Ash ratio dt( h) 0.75h c Modified Ash ratio

Seismic Testing for Interior Beam-Column Joints 16-D32 Int. Joints tested in 2012 2013 4-D32 + 12-D25 16-D25 16-D25 C19 B24 6 m A24 A24T M R =1.4 3.2 m Joint 600 600 600 Beam 500 50 75 425 50 f c :100 MPa D13:SD 785 D25:SD 685 D32:SD 685

Story Shear, Q (kn) Q Test parameters Beam flexural capacity J-type BJ-type BJ-type C19 B24 A24T A24 Joint shear capacity =21 h c / d b =19 A sh,ratio =0.9 =18 h c / d b =24 A sh,ratio =0.9 C19 B24 A24T =15 h c / d b =24 A sh,ratio =0.4 =15 h c / d b =24 A sh,ratio =0.9 A24 1500 1200 J-type 1 2 3 μ Q n 1251kN 1.0 900 600 0.5 300 W W +Q E 0 0.0 - Q +Q -300 - Q E -600-0.5-900 -1200-1251kN -1.0 μ 3 2 1-1500 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 Story Drift (%) Q Drift (kn) (%) Yield 1021 2.33 1.00 Max. 1056 2.98 1.28 Failure 845 6.48 2.78 - W - Q Q E W +Q E +Q Q (kn) Drift (%) Yield 918 2.35 1.00 Max. 938 3.81 1.62 Failure 750 6.87 2.92 Story Shear, Q (kn) Q/Qn

結 論 與 建 議 接 頭 剪 力 強 度 之 衰 減 曲 線 是 可 以 預 測 的 測 試 結 果 顯 示 現 行 ACI 規 範 之 構 架 接 頭 剪 力 計 算 強 度 公 式 沿 用 至 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 構 架 接 頭 仍 可 以 控 制 梁 在 2% 層 間 變 位 產 生 塑 鉸 而 接 頭 破 壞 在 4%-6% 層 間 變 位 A24 A24T Story Shear, Q (kn) Joint Shear Deformation, j (rad)

ACI 規 範 雙 向 雙 向 1.0 A sh 0.5 A sh 本 研 究 建 議 Y X 接 頭 兩 對 面 接 梁, 接 頭 有 效 寬 度 內 之 繫 筋 量 可 以 減 少, 但 接 頭 箍 筋 維 持 與 柱 端 相 同 之 箍 筋 間 距 不 放 寬! X Y 向 要 求 之 Ash 不 同 垂 直 未 圍 束 面 才 要 求 1.0 Ash 27 Seismic Testing for Exterior Beam-Column Joints 28

Benchmark specimen Beam 10-D25 600 400 50 500 50 Unit:mm Joint 16-D25 D13@125 500 500 D25:SD685 D13:SD785 f c:70 MPa Benchmark A5 29 Design Concept Q Story Shear, Q (kn) (%) Joint shear capacity C3 C5 B3 B5 A5 Beam flexure capacity Story Drift (%) C5 =17.4 J-Failure A sh,ratio =1.00 B5 =13.4 BJ-Failure A5 C3 =17.4 BJ-Failure A sh,ratio =1.67 =9.5 BJ-Failure B3 =13.4 BJ-Failure A sh,ratio =1.00 A sh,ratio =1.67 A sh,ratio =1.00 30

Connection Parameters A5 B5 B3 C5 C3 D13@125m D13@125m D13@75mm D13@125m D13@75mm m 70 (70) MPa m 70 (64) MPa 70 (69) MPa m 70 (70) MPa 70 (71) MPa 2.13 1.61 1.61 1.31 1.31 M R (2.05) (1.53) (1.55) (1.27) (1.27) 9.45 13.39 13.39 17.38 17.38 (10.21) (14.38) (14.00) (15.50) (16.65) 1.00 1.00 1.67 1.00 1.67 1.20 1.32 2.05 1.20 1.99 BJ-Failure BJ-Failure BJ-Failure J-Failure BJ-Failure 31 Test results (1/5) A5 B5 B3 C5 C3 D13@125m D13@125m D13@75mm D13@125m D13@75mm m 70 (70) MPa m 70 (64) MPa 70 (69) MPa m 70 (70) MPa 70 (71) MPa 2.13 1.61 1.61 1.31 1.31 M R (2.05) (1.53) (1.55) (1.27) (1.27) 9.45 13.39 13.39 17.38 17.38 P Drift (10.21) (14.38) (14.00) (15.50) μ (kn) (%) (16.65) 1.00 1.00 1.67 Yield 1.00 348 1.73 1.00 1.67 1.20 1.32 2.05 Max. 1.20 386 4.00 2.31 1.99 BJ-Failure BJ-Failure BJ-Failure Failure 309 6.18 3.57 J-Failure BJ-Failure 32

Strain Gages A5 33 Maximum value of f yt 800 MPa permitted for computing the amount of A sh 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 No. of Drift Gages 3% beyond 箍 筋 降 伏 Yield 數 量 Strain (3% Drift) A5 B5 C5 B3 C3 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Drift 4% 箍 筋 降 伏 數 量 No. of Gages beyond Yield Strain (4% Drift) A5 B5 C5 B3 C3 A5 B5 C5 B3 C3 Average stress (MPa) 3% Drift 590 711 706 610 564 636 4% Drift 677 789 843 707 759 755 34

試 體 值 討 論 Envelope Curve =17.38 =13.39 =9.45 35 試 體 值 討 論 Envelope Curve =13.39 =13.39 36

試 體 值 討 論 Envelope Curve =17.38 =17.38 37 接 頭 剪 力 裂 縫 (1/2) A5 Drift -4% N B5 Drift -4% N 55 52 50 B3 Drift -4% N N N N 38

接 頭 剪 力 裂 縫 (2/2) 227 227 215 215 227 227 A5 Drift ±4% N B5 Drift ±4% N B3 Drift ±4% N N N N 500 500 500 39 Joint Shear Strength-Ductility Trends Experimental joint shear force, normalized to effective joint area and in MPa There is no J failures below the -value of 15 for interior joints, but quite a few below the -value of 12 for exterior joints. (To be evaluated later) ' f c =15 =12 Ductility Ductility bc Aj bb hc

Change of Effective Joint Depth Obviously improved, but =15 =12 Ductility Ductility Outline Frame Mechanism Avoid Story Mechanism Hinge Development Capacity design Joint shear demand Joint Shear Design Joint shear strength Joint transverse reinforcement Development Length Requirements for Joints Concluding remarks

dh Hooked and Headed Bars Anchorage Development length for a bar with a standard 90-degree hook f ydb f ydb ( f c in psi) or 0.185 65 f f c c (ACI 318-14, 18.8.5.1) ( f in MPa) c Development length for headed deformed bars (ACI 318-14, 25.4.4) dt f ydb f ydb 0.016 ( f c in psi) or 0.192 ( f c in MPa) f f c and value of f c shall not exceed 6000 psi 10,000 psi? Bar f y shall not exceed 60,000 psi 100,000 psi? Net bearing area of head A brg shall be at least 4A b Clear cover for bar shall be at least 2d b Clear spacing between bars shall be at least 4d b 2d b c Evaluation of Anchorage Requirements Anchorage failures (BJa) fall in 3 rd quadrant The development requirements are proper for headed bars and hooked bars Headed bars Hooked bars =12 =12 Required dt 0.192 f y d f b ' c Required dh 0.185 f y d f b ' c

Anchorage Length 16.3d b 2d b 2d b Column Beam f d 685d y b b dt required, 5.2 f c 5.2 70 15.8d b A brg =5.5A b f y =685 MPa f c =70 MPa (ACI 318-14, 25.4.4.2) 45 dt, provided dt, required 1.04 2 d b Clear spacin g Strain Profiles of Beam Bars 46

Outline Frame Mechanism Avoid Story Mechanism Hinge Development Capacity design Joint shear demand Joint Shear Design Joint shear strength Joint transverse reinforcement Development Length Requirements for Joints Concluding remarks V n γ Concluding remarks f b h c j j ( f in psi) or γ Vn f cbjhj ( f c in MPa) 12 -values for special frame joints = 20 c - effective joint depth l dt Joint effective area x b j b x b j b h b 2 x h (ACI 318) = 15 = 12 48

