TW473578B - Root wrapping type aseismic reinforcement construction and method for base of column member - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 登A背景及相關技藝: 1 ·發明領域： 本發明有關用於柱材基礎之根部包覆型耐震強化構造及 方法。 2 ·相關技藝說明： 用於增強抗震性之各種耐震強化方法已研用在既有之建 築物，土木工程結構及其他結構物上，其適合舊有之地震 設標準，並善用各人之經驗於大地震中，例如。⑽七 Hanshm Earthquake所破壞之高速公路，以及假設—強度 大於先前任一發生過之地震。舉例而言，做為鋼構強化^ 凝土構造之耐震化方法，其已提出之一方法中補強棒環繞 包覆一柱材且置入混凝土以加強柱材之抗震性，一方法中 鋼板環繞包覆一柱材，以及一方法碳纖層或類似物環繞包 覆一枉材之整個外側表面’其係揭示於曰本暫時性專利發

表第 U- 1 1 754 1 號（No. 1 1 754 1 / 1 999 )。（japanese PatentX

Provisional publication No.11-117541) 對例如液化天然氣（LNG)儲存設施之廠房構造而言，雖 然Great Hanshin Earthquake並未造成廠房構造致命的損 壞’但其對運送能量之管線及支樓件造成破壞。因此，用 於官線系統之底座支柱基礎已做過地震診斷之檢視，並研 九過其耐震強化方法0 在此情況下’各種方法皆有可能成為改良既有結構柱材 以提供耐震強化構造之方法。舉例而言，一方法中可能將 支柱基礎及地基廣泛的加以補強。然而，基礎耐震補強之

第5頁 473578 五、發明說明（2) 缺點為工作較為複雜，故其為長時間的工作且成本 貴。 另一万’—方法中地面上支柱基礎之補強並未包括地 基之廣泛的，強’其優點為具有必要且足夠之抗震能力， 以及工作簡單，故可在短時間内完成。 做為此财震強化方法之—範例，日本暫時性專利發表 1 0-33 1 437 號（No. 33 1 437/ 1 998 )揭示一方法，其中一補強 金屬在既有橫樑及支柱交接處接合在鋼構之鋼柱上，以增 強樑柱接合處之剪力強度及彎曲強度。

曰本暫時性專利發表第1〇_1 8424號（1. 1 8424/1 998)亦 揭不方法，其中補強混凝土包覆在鋼柱底端附近做為結 構=鋼柱基礎’以便連接鋼柱至地基。 田上述用於柱材基礎之耐震補強方法施加至管路系統之 =座，且構造中—鋼柱構件配置在一建築物地基上時，下 列說明將概述其產生之問題。 ΛI路系統底座耐震補強之傳統概念係地震作用力施加至 =之應力為CT ，基礎之允許應力為允許之

之允二柱子及橫樑以蓋板加以補強，故由剖面計算出 成許單位應力（σ / f )小於丨，藉由剛性之增加使結構可 又之地震力超過設計時之需求。 方面’藉由補強混凝土包覆環繞著基礎使柱材基礎 項管 ^補強’其降低地基之影響並防止基礎板挫曲。此 由1 5糸統底座柱材基礎之設計概念說明如下’其假設藉 土裝1用以支樓柱材基礎之方法係以栓釘條件為前

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特別是ij將鋼柱基礎連接至地基構件之錨栓承受一軸向 用力及男力，2)地基構件承受來且錨栓之軸向作用力及 $力所引起之彎曲力矩，以及3)基礎板承受著錨栓以及柱 材推縮所產生之張力及彎曲力矩。 ，此，若藉由在鋼柱底端將補強金屬接合至樑柱交接處 ^ ΐ由包覆補強混凝土做為鋼柱基礎之強化方法使鋼柱基 石牢固的連接至地基，以地基裝置支撐柱材基礎之方法$ 由栓釘條件改變為固定狀況，故剪力及彎曲力矩藉由一界 面傳遞至地基，該界面係補強金屬或混凝土與柱材基礎新 ，觸的位置。由於剪力及彎曲力矩傳遞至地基之提昇與地 震力之大小有關連性，此時地震力變大且鋼柱基礎牢固 連接至地基’若允許之單位應力過大時，地基本身盔 受該應力且可能遭致損壞。 然叩在傳統之地基強度設計中，雖然可確保軸向作 之安全係數已足夠，與軸向作用力比較則彎曲力矩之 係數仍不足夠。因此，在耐震補強中雖然蓋板已置於= 及橫樑上，其適合於地基之允許應力具有某種程度限制， 惟耐震補強.中支柱及橫樑僅以蓋板加以強化已不適合於該 設計，故地基之允許應力具有較小之容許範圍。 、^ 發明目的及概要： 本發明欲解決上述技藝相關之問題，且根據本發明 的係提供-根部包覆型耐震強化構造及方法，纟中 二 部位位於柱材基礎與根部包覆構件之間以降低外力在