ACI 規 範 雙 向 雙 向 1.0 A sh 0.5 A sh 本 研 究 建 議 Y X 接 頭 兩 對 面 接 梁, 接 頭 有 效 寬 度 內 之 繫 筋 量 可 以 減 少, 但 接 頭 箍 筋 維 持 與 柱 端 相 同 之 箍 筋 間 距 不 放 寬! X Y 向 要 求 之 Ash 不 同 垂 直 未 圍 束 面 才 要 求 1.0 Ash 49 Concluding remarks - Headed bars A brg =5.5A b f y =685 MPa 2d b bar spacing f c =70 MPa ACI 318-14 18.8.5.2 For headed deformed bars satisfying 20.2.1.6, development in tension shall be in accordance with 25.4.4, except clear spacing between bars shall be permitted to be at least 3d b or greater. dt f ydb f ydb 0.016 ( f c in psi) or 0.192 ( f c in MPa) f f c and value of f c shall not exceed 14,000 psi 100 MPa Bar f y shall not exceed 100,000 psi 690 MPa Clear spacing between bars shall be at least 2d b c

Concluding remarks - Transverse reinf. Grade SD 785 SD 685 Specified yield strength 785 MPa (114 ksi) 685 MPa (100 ksi) Key Design Parameters te f c Moment strength ratio Joint shear strength Confinement M R Anchorage of beam reinforcement Y X V n 1.2 f b h ' c A sh, provided Ash, required dt for headed bars Maximum value permitted for design calculations Bar f y 100,000 psi [690 MPa] Bar f yt 116,000 psi [800 MPa] Concrete f c 14,000 psi [100 MPa] j c

Effective confining ratio-tbd V n γ f b h c j j ( f in psi) γ Vn f cbjhj ( f c in MPa) 12 -values for special frame joints = 20 c = 15 = 12 or 20 1.33 15 15 1.25 12 53 Further study To develop a deformation based model of the degradation of the joint shear strength. In 2014 2015, we plan to test 8 beam column slab connections made with HS reinforcement and concrete. 2012 2013 2014 2015 4 4 5 4 4

試 體 統 計 Failure mode Int.S Ext.S Int. Ext. SUM B 破 壞 11 10 1 2 24 BJ 破 壞 7 4 0 4 15 BJa 破 壞 3 1 1 0 5 J 破 壞 0 0 0 1 1 CY 破 壞 0 2 0 0 2 SUM 21 17 2 7 47 CY 破 壞 : 柱 產 生 塑 鉸 破 壞, 非 本 研 究 主 要 破 壞 模 式 55 資 料 庫 數 據 範 圍 New RC New RC 柱 主 筋 降 伏 強 度 RC 柱 梁 主 筋 降 伏 強 度 RC 梁 56

接 頭 剪 應 力 m v.s. 韌 度 韌 度 57 內 部 接 頭 接 頭 箍 筋 量 可 以 減 半, 外 部 接 頭 則 待 確 認 1 2 接 頭 箍 筋 量 f yt min( f yt, 800) MPa 58

Thanks for your attentions 姚 天 佑 王 孔 君 小 梁 哥 陳 安 志 莊 勝 智 張 又 仁 張 家 榮 陳 惠 雅

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 柱 之 耐 震 圍 束 設 計 黃 世 建 國 家 地 震 中 心 副 主 任 國 立 臺 灣 大 學 土 木 工 程 系 教 授 Dec. 5, 2014 簡 報 大 綱 前 言 設 計 公 式 實 驗 規 劃 測 試 結 果 預 鑄 應 用 結 論 2

前 言 3 臺 灣 高 樓 層 建 築 發 展 2.7 m 1.2 m 2.2 < 高 深 比 < 3 柱 尺 寸 過 大 使 用 高 強 度 材 料 縮 減 尺 寸 4

高 樓 層 建 築 之 底 層 柱 G. L. 底 層 柱 承 受 極 大 之 軸 力 變 形 能 力 降 低 耐 震 圍 束 效 果? 5 變 形 能 力 之 合 格 標 準 0.8V max 時 之 層 間 位 移 比 設 計 地 震 ( 回 歸 期 為 475 年 ) 最 大 考 量 地 震 ( 回 歸 期 為 2500 年 ) 2% 3% 6

設 計 公 式 7 現 行 設 計 公 式 橫 箍 柱 (ACI 318-11 土 木 401-100) A sb sh c f c 009. f yt max f A c g 03. 1 fyt Ach 保 護 層 剝 落 其 中 f yt 700MPa 8

修 正 設 計 公 式 橫 箍 柱 (ACI 318-14) f c 009. f yt A sh f A c g max 0. 3 1 sbc f yt Ach f A c 0.2kkk f n p f yt A g ch 當 或 P > 0.3A f g c f c > 70MPa 其 中 f yt 700MPa 9 混 凝 土 強 度 參 數 k f Ash f A c 0.2k f kk n p sb f A k f c yt ch f c 0.6 1.0 175 g 混 凝 土 強 度 圍 束 箍 筋 量 10

彎 鉤 有 效 性 參 數 k n A sb k n 0.2k knk f A sh c g f p c f yt Ach nl n -2 l n l 為 受 耐 震 彎 鉤 圍 束 之 主 筋 數 量 主 筋 必 須 使 用 耐 震 彎 鉤 加 以 圍 束 n l k n 4 2.0 8 1.33 16 1.14 11 軸 力 參 數 k p A sb k p 0.2kkk f A sh c g f n p c f yt Ach P A f g c 承 受 軸 力 A sh / sbc 0.02 0.016 0.012 0.008 0.004 P > 0.3A g f c 圍 束 箍 筋 量 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 P / A g f' c 12

圍 束 箍 筋 量 之 差 異 A sh / sb c 0.02 0.016 0.012 0.008 0.004 ACI 318-11 ACI 318-14 箍 筋 量 隨 軸 力 變 化 而 調 整 無 論 軸 力 大 小, 箍 筋 量 維 持 不 變 壓 力 控 制 下 矩 形 柱 設 計 軸 力 0.65 0.8P o = 0.52P o Study Case: 1.59% 0.99% A A sh sh / sb / sb f = 70 MPa f f c y yt = 685 MPa = 785 MPa c, ACI 318-14 c, ACI 318-11 = 1.61 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 P / A g f' c 13 圍 束 箍 筋 配 置 之 差 異 P = 0.45 > 0.3 A g f c Study Case: (600 600mm) ACI 318-11 ACI 318-14 普 通 強 度 f = 30 MPa f c yt = 420 MPa D13@100mm A sb sh c = 0.73% D13@120mm A sb sh c = 1.02% +40% 高 強 度 f = 70 MPa f c yt = 785 MPa D16@100mm A sb sh c = 1.14% D16@120mm A sb sh c = 1.59% +40% 14

PEER 資 料 庫 ( 橫 箍 柱 ) 保 守 3% NG 不 滿 足 規 範 OK 不 保 守 1 滿 足 規 範 不 滿 足 ACI 318 滿 足 ACI 318 P / A f < 0.2 g c 0.2 P / A f < 0.4 0.4 P / A f g g c c P / A f < 0.2 g c 0.2 P / A f < 0.4 0.4 P / A f g g c c ACI 318-11 Q2 Q1 10 9 ACI 318-14 Q2 Q1 8 Drift Ratio, % 7 6 5 4 3 2 Q3 A sh, Test / A sh, ACI 318-11 Q4 1 0 Q3 Q4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 A sh, Test / A sh, ACI 318-14 15 實 驗 規 劃 16

柱 試 體 規 劃 符 合 柱 定 義 (H/B 3) 600 mm 作 用 剪 力 高 V mn M n = H / 2 柱 1800 mm M n B V mn H M n V mn 17 NCREE 實 驗 設 備 Multi-Axial Testing System 反 力 牆 x z y Load (tf) Disp. (m) x y z 400 200 4,000 ±1.2 ±0.1 0.15 18

實 驗 規 劃 Lateral Load Axial Load T70-1 90-180 彎 鉤 交 錯 配 置 1 2 3 4 5 6 180-180 彎 鉤 7 8 9 柱 1800 mm T70-2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 90-180 彎 鉤 20 90 彎 鉤 端 19 實 驗 規 劃 Lateral Load Axial Load T70-3 90-180 彎 鉤 非 交 錯 配 置 1 2 3 4 5 6 180-180 彎 鉤 7 8 9 柱 1800 mm T70-4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 90-180 彎 鉤 20 90 彎 鉤 端 20