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五、發明說明（4) 上所產生之彎曲力矩，以及彎曲力矩較不易 件，故地基構件所承受之彎曲力矩變小。 送至地基構 為達成上述目的，根據本發明之根部包復 造之結構說明如下。特別是根部包復型耐震耐震強化構 裝在地基構件上之柱材基礎與根部包復構件知化構造中安 包括位於柱材基礎與根部包覆構件之間的缓_ T補強’其 緩衝部位為柱材基礎與根部包覆構件之的部位。 緩衝部位為柱材基礎與根部包覆構件 S &間隙。 一步以填充材加以填充。 < 間的間隙，並進 根部包覆構件與填充材 控制著所產生之

當柱材變形時 彎曲力矩。 填充材可為包含防振動橡膠之彈 之彈性元件 填充材可為塑性 金，或塑性變形結 根部包覆構件為 礎外側周邊及地基 外側周邊處配置外 繞圈内之空間中。 外力在柱材基礎 基礎上之彎曲力矩 根據本發明之根 下。特別是根部包 之柱材基礎以根部 性變形材料或包含 變形材料，其包 構元件。 強化混凝土根部 構件頂端部位處 侧纏繞圈，以及 上所產生之彎曲 受到控制，因此 部包覆型耐震強 覆型耐震強化方 包覆型加以補強 彈簧 含金屬材料或金屬合 包覆構件，其在柱材基 配置補強桿，在補強桿 將混凝土澆置於外側纏 抑制作用力消失，柱材 強化了地基構件。 化方法之步驟揭示如 &中安裝在地基構件上 ’其緩衝步驟包括在基

473578 發明說明（5) _ 礎與根部包覆構件之間部位處 ^ 生之柱材基礎彎曲力矩，以及^制著外力施加至柱材所產 驟中彎曲力矩而進一步的扣^ ^制步驟係藉由吸收緩衝 根據本發明之根部包覆型;2 f曲力矩。 上之柱材基礎以根部包覆 化方法中女裝在地基構 供形成間隙之材料於面對根部以補強，其步驟包括提 處；將補強桿配置在外側周邊=f構件之基礎外側周邊 地基構件之頂端部位，在補 ^，其範圍由柱材基礎至 以及將補強桿固定至地基構^卜，周邊處配置纏繞圏， 在上述步驟中外側纏繞補強棒内之m:凝土澆置 材料；以及將】件形之步驟中所提供之 包覆構件處移開間隙形成材料而=成=強混凝土根部 材充滿著間隙开u上：：括—填充步驟，其以填充 门隙形成步驟中所形成之間隙。 别文所述，根據本發明用 根部包覆型耐震強外拔、止芬士 土女展在地基構件上柱材之 及根部包覆欉扦1構1"方緩衝部位位於柱材基礎 矩，且彎間以降低外力在基礎上所產生之彎曲力 受之彎曲力不易傳送至地基構件，故地基構件所承 之圖1 般為構根^本：明-具體實施例補強之前管㈣ 圖，圖1(Β)ΪΪ，圖1(A)為鋼柱管線系統底座之平面視 為其正視圖以及圖1 (C)為其側視圖；

473578 五、發明說明（6) -- 圖2為Z線系統底座之柱材基礎底端部之放大正視圖； 圖3為管線系統底座之柱材基礎底端部之放大剖視圊； =4為柱材基礎之放大正視圖，其中管線系統底座之紅 材基礎以根部包覆型強化構造加以補強； =5為柱材基礎之放大剖視圖，其令管線系統底座之钕 材基礎以根部包覆型強化構造加以補強； 圖、6顯示補強前管線系統底座之柱材基礎，丨用於 測^，並顯不安裝電阻線應變計之位置； ,圖、7顯示補強後管線系統底座之柱材基礎，其用於地 測5式’並顯示安裝電阻線應變計之位置； 圖8顯示位於地震測試組件上之管線系統底座； 圖9為已知地震測試條件表；與 圖1 0顯示地震測試之結果。 較佳實例註沭： 現在參照附圖揭示耐震強化構造一具體實施例。 圖1為根據本發明此具體實施例補強之前管線系統底座！ 之一般構造視圖，圖1(A)為鋼柱2管線系統底座頂視平 面圖（例如Η剖面），圖1(B)為管線系統底座1之正視圖’以 及圖1 ( C )為管線系統底座1之側視圖。如圖丨（Β )所示，鋼 柱2安裝在地基3上。 圖2為管線系統底座1之柱材基礎底端部位之放大正視 圖，圖3為管線系統底座1之柱材基礎底端部位之放大剖視 圖。如圖2及3所示，鋼柱2焊接至底板4，並利用錨栓5連 接至地基3。