試 體 參 數 T70-1 T70-2 T70-3 T70-4 斷 面 尺 寸 (mm) 600 600 彎 鉤 型 式 f c (MPa) 70 f y (MPa) 685 f yt (MPa) 785 垂 直 鋼 筋 4-D32, 8-D25 主 筋 比 2.60% 橫 向 鋼 筋 D13@90mm A sh /sb c 1.35% 21 側 力 加 載 歷 時 Axial Load P 12749 kn 0.455 A g f c Lateral Load Drift Ratio (%) 10 8.00% 8 6.00% 6 4.00% 4 2.00% 2 1.00% 0.25% 0.50% 0 0.375% 2 0.75% 1.50% 4 3.00% 6 5.00% 8 7.00% 10 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 Cycle 22

測 試 結 果 23 測 試 結 果 T70-1 0.5% 1.0% 2.0% 3.0% 24

Specimen ID 遲 滯 迴 圈 與 包 絡 線 f c (MPa) V max (kn) Drift@V max (%) 0.8V max Drift@0.8V max (%) T70-1 81.94 3122 2.72 2498 3.83 T70-2 81.94 3174 2.82 2539 3.55 4000 T70-1 T70-2 遲 滯 迴 圈 4000 T70-1 T70-2 包 絡 線 2000 2000 Load, kn 0 Load, kn 0-2000 -2000-4000 -4000-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Drift Ratio, % -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 6 Drift Ratio, % 25 Specimen ID 遲 滯 迴 圈 與 包 絡 線 f c (MPa) V max (kn) Drift@V max (%) 0.8V max Drift@0.8V max (%) T70-3 77.91 3092 2.69 2473 3.81 T70-4 77.91 3216 1.19 2573 2.78 4000 T70-3 T70-4 遲 滯 迴 圈 4000 T70-3 T70-4 包 絡 線 2000 2000 Load, kn 0 Load, kn 0-2000 -2000-4000 -4000-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Drift Ratio, % -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 6 Drift Ratio, % 26

討 論 27 紐 西 蘭 設 計 公 式 橫 箍 柱 (NZS 3101: 2006) A 1.3 m A f P sb A f A f ' sh t g c ' c 3.3 ch yt g c 0.006 其 中 f yt 800MPa 28

NCREE 歷 年 矩 形 柱 試 體 年 度 2010 2011 2013 2014 試 體 數 量 5 4 3 4 f c (MPa) 70 100 70 100 100 70 f y (MPa) 685 f yt (MPa) 785 主 筋 比 2.25% 2.25% 2.94% 2.60% 0.87% A sh /sb c ~ 1.22% P/A g f c 0.52 ~ 0.57 1.22% ~ 1.90% 0.29 ~ 0.46 2.11% 1.35% 0.36 0.42 ~ 0.46 29 橫 向 鋼 筋 f yt 放 寬 至 800 MPa P / A f 0.2 g c 0.2 P / A f 0.4 0.4 P / A f g g c c 10 f yt 700 MPa 10 f yt 800 MPa 9 9 8 8 7 7 Drift Ratio, % 6 5 4 3 Drift Ratio, % 6 5 4 3 2 2 1 1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 A sh, Test / A sh, ACI 318-14 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 A sh, Test / A sh, ACI 318-14 30

設 計 公 式 之 修 訂 ACI 318-14 f c 009. f yt A sh f A c g max 0. 3 1 sbc f yt Ach f A c 0.2kkk f n p f yt A g ch 修 訂 建 議 f c 009. f yt A sh f A c g max 0. 3 1 sbc f yt Ach f A c 0.2kkk f n p f yt A g ch 其 中 f yt 700MPa 其 中 f yt 700MPa 800MPa 31 降 低 圍 束 箍 筋 量 0.02 ACI 318-14 Modification for ACI 318-14 Study Case: 0.016 A sh / sb c 0.012 0.008 0.004 A A sh sh / sb / sb c, Modification c, ACI 318-14 = 0.89 1.30% 1.16% f = 70 MPa f f c y yt = 685 MPa = 785 MPa 700 MPa: D16@140mm, A sh /sb c = 1.36% 0 0.4A g f c 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 P / A g f' c 800 MPa: D13@100mm, A sh /sb c = 1.22% 32

等 值 矩 形 應 力 塊 計 算 撓 曲 強 度 a) Strain Distribution b) 2 nd order Parabolic Stress Distribution and Equivalent Force c) ACI Rectangular Stress Block and Equivalent Force 33 計 算 撓 曲 強 度 ITG-4.3R-07 等 值 矩 形 應 力 塊 參 數 0 1 c.70 0.85-0.0022( f -55) 0.85 0 1 c.65 0.85-0.0073( f - 28) 0.85 1.2 (f c in MPa) Alpha 1 Beta 1 主 筋 壓 力 降 伏 強 度 f y 550 MPa 1 0.8 0.6 0.4 0 25 50 75 100 125 150 f' c (MPa) 34

撓 曲 強 度 T70-1 Test f c = 81.94 MPa P = 12454 kn f c (MPa) V test (kn) V mn (kn) V test /V mn T70-1 81.94 3122 2688 1.16 T70-2 81.94 3174 2688 1.18 T70-3 77.91 3092 2592 1.19 T70-4 77.91 3216 2592 1.24 35 預 鑄 應 用 36

高 強 度 鋼 筋 預 鑄 用 套 管 式 續 接 器 37 銲 接 閉 合 型 高 強 度 箍 筋 熔 接 點 Power Ring f yt = 785 MPa 38

Axial Load 柱 試 體 測 試 0.03 ACI 318-14 0.02 A sh / sbc 0.01 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 P / A g f' c A sh A sh / sb / sb c, test c, ACI 318-14 = 1.39 標 準 配 筋 套 管 式 續 接 器 套 管 式 續 接 器 + 銲 接 閉 合 型 箍 筋 39 0. 33A f g c 測 試 結 果 TC2 V max = 2853 kn TC4 V max = 3014 kn TC6 V max = 2925 kn Drift@0.8V max = 3.6% Drift@0.8V max = 3.5% Drift@0.8V max = 3.5% 40

預 鑄 預 鑄 vs. 場 鑄 場 鑄 3000 DriftRatio(%) -8-4 0 4 8 Lateral Load (kn) 1500 0-1500 TC2 V max = 2853 kn Drift@0.8V max = 3.6% TC6 V max = 2925 kn Drift@0.8V max = 3.5% -3000-144 -72 0 72 144 Displacement (mm) TC10 V max = 2654 kn Drift@0.8V max = 2.3% 41 結 論 42

結 論 承 受 高 軸 力 作 用 下 之 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 柱, 其 變 形 能 力 符 合 需 求 彎 鉤 型 式 對 於 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 柱 之 變 形 能 力 影 響 並 不 明 顯, 但 90-180 彎 鉤 之 試 體 強 度 衰 減 速 度 較 快 橫 向 鋼 筋 f yt 放 寬 至 800 MPa, 可 降 低 圍 束 箍 筋 量 43 設 計 公 式 修 訂 建 議 橫 箍 柱 (ACI 318-14) f c 009. f yt A sh f A c g max 0. 3 1 sbc f yt Ach f A c 0.2kkk f n p f yt A g ch 當 或 P > 0.3A f g c f c 70MPa 其 中 f yt 800MPa 44

結 論 以 預 鑄 方 式 製 作 之 柱 試 體, 高 軸 力 作 用 下 之 變 形 能 力 亦 符 合 需 求, 可 改 善 傳 統 耐 震 彎 鉤 施 工 不 易 之 問 題 閉 合 型 箍 筋 耐 震 彎 鉤 45 簡 報 結 束, 感 謝 聆 聽

SHEAR DESIGN OF NEW RC COLUMNS Yu-Chen Ou Associate Professor Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations

Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations ACI 318-11 shear strength provisions Nominal shear strength V V V n c s Vc Nominal shear strength of concrete Vs Nominal shear strength of shear reinforcement

ACI 318-11 shear strength provisions Shear strength of concrete Provision Concrete compressive strength Note ACI 318-11 Chapter 11.1.2 f ' c 8.3 MPa Or f ' c 70 MPa ACI 318-11 Chapter 11.2.1.2 Simplified shear strength of concrete P u Vc 0.17 1 14 A g f bd ' c Eq (11-4) ACI 318-11 shear strength provisions Shear strength of concrete Provision Detailed shear strength of concrete Upper limit shear strength of concrete Note ACI 318-11 Chapter 11.2.2.1 ' Vd u Vc 0.16 fc 17w bd M m 4h d Mm Mu Pu 0 8 ACI 318-11 Chapter 11.2.2.2 ' 0.29P u Vc 0.29 fcbd 1 A g Eq (11-5) Eq (11-6) Eq (11-7)

ACI 318-11 shear strength provisions Shear strength of reinforcement Provision Yield strength of shear reinforcement ACI 318-11 Chapter 11.4.2 f yt f yt 420 MPa 550 MPa Note For deformed bars For welded deformed wires Minimum shear reinforcement ACI 318-11 Chapter 11.4.6.3 A v,min 0.062 f ' c bs 0.35bs f f yt yt Eq (11-13) ACI 318-11 shear strength provisions Shear strength of reinforcement Provision Shear strength of reinforcement Maximum shear strength of reinforcement Note ACI 318-11 Chapter 11.4.7.2 ACI 318-11 Chapter 11.4.7.9 V Afd v y Vs Eq (11-15) s s,max 0.66 f bd ' c

ACI 318-11 shear strength provisions Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations

Specimen Design Columns P ' ' f ' Ag f cs f c c A-1 70 92.5 A-2 100 103.2 A-3 70 96.9 A-4 100 107.1 E-1 10% 70 92.2 E-2 70 90.8 E-5 70 97.4 B-1 15% 70 108.3 B-2 18% 100 125.0 B-3 70 112.8 B-4 100 121.0 E-3 20% 70 79.0 Longitudinal Reinforcement f yls f yl l 685 (MPa) 685 (MPa) 735 (MPa) 735 (MPa) 3.62% (16 D32) 785 (MPa) 3.38% (24 D25) 3.62% (16 D32) 3.38% (24 D25) Transverse Reinforcement f yts f yt t 785 (MPa) 862 (MPa) 862 (MPa) 0.15% (3D13-450) 0.26% (3D13-260) 0.59% (4D13 150) 0.98% (4D13 90) 0.15% (3D13-450) 0.26% (3D13-260) 0.59% (4D13 150 E-4 70 101.1 C-1 70 104.1 0.15% C-2 100 138.8 685 735 3.62% 785 862 (3D13-450 30% C-3 70 104.6 (MPa) (MPa) (16 D32) (Mpa) (MPa) 0.26% C-4 100 130.0 (3D13-260) D-1 70 101.0 0.15% D-2 100 125.5 685 735 3.62% 785 862 (3D13-450 40% D-3 70 106.4 (MPa) (MPa) (16 D32) (MPa (MPa) 0.26% D-4 100 127.8 (3D13-260) Specimen Design Construction of Specimen Testing Setup

Testing Procedure 6 4 4.00% Drift Ratio (%) 2 0-2 2.00% 1.00% 0.25% 0.50% 0.375% 0.75% 1.50% -4 3.00% -6 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 Cycle Testing Setup Loading Protocol Experimental Result Column with 0.1 axial load ratio P Diagonal Cracking Ultimate Condition ' Columns ' Af f Drift Drift g c c st Vtest Vs test Vctest st Vtest Vs test Vctest (%) (%) (MPa) (kn) (kn) (kn) (MPa) (kn) (kn) (kn) A-1 92.5 0.35 19 1264 9 1255 0.57 243 1578 150 1428 A-2 103.2 0.33 6 1286 3 1283 0.53 235 1638 150 1488 A-3 96.9 0.32 16 1279 13 1266 0.75 359 1772 413 1359 A-4 10% 107.1 0.33 14 1298 10 1288 0.79 418 1781 447 1334 E-1 92.2 0.37 20 1348 15 1333 0.84 397 1817 574 1244 E-2 90.8 0.35 30 1336 55 1281 1.82 862 2480 2327 153 Significant increase in Vtest from diagonal cracking to ultimate condition. Transverse reinforcement not yielding for most of the columns (could be due to strain gauges not at critical locations)

Experimental Result Column with 0.2 axial load ratio Columns P Af ' g c ' fc Drift (%) st Diagonal Cracking Vtest Ultimate Condition (MPa) (kn) (kn) (kn) (MPa) (kn) (kn) (kn) B-1 15% 108.3 0.45 18 1862 10 1852 0.59 223 2078 165 1913 B-2 18% 125.0 0.41 20 2007 11 1996 0.50 183 2298 195 2103 B-3 112.8 0.40 16 2098 17 2081 0.54 214 2418 411 2007 B-4 121.0 20% 0.42 18 2103 14 2089 0.64 380 2528 522 2006 E-3 79.0 0.52 47 1999 70 1929 0.52 47 1999 70 1929 E-4 101.1 0.50 22 2167 70 2097 1.19 777 2856 2597 259 The difference between Vtest at diagonal cracking and that at ultimate condition reduces as the increase of axial load. Transverse reinforcement not yielding for most of the columns (could be due to strain gauges not at critical locations) Vs test Vctest Drift (%) st Vtest Vs test Vctest Experimental Result Column with 0.3 axial load ratio Diagonal Cracking Ultimate Condition P ' Columns ' f Af c Drift Drift g c st Vtest Vs test Vctest st Vtest Vs test Vctest (%) (%) (MPa) (kn) (kn) (kn) (MPa) (kn) (kn) (kn) C-1 104.1 0.42 28 2036 45 1991 0.42 28 2036 45 1991 C-2 138.8 0.60 28 2958 39 2919 0.60 28 2958 39 2919 30% C-3 104.6 0.38 28 2153 56 2097 0.70 602 2210 1140 1070 C-4 130.0 0.62 32 3018 68 2950 0.62 32 3018 68 2950 Vtest at diagonal cracking is equal to that at ultimate condition for C1, C2, and C3 (failure right after diagonal cracking ). Transverse reinforcement not yielding for the only column that does not show failure right after diagonal cracking (could be due to strain gauges not at critical locations)

Experimental Result Column with 0.4 axial load ratio Columns P ' f c Diagonal Cracking Ultimate Condition ' Af g c Drift st Vtest Vs test Vctest Drift st Vtest Vs test Vctest (%) (MPa) (kn) (kn) (kn) (%) (MPa) (kn) (kn) (kn) D-1 101.0 0.37 30 2239 46 2193 0.37 30 2239 46 2193 D-2 40% 125.5 0.46 24 2486 36 2450 0.46 24 2486 36 2450 D-3 106.4 0.45 32 2355 77 2278 0.45 32 2355 77 2278 D-4 127.8 0.44 28 2547 92 2455 0.44 28 2547 92 2455 All the column showed failure right after diagonal cracking. Meaningless to discuss stress in transverse reinforcement at the ultimate condition. Experimental Result Shear cracking angles P Af ' g c 0.1 0.2 0.3 0.4 Diagonal Crack 44 (Range: 41-52) 32 (Range: 25-41) 17 (Range: 14-19) 15 (Range: 12-16) Ultimate Condition 33 (Range: 26-39) 24 (Range: 28-20) 17 (Range: 14-19) 15 (Range: 12-16)

Conclusions from NCREE tests A term to include axial load effect in the minimum shear reinforcement to prevent failure right diagonal cracking is needed. Design stress in transverse reinforcement for shear may have to be limited to be less than the yield stress. Cracking angles are less than 45 degrees. Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations

Researcher Sakaguchi (1990) Maruta (2008) Takami (1997) Takaine (2010) Kuramoto (1992) Aoyama (2001) Shinohara (2008) Akihiko (1990) Database of New RC columns 78 shear-critical columns No Column f ' c f yl f yt P A ' a/d g f c l t % % 6 77-93 957 1360-1400 0.24-0.48 1.25 2.14 0.15-0.80 14 121-130 1030 1053-1450 0.15-0.60 1.25 3.80 0.30-1.80 6 99 999 757 0.13-0.51 1.25 3.80 0.51-1.02 4 188-205 1106 1313-1334 0.30-0.60 1.25-1.56 5.70 0.45 4 113.8 736 407-766 0.17-0.33 1.88 3.80 1.19 8 73.5 757 402-1091 0.17-0.33 1.88 3.80 0.53-1.19 5 98-122 1034 596-1425 0.10-0.28 1.50 3.17 0.38-0.78 6 114 736 406-765 0.17-0.33 1.88 3.80 0.53-1.19 Sibata (1997) 5 118 685 870 0.30 1.25-1.88 3.52 0.20-1.14 Ou 20 79-130 735 862 0.10-0.40 1.88 3.38-3.52 0.15-0.98 Database of New RC columns Ranges of design parameters of the database (78 columns) Parameter Concrete compressive strength f ' c Yield strength of long. Reinforcement f yl Range 73-205 MPa 685-1106 MPa Yield strength of long. Reinforcement f yt 402-1450 MPa Axial load ratio P A ' g fc 0.1 0.6 Aspect ratio ad 1.25-1.88 Ratio of long. Reinforcement l 2.14% - 5.70% Ratio of trans. Reinforcement 0.15% 1.80% t

Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations Evaluation of ACI shear strength Examination of ACI simplified shear strength with the database V n ACI Simplified (kips) V max Experimental (kn) 0 225 450 675 900 1125 5000 1125 Mean =1.43 COV = 0.25 4000 3000 2000 1000 Reseacher's columns Ou's columns 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 V n ACI Simplified (kn) 900 675 450 225 Vmax Experimental (kips) V test / V n ACI simplified 3 2 1 0 Researcher's columns Ou' columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') Conservative for most of the columns (73/78 conservative prediction).

Evaluation of ACI shear strength Examination of ACI detailed shear strength with the database V n ACI Detailed (kips) V max Experimental (kn) 0 225 450 675 900 1125 5000 1125 Mean =1.13 4000 COV = 0.46 900 3000 2000 1000 Researcher's columns 675 450 225 Vmax Experimental (kips) V test / V n ACI detailed 4 3 2 1 Researcher's columns Ou's columns Ou's columns 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 V n ACI Detailed (kn) 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') 45/78 columns show unconservative prediction. Evaluation of ACI minimum shear reinforcement Reserve Strength (V max /V ctest ) 5 4 3 2 1 0 0<P/A g f c '< 0.1 0.1<P/A g f c '< 0.2 0.2<P/A g f c '< 0.3 0.3<P/A g f c '< 0.4 0.4<P/A g f c '< 0.5 0.5<P/A g f c '< 0.6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t / t ACI min The ACI minimum shear reinforcement does not provide similar reserve strength (Vmax/Vctest) for different axial load ratio. As the axial load ratio increases, the reserve strength decreases..

Conclusions for database evaluation ACI simplified shear strength is conservative for most of the columns. ACI detailed shear strength is not conservative for most of the columns. ACI minimum shear reinforcement can not reflect the effect of axial load on reserve strength Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations

Shear strength of concrete Vc ACI simplified concrete shear strength V c ACI Simplified (kips) V diagonal Experimental (kn) 0 225 450 675 900 1125 5000 1125 Mean =1.59 COV = 0.22 4000 3000 2000 1000 Researcher's columns Ou's columns 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 V c ACI Simplified (kn) 900 675 450 225 Vdiagonal Experimental (kips) V test / V c ACI simplified 3 2 1 0 Researcher's columns Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') Conservative for most of the columns (74/78 conservative prediction). Shear strength of concrete ACI detailed concrete shear strength (upper bound) V c ACI Upper Bound (kips) V diagonal Experimental (kn) 0 225 450 675 900 1125 5000 1125 Mean =0.96 COV = 0.16 4000 900 3000 2000 1000 Researcher columns Ou's columns 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 V c ACI Upper Bound (kn) 675 450 225 Vdiagonal Experimental (kips) V test / V c ACI Upper Bound 3 2 1 0 Researcher's columns Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') 49/78 columns show unconservative prediction.

Proposed modification to ACI detailed upper bound concrete shear strength The ACI detailed upper bound equation was derived based on principal tensile cracking strength. The equation was modified to consider the softening effect of axial compression on principal tensile strength V c N u f t (max) N u c Vc bwd 1 (3) f t (max) F f (max) b d 2 t w Softening coefficient f ' = 69.17 MPa 28 c Eq. (11) f ' = 87.44 MPa 28 c Eq. (11) f ' = 76.60MPa 26 c 1 MPa = 145.077 psi 0.075 0.05 0.025 0 0.05 0.025 t 0 ' f c 0.05 The softening coefficient is based on biaxial test results of high-strength concrete c 1 0.85 ' f c c for 0 0. 6 ' f c Eq. (11) f ' = 100.08 MPa 26 c t 0.025 0 0.05 Since c P Ag, the above equation can be simplified as c c t Eq. (11) 0.025 0-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 0 c ' f c P 10.85 ' Ag f c for P 0 0.6 Af ' g c

Proposed equation Proposed upper bound equation for detailed calculation of concrete shear strength V ' c 0.29 fcbwd 1 2P f bd ' c w P 10.85 ' Af g c for P 0 0.6 Af g ' c Minimum shear reinforcement V s,min V c A f d v,min yt s,min 0.38Vc V s

Proposed concrete shear strength equations Vc Simplified shear strength equation V V V P f bd ' v yt n c s 0.17 1 c 14 A g s Detailed shear strength equation Af d Vd Af v ytd s ' u Vn Vc Vs 0.16 fc 17w bd M n ' 2P Af v ytd 0.29 fc 1 bd fbd s ' c Proposed reinforcement shear strength equations Vs Minimum shear reinforcement Vs Av,min 0.38 c f d Maximum shear strength of reinforcement yt V s,max 0.66 f bd ' c Maximum yield strength of shear reinforcement f yt 600 MPa

Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations Simplified shear strength equations P Af ' v ytd Vn Vc Vs 0.17 1 fcbd 14 A g s 3 V s > V smax 3 Reseacher's columns V test / V n ACI simplified 2 1 0 t < t min.prop Reseacher's columns Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') V test / V n ACI simplified 2 1 0 Mean =1.42 Cov = 0.22 Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') After applying Vsmax and Vsmin, 47 columns were removed. For the 31 columns left, only 1 showed unconservative prediction with Vtest/Vn=0.99

Detailed shear strength equations Vd Af v ytd s ' u Vn Vc Vs 0.16 fc 17w bd M n ' 2P Af v ytd 0.29 fc 1 bd fbd s ' c 4 V s > V smax 4 Researher's columns V test / V n Proposed 3 2 1 0 t < t min.prop Reseacher's columns Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') V test / V n Proposed 3 2 1 0 Mean =1.47 Cov = 0.29 Ou's columns 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Axial load ratio (P/A g f c ') All 31 columns showed conservative prediction. Outline Current ACI shear strength equations and limitations NCREE shear tests on New RC columns New RC column shear strength database Evaluation of ACI shear strength equations using the database Proposed changes to ACI shear strength equations for New RC columns Evaluation of proposed changes using the database Proposed shear strength equations

Proposed shear strength equations for New RC Columns Shear strength of concrete Provision ACI 318-11 Proposed Simplified shear P ' Vc 0.17 1 fcbd strength of concrete 14 A g ' Vd u Detailed shear strength Vc 0.16 fc 17w bd M m of concrete 4h d Mm Mu P 8 ' 2P Upper Bound shear Vc 0.29 fc 1 bd ' ' 0.29P fbd u c strength of concrete Vc 0.29 fcbd 1 A P P 10.85 g for 0 0.6 ' ' Af g c fa c g Proposed shear strength equations for New RC Columns Shear strength of reinforcement Provision ACI 318-11 Proposed Limit stress of shear reinforcement f yt 420 MPa f yt 600 MPa Shear strength of reinforcement V s Afd v s y Minimum shear reinforcement A v,min 0.062 f ' c bs f yt 0.35bs f yt A v,min 0.38 c s V df yt Maximum shear strength of reinforcement V s,max 0.66 f bd ' c

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高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 高 拉 力 強 度 鋼 纖 維 於 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 柱 之 應 用 評 估 廖 文 正 國 立 台 灣 大 學 土 木 工 程 學 系 Outline 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Background and Objective Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete (HF-SHFRC) Proposed Toughness Ratio / Shear Strength Equation Experimental Programs Conclusions

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Background and Objective New RC Project Change in Yield Strength of Longitudinal Bars Change in Specified Concrete Strength Background and Objective 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 fc f c HSC High Strength Concrete Brittle Less Deformation Capacity Early spalling and brittle failure 0.45 fc E c NSC f t o ult c

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Background and Objective 0.8 x 0.65 x 0.85 = 0.43 The required transverse reinforcement calculated according to ACI 318-11 DO NOT consider different axial loading levels UNSAFE for HSC!! ACI 318-11 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Background and Objective Alternative solution: Fibers V f =0% V f =0.75% V f =1.0% V f =1.5% brittle less major cracks

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete (HF-SHFRC) Key parameters of Fiber Reinforced Concrete 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 V f b f Fiber volume fraction Fiber Aspect Ratio (L/d) bond strength between fiber and matrix

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Why τ b talks? Pullout Energy = Frictional Energy + Plastic Deformation Energy (Straight part) (Hooked-end part) Selection of fibers 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Fiber Type Diameter (mm) Length (mm) Density (g/cc) Aspect ratio Tensile Strength (MPa) Elastic Modulus (GPa) High strength 0.38 30 7.85 79 2300 200 Normal Strength 0.55 30 7.85 55 1100 200

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Pullout energy 250 Pullout Load (N) 200 150 100 50 0 0 5 10 15 Slip (mm) Steel Fiber Pullout Curve of 28 Days Experiment Prediction (Xu, 2011) Pullout Energy Pullout Energy τ (N-mm) eq (MPa) (N-mm) τ eq (MPa) Error (%) Average 1369 10.20 1294 9.64 5.5 Std. Deviation 53 0.40 - - - Main Obstacles for Fiber Reinforced Concrete 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 1. Workability 2. Mechanical performances is not as good as expected. 3. Expensive; no main advantages on normal structural applications.

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete SCC Self-Consolidating Concrete; Self-Compacting Concrete HPFRCC High Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites a highly workable concrete that can flow under its own weight without segregation and vibration. strain-hardening response under tension accompanied by multiple cracking 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Highly Flowable Strain Hardening Fiber Reinforced Concrete

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Proposed Toughness Ratio / Shear Strength Equation 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Fibers as an alternative for transverse reinforcement 1. Confinement Efficiency Lateral reinforcement ratio Ductility Fiber Volume, aspect ratio, τ b Ductility 2. Shear Capacity

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Confinement Efficiency Toughness Ratio, TR ' 0.015 f c TR Area OABC 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Proposed Toughness Ratio Equation k e = confinement effectiveness coefficient ρ s = transverse reinforcement ratio f yt = yield strength of transverse reinforcement f c = compressive strength of concrete V f = steel fiber volume fraction L/φ = aspect ratio of steel fiber X f = fiber efficiency factor, f (stirrups spacing) τ eq = equivalent bond strength

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Shear Capacity ACI 318-11 11.4.6 Minimum shear reinforcement 11.4.6.1 (f) Beams constructed of steel fiber-reinforced, normal weight concrete with f c not exceeding 6000 psi, h not greater than 24 in., and V u not greater than 2 f c b w d. R11.4.6.1(f) This exception is intended to provide a design alternative to the use of shear reinforcement, as defined in 11.4.1.1, for members with longitudinal flexural reinforcement in which V u does not exceed 2 f c b w d. Fiber-reinforced concrete beams with hooked or crimped steel fibers in dosages as required by 5.6.6.2 have been shown, through laboratory tests, to exhibit shear strengths larger than 3.5 f c b w d. Proposed Shear Strength Equation F eff 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 v (0.15 f ' 70 d ) F a ( MPa) u c eff F 1 0.7 F po Lf ( ) Vfeq D f p o f c

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Experimental Program 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Experimental Program Multi-Axial Resting System (MATS) Axial loading capacity: up to 60 MN Cross Beam National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) P l a t e n Platen Lateral actuator

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Experimental Program Specimen: 600 x 600 x 1800 mm 11.70 60 11.70 11.70 11.70 4 4 11.70 11.70 11.70 11.70 60 #8 Level 5 Level 4 Level 3 Level 2 Level 1 1. Double Curvature 2. Aspect ratio is 3 only 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Drift Ratio (%) Experimental Program Loading Protocol 10 8.00% 8 6.00% 6 4.00% 4 2.00% 2 1.00% 0.25% 0.50% 0 0.375% 2 0.75% 1.50% 4 3.00% 6 5.00% 8 7.00% 10 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 Cycle Ref: ACI Committee 374, Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing and Commentary(ACI 374.1-05), American Concrete Institute, 2006. Criteria: Ultimate drift ratio, UDR (drift ratio corresponding to 80% Max lateral capacity) > 3.0%

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Experimental Program No. Section s (mm) TR S140-0 (ACI 318-11) 1.74 83.4 #8, SD685 #4, SD785 140 0.57 0.71 S140-1.5 1.74 73 (V f = 1.5%) #8, SD685 #4, SD785 140 0.57 0.80 S260-1.5 1.46 72 (V f = 1.5%) #8, #10, SD685 #5, SD785 260 (d/2) 0.43 0.80 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Experimental Program Failure modes prediction of S140-0 and S140-1.5 30000 P-M Curve of S140-1.5 1000 Failure Mode of S140-1.5 20000 10000 0 S140-1.5 0.57A gf' c Shear Force(tf) 800 600 400 200 ACI_Simple ACI_Detail Sezen Lin Moment Analysis -10000 0 1000 2000 3000 Moment(KN-m) 0 0 2 4 6 Ductility(%)

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results S140-0 VS. S140-1.5 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results S140-0 S140-1.5

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results S140-0 S140-1.5 Test Results 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 S140-0 (UDR: 1.25%) VS. S140-1.5 (UDR: 3.23%)

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Drift ratio: 1.0% S140-0 (Max Lateral Capacity) S140-1.5 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Drift ratio: 1.5% S140-0 S140-1.5 (Max Lateral Capacity)

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Failure S140-0 (2 nd cycle of 1.5%) S140-1.5 (4.0%) 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results S260-1.5 (spacing D/2)

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Test Results (S260 1.5) 1.0% 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Test Results (S260 1.5) 2.0% 4500 3000 S260-1.5 Before 2% Ulitmate Load 1500 0-1500 -3000-4500 -6-3 0 3 6 Drift Ratio

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Test Results Test Results (S140 1.5) failure UDR= 3.15% 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Conclusions (1) Addition of fibers provides high ductility to brittle concrete, particularly for high strength concrete (NEW RC) (2) The transverse reinforcement requirement in ACI 318-11 seems not adequate for high strength concrete / under high axial loading (S140-0). (3) Compared to HSC, HF-SHFRC presents high toughness, damage tolerance and excellent shear capacity while allowing good workability. The experimental results shows that addition of fibers can be an effective alternative for transverse reinforcement in NEW RC columns. (4) By increasing the spacing to d/2 and under 0.43 axial loading level, excellent performance and damage tolerance can be still observed in S260-1.5. It shows the great potential to apply HF- SHFRC to NEW RC columns.

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 台 北, 12/5, 2014 Thank you 國 立 台 灣 大 學 土 木 工 程 學 系 助 理 教 授 廖 文 正 wcliao@ntu.edu.tw

PRELIMINARY DESIGN RECOMMENDATION FOR FLEXURAL MEMBER WITH HIGH STRENGTH MATERIALS Min-Yuan Cheng National Taiwan University of Science and Technology 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 結 構 桿 件 設 計 研 討 會 December 5 th, 2014 Outline Design Equation Experimental Verification Issues Conclusions

Design Equation (Flexure) Flexural : Equivalent Stress Block (ACI ITG-4) 0.85 remains the same Design Equation (Shear) V n = V c +V s V c = 0 ; f yt 600 MPa V u : Evaluated from M pr using f y = 1.25 f y For SD685 longitudinal bars use 1.25 x 685 MPa In general V u = larger (V e1, V e2 )

Experimental Verification SP1 SP2 SP3 Beam Design 2223.55 2223.55 1252.76 1058.64 1058.64 596.44 771.32 771.32 822.64 0.73 0.73 1.38 3.75 3.75 3.75 a (mm) 2100 2100 2100 3.5 3.5 3.3 Specified Material Properties: f c = 68.95 MPa and f y = 1.25 x 685 MPa f yt = 600 MPa Experimental Verification Experimental Setup Shear span=2100 1180 1800 600 3280 500 1000 1000 1000 1000

Experimental Verification Loading History Experimental Verification Test Result SP1 3 % (West) (d u ) avg = 4.56 % (West) flexure-shear 4 % (West) (d u ) avg = 4.56 % (North)

Experimental Verification Test Result SP2 3 % (West) (d u ) avg = 4.50 % (West) flexure-shear 4 % (West) (d u ) avg = 4.50 % (North) Experimental Verification Test Result SP3 3 % (West) (d u ) avg = 5.61 % (West) flexure 4 % (West) (d u ) avg = 5.61 % (North)

Experimental Verification Strength Deformation (d u ) avg (%) SP1 0.948 1.160 4.56 SP2 0.942 1.153 4.50 SP3 0.875 1.085 5.61 Envelope from first cycle hysteresis loop SP1 SP2 SP3 Design Issues (Transition of Stress Block) f y = 414 MPa unit : mm ACI 318-11 ACI ITG-4 28-55 0.85 62-117 0.85 0.84 0.72 124-138 0.70

Design Issues f y = 414 MPa unit : mm ACI 318-11 ACI ITG-4 ϕ n,aci / ϕ n,aci ITG-4 28-55 0.85 62-117 0.85 0.84 0.72 124-138 0.70 (1) Tension-control limit (2) Need of Special Boundary Element Design Issues A S (mm 2 )

Conclusion Preliminary of Design Equation are proposed for flexural members with High Strength Material. Through experimental verification, the following conclusion is drawn: Conclusion 4. A minimum of 5% drift can be achieved for a high-strength flexural beam specimen that fails in flexural governed mode. 5. Future research is needed to verify steel strain limit for tensioncontrolled section. A practical spacing for transverse reinforcement to prevent buckling is needed.

高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 梁 撓 曲 剪 力 行 為 研 究 與 設 計 探 討 王 勇 智 國 立 中 央 大 學 土 木 系 教 授 1 1 2

ACI 318-11 與 NZS 3101-2006 梁 撓 曲 剪 力 設 計 項 目 ACI 318 11 NZS 3101 2006 計 算 材 料 強 度 計 算 剪 力 強 度 3 項 目 ACI 318 11 NZS 3101 2006 非 塑 鉸 區 塑 鉸 區 4

項目 ACI 318 11 NZS 3101 2006 非 塑 鉸 區 橫 向 箍 筋 間 距 限 制 塑 鉸 區 dbl 主筋直徑 5 項目 ACI 318 11 NZS 3101 2006 地震引致之剪力 6

RC 梁 撓 曲 剪 力 實 驗 印 證 7 試 體 規 劃 (1/3) 試 體 編 號 b,mm d,mm s,mm a/d NRB-d 335 420 420 NRB-d/2 30 300 335 165 (468) (497) NRB-d/4 85 3 HRB-d HRB-d/2 685 785 63 (754) (840) 300 335 335 165 3 HRB-d/4 85 8

懸 臂 梁 測 試 構 架 (1/3) 9 10

遲 滯 迴 圈 圖 與 裂 縫 圖 (1/3) HRB(New RC) d/4 & NRB(Normal RC) d/4 實 驗 過 程 DR=4% 實 驗 終 止 DR=7% 11 HRB d/2 & NRB d/2 實 驗 過 程 DR=4% 實 驗 終 止 DR=6% 12

HRB d & NRB d 實 驗 過 程 DR=4% 實 驗 終 止 DR=5% 試 驗 結 果 統 計 試 體 編 號 加 載 方 向 最 大 載 重 P max, kn 降 伏 位 移 y mm 初 始 勁 度 K, i kn/mm ( 取 0.6P max 斜 率 ) 斜 裂 縫 角 度, DR=4% 相 對 消 能 比 β DR=4% HRB d HRB d/2 HRB d/4 NRB d NRB d/2 NRB d/4 正 335 12.6 26.6 37 負 305 16.6 18.4 42 正 350 12.7 27.5 35 負 409 15.2 26.9 39 正 351 13.9 25.2 37 負 426 17.0 25.1 40 正 211 7.54 28.0 38 負 203 9.51 21.3 37 正 229 7.19 31.9 35 負 251 7.52 33.4 39 正 204 6.86 29.8 37 負 256 8.78 29.2 43 23% 24% 34% 24% 24% 32% 14

箍 筋 應 變 量 測 (0) 15 混 凝 土 剪 力 衰 減 情 形 NRB 混 凝 土 剪 力 衰 減 曲 線 圖 HRB 混 凝 土 剪 力 衰 減 曲 線 圖

17 試 體 編 號 bw (mm) h (mm) a/d HRB d/4 (+) 300 400 3.0 1.51 2.02 63 685 754 1.10 1.12 HRB d/4 ( ) 300 400 3.0 2.02 1.51 63 685 754 1.10 1.05 HRB d/2 (+) 300 400 3.0 1.51 2.02 63 685 754 1.10 1.12 HRB d/2 ( ) 300 400 3.0 2.02 1.51 63 685 754 1.10 1.00 R685 NC (+) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.16 R685 NC ( ) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.15 R685 C110C(+) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.15 R685 C110C( ) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.19 R685 C140C(+) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.15 R685 C140C( ) 250 350 6.2 2.03 2.03 56 685 754 1.10 1.16 HR1a(+) 300 400 5.5 1.47 1.47 35 685 730 1.07 1.20 HR1a( ) 300 400 5.5 1.47 1.47 35 685 730 1.07 1.19 HR2c(+) 300 400 5.5 1.47 1.47 35 685 730 1.07 1.16 HR3c(+) 300 400 5.5 1.47 1.47 35 685 730 1.07 1.17 HT1b 1200 400 2.4 1.46 2.35 60 685 746.8 1.09 1.15 HT1a 1200 400 5.46 1.46 2.35 37 685 769 1.12 1.20 HT1c 1200 400 5.51 1.47 1.88 42 685 754 1.10 1.13 BS T (+) 400 700 3.5 2.03 2.03 78 685 707 1.03 1.13 18

試 體 編 號 bw (mm) h (mm) BS T ( ) 400 700 3.5 2.03 2.03 78 685 707 1.03 1.08 BS W (+) 400 700 3.5 2.03 2.03 77 685 707 1.03 1.10 BS W ( ) 400 700 3.5 2.03 2.03 77 685 707 1.03 1.13 BF W (+) 400 700 3.4 1.23 1.23 85 685 716 1.05 1.16 BF W ( ) 400 700 3.4 1.23 1.23 85 685 716 1.05 1.18 BS FT (+) 400 700 3.5 2.03 2.03 84 685 689 1.01 1.09 BS FT ( ) 400 700 3.5 2.03 2.03 84 685 689 1.01 1.09 BS FTN (+) 400 700 3.5 2.03 2.03 75 685 689 1.01 1.12 BS FTN ( ) 400 700 3.5 2.03 2.03 75 685 689 1.01 1.10 BF T (+) 400 700 3.3 0.95 0.95 87 685 707 1.03 1.15 BF T ( ) 400 700 3.3 0.95 0.95 87 685 707 1.03 1.15 mean 1.14 Upper bound 1.16 Lower bound 1.12 19 20

21 報 告 完 畢, 謝 謝 聆 聽 22

HRB d/4 DR=0.25% 1 st cycle NRB d/4 DR=0.25% 1 st cycle HRB d/4 DR=0.5% 1 st cycle NRB d/4 DR=0.5% 1 st cycle 23 HRB d/4 DR=0.75% 1 st cycle NRB d/4 DR=0.75% 1 st cycle HRB d/4 DR=1.0% 1 st cycle NRB d/4 DR=1.0% 1 st cycle 24

1 1. 研 究 目 的 2. 實 驗 規 劃 3. 實 驗 結 果 與 分 析 4. 設 計 公 式 建 議 5. 結 論 簡 報 大 綱 2

研 究 目 的 (1/3) Serviceability Reparability Full-size experiment 性 能 設 計 使 用 性 能 與 修 復 性 能 AIJ, 2010 Allowable shear crack width 3 研 究 目 的 (2/3) 損 傷 評 估 ( 裂 縫 寬 度 與 變 形 角 ) R R f +R s Serviceability Limit Reparability Limit I Reparability Limit II R R s f Wf n f maxw f = D x D x n Ws cos ns max s n W cos L L 構 件 非 線 性 分 析 時 之 性 能 點 決 定 4

研 究 目 的 (3/3) 本 試 驗 主 要 使 用 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 之 足 尺 寸 梁 試 體 以 了 解 剪 力 裂 縫 發 展 行 為 各 試 體 於 單 向 載 重 作 用 下, 分 別 量 測 並 統 計 其 於 尖 峰 變 形 角 時 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 及 殘 留 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 與 試 體 斷 面 平 均 剪 應 力 關 係, 再 分 別 以 0.3 mm (ACI: 0.4 mm) 及 1.0 mm 為 上 限 並 決 定 其 對 應 之 容 許 剪 應 力 及 使 用 性 能 確 保 之 剪 力 設 計 公 式 1. 平 均 斷 面 剪 應 力 與 尖 峰 變 形 角 時 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 2. 平 均 斷 面 剪 應 力 與 殘 留 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 3. 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 之 殘 留 比 ( 與 剪 力 變 形 角 關 係 ) 4. 最 大 剪 力 裂 縫 寬 度 與 容 許 應 力 ( 平 均 斷 面 剪 應 力 ) 之 關 係 5. 使 用 性 能 確 保 之 剪 力 設 計 公 式 5 實 驗 規 劃 (1/6) 102~103 年 共 進 行 22 組 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 梁 試 驗 12H100 6

實 驗 規 劃 (2/6) 102~103 年 共 進 行 22 組 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 梁 試 驗 6W70 (BC-W) 6m 4m 2m 7 實 驗 規 劃 (3/6) 試 體 規 劃 與 參 數 設 定 103 年 104 年 102 年 102 年 TTK 104 年 8

實 驗 規 劃 (4/6) 試 體 設 計 與 配 筋 細 節 BC-W BC-T 實 驗 規 劃 (5/6) 應 變 設 置 與 裂 縫 量 測 裂 縫 量 測 位 置 10

實 驗 規 劃 (6/6) 測 試 構 架 與 載 重 歷 時 Loading Procedure 實 驗 結 果 與 分 析 (1/8) 混 凝 土 劈 裂 強 度 102 年 之 試 體 ( 混 凝 土 剪 力 開 裂 強 度 ) 劈 裂 試 驗 結 果 比 較 f t_experiment /f t_code_ (MPa) ACI318-11 f c ' (MPa) 60 65 70 75 80 85 90 95 100 2 1.5 1 AIJ2010 0.5 f c ' (MPa) 0 60 65 70 75 80 85 90 95 100 2 AIJ1999 1.5 1 0.5 f c ' (MPa) 0 60 65 70 75 80 85 90 95 100 2 JSCE2007 1.5 1 0.5 f c ' (MPa) 0 60 65 70 75 80 85 90 95 100 12

實 驗 結 果 與 分 析 (2/8) 混 凝 土 剪 力 開 裂 強 度 剪 力 開 裂 強 度 定 義 : 觀 測 到 第 一 條 剪 力 裂 縫 時 所 對 應 之 斷 面 平 均 剪 應 力 用 以 定 義 長 期 荷 重 下 之 混 凝 土 容 許 剪 應 力 13 實 驗 結 果 與 分 析 (3/8) 混 凝 土 剪 力 極 限 強 度 試 體 之 極 限 剪 力 扣 除 鋼 筋 貢 獻 之 剪 力 用 以 定 義 短 期 荷 重 下 之 混 凝 土 容 許 剪 應 力 混 凝 土 剪 力 極 限 強 度 1 號 箍 筋 2 號 箍 筋 14

實 驗 結 果 與 分 析 (4/8) 混 凝 土 剪 力 極 限 強 度 15 實 驗 結 果 與 分 析 (5/8) 使 用 性 確 保 剪 力 裂 縫 控 制 剪 力 裂 縫 寬 度 與 斷 面 平 均 剪 應 力 之 關 係 跨 深 比 16

實驗結果與分析(6/8) 使用性確保剪力裂縫控制 剪力裂縫寬度與箍筋應變之關係 跨深比 17 實驗結果與分析(7/8) 使用性確保剪力裂縫控制 跨深比與混凝土容許剪應力 18

實 驗 結 果 與 分 析 (8/8) 跨 深 比 與 混 凝 土 容 許 剪 應 力 修 復 性 確 保 剪 力 裂 縫 控 制 19 設 計 公 式 建 議 (1/9) 斷 面 平 均 剪 應 力 與 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 ( 箍 筋 785MPa) 使 用 性 確 保 剪 力 裂 縫 控 制 10 v/v cr 1 1E-008 1E-007 1E-006 1E-005 0.0001 (w ps,max /d)*(p w ) 20

設計公式建議(2/9) 使用性確保剪力裂縫控制 箍筋容許應力值 (剪力裂縫最大寬度0.3 mm) 1.2 195MPa 1 Pwfs 0.8 0.6 0.4 0.2 (MPa)0 0 0.004 0.008 pw 0.012 21 設計公式建議(3/9) 梁試驗結果驗證(I)-跨深比3.33 (單向載 重) 22

設 計 公 式 建 議 (4/9) 梁 試 驗 結 果 驗 證 (II)- 反 覆 載 重 斷 面 尺 寸 :400 mm 700 mm 跨 深 比 :3.33 箍 筋 間 距 :120 mm (ρ ts =0.53%) 主 筋 比 :ρ s =0.02 Negative Moment 23 設 計 公 式 建 議 (5/9) 使 用 性 確 保 剪 力 裂 縫 控 制 使 用 性 確 保 與 耐 震 需 求 之 箍 筋 比 24

設 計 公 式 建 議 (6/9) Assume: s =0.025; d=0.9d; f y =685 MPa; w a =1000+300 kgf/m 2 ; w u =1000*1.2 + 300 kgf/m 2 f sa =0.125f yt (785 MPa); f su =550 MPa; B/L=1.0. B/L (fc'=70 MPa) b/d 1 0.8 0.6 0.5 14 14 15 0.55 14 15 15 0.6 15 15 16 0.65 15 16 17 B/L (fc' = 100 MPa) b/d 1 0.8 0.6 0.5 14 15 16 0.55 15 15 16 0.6 16 16 17 0.65 16 16 17 使 用 性 確 保 之 剪 力 裂 縫 控 制 L/D Stirrup ratio, Pw 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 B/D=0.50, Pwu B/D=0.55, Pwu B/D=0.60, Pwu B/D=0.65, Pwu B/D=0.50, Pwa B/D=0.55, Pwa B/D=0.60, Pwa B/D=0.65, Pwa L/D =14 12 13 14 15 16 17 18 L/D 25 設 計 公 式 建 議 (7/9) 使 用 性 確 保 之 剪 力 裂 縫 控 制 L/D 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 值 = 0.3 及 0.4 mm 0.4 mm 0.3 mm Pt fc' 0.01 0.015 0.02 0.025 70 12 13 13 14 100 13 13 14 14 Pt fc' 0.01 0.015 0.02 0.025 70 12 12 13 14 100 13 14 14 15 26

設 計 公 式 建 議 (8/9) 使 用 性 確 保 之 剪 力 裂 縫 控 制 L/D 可 靠 度 分 析 0.4 mm Random variables b/d: 0.45-0.55 B/L: 0.5-1.0 Dead Load : 800-1100 kgf/m 2 Live Load: 200-400 kgf/m 2 0.3 mm L/D max (L/D) = 12 (0.9997, 0.40mm) f y : 685 Mpa f yt : 785 Mpa f su : 550 MPa f sa : 0.125or 0.15 f yt MCS Reliability 27 設 計 公 式 建 議 (9/9) 尖 峰 變 形 角 時 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 與 殘 留 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 之 比 值 分 佈 本 研 究 考 量 構 件 於 地 震 後 之 殘 留 剪 力 裂 縫 最 大 值 以 不 超 0.4 mm 為 原 則, 以 建 立 修 復 性 能 確 保 下 之 箍 筋 容 許 應 力 值 若 取 尖 峰 變 形 角 時 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 與 殘 留 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 之 比 值 2.5 計 算 尖 峰 變 形 角 時 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度, 則 約 為 1.0 mm 若 以 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 1.0 mm 為 控 制 目 標, 則 其 對 應 之 容 許 箍 筋 應 力 可 定 為 162.9 MPa ( 約 為 0.20 倍 之 箍 筋 規 定 降 伏 應 力 ) 28

梁 構 件 性 能 點 結 論 容 許 剪 應 力 計 算 式 (MPa) 剪 力 裂 縫 發 生 點 長 期 荷 重 使 用 性 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 0.4mm Or max (L/D) = 12 短 期 荷 重 修 復 性 剪 力 裂 縫 最 大 寬 度 1.0 mm 29 高 強 度 鋼 筋 混 凝 土 梁 之 裂 縫 發 展 與 控 制 30

ACI ACI AIJ 規範 限制值(mm) Z Factor Spacing Control 0.33 0.41~0.53 0.30 曲げひび割れ幅算定式 ACI Z Factor wmax =11 10-6 βf s 3 dc A 2 (, 1 10 te F p e p k k k t s c fs s 2 d c2 + ( )2 Es 2 Wav =lav ε s,av +lav ε sh s E v a s wc = Wmax =1.5Wav v a l ACI Spacing Control AIJ 曲げひび割れ幅算定式 ) ( 1 2 ) 31 實驗結果比較 觀察範圍 四點荷重簡支梁試體等彎矩段內裂縫寬度 裂縫寬度種類 0.3/0.33/0.41/0.53 mm 32

鋼 筋 應 力 f s ACI Spacing Control f s w c = 2 d +( ) E 2 s 2 2 c s 鋼 筋 應 力 (MPa) 撓 曲 裂 縫 寬 度 (mm) 33 AIJ 2010 容 許 應 力 檢 核 剪 力 開 裂 應 力 靜 載 + 活 載 34