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五、發明說明（7) 圖4為柱材基礎之放大正視圖，其令管線系統底座〗之柱 材基礎以根部包覆型強化構造加以補強。圖5為柱材基礎 之放大剖視圖，其中管線系統底座1之柱材基礎以根部包 覆型強化構造加以補強。根部包覆構件丨2之工作程序參見 圖4揭示於後。為形成根部包覆構件1 2，其先配置用以將 根部包覆構件1 2錨定至地基3之錨栓9，高起之補強棒8以 及位於地基3外側周邊之環圈補強棒6 ^接著，在環繞鋼柱 2之間隙10形成之後繞置混凝土。藉由移開環繞鋼柱2之埋 入構造，間隙1 0環繞著鋼柱2 ^以預先設定之填充材（例如 防振動橡膠）填充間隙1 〇，必要時可選取填充材，如此可 形成根據此具體實施例之根部包覆型強化構造。 多見圖6至8，其揭示根據此具體實施例之管線系統底座 1，其用於地震測試且具有根部包覆型強化構造。圖6顯示 補強前電阻線應變計13至18之安裝位置’其安裝在用於地 震測試之官線系統底座1之柱材基礎上。圖7顯示補強後電 3應變計13至18之安裝位置，其安裝在用於地震測試之 管線系統底座1之柱材基礎上。 圖8顯示-地震測試組件。在地震測試中測試樣本之 管線系統底座！置於搖臺19上，利用水平方向之振動產生 器20及垂直方向之振動產生器21引起地震波。纟地震波形 成之過程中，4人在測試m本以部位4量測力口速度及應 力。測試樣本之管線系統底m置於地震搖臺上，特別是 以E 1 centro地震波加以測試並以強烈運動之地震儀記錄波 形，其可決定測試樣本最大回應值之部位。實驗中輸入之

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五 '發明說明（8) 地震波根據類似之規定轉換為時間軸及加速度。 圖9顯不在地震波作用過程中激發之條件。用以激發之 地震波為ElCentro波，強烈運動之地震儀所觀視到之典型 地展波亦可產生激發效果。對Elcentr〇波而言，輸入之力 速度在三個階段變化（0.3G至0.9G)，激發效果在水平方向 以及水平及垂直之兩方向中同時產生。 。 加速度以應變計型式之加速器加以量測，加速器安袭在 底座頂端處1 6個位置，底座基礎上6個位置，共計2 2點，

故可量測管線系統底座每個方向中之振動模式及最大回應 值。對應力而言，電阻線應變計可量測底板及柱材基礎^ 彎曲應力以及錨栓之拉伸應力。 對柱材基礎及錨栓之應力量測而言，其利用單軸之量测 儀錶’對底板之應力量測而言，其利用三軸之量測儀錶。 柱材基礎之量測位置數目為8，底板之量測位置數目為 3 〇 ’錯栓之量測位置數目為1 6，根部包複混凝土部位之量 測位置數目為1 0。圖6及7顯示之量測位置之範例。 圖1 0顯示實驗結果，其表示管線系統底座γ方向中應力 與輸入加速度及反應加速度之間的關係。首先’地震實驗 之目的係參見圖2加以揭示。當對應至地震作用力之輸入 加速度施加至之管線系統之底座1時，底座1根輸入加速度 而變形，故可產生對應之應力。當未實施根部包覆補強

時，所形成之應力藉由錯栓5自柱材2傳遞至地基3 °此 時，由於柱材2在靠近栓材支撐件的情沐下設計安裝在地 基3上，彎曲變形所產生以及自柱材2傳遞至地基3之應力

第12頁 473578 五、發明說明（9) 值仍相當的小。 另一方面’若根部包覆型補強無圖4中具體實施例所示 之緩衝部位以增強管線系統底座1之抗震性能時，柱材2藉 由地基3及根部包覆構件12加以固定，故柱材2並未在靠近 检件支撑件之情況下安裝在地基3上。因此，前述由彎曲 變形所產生並自柱材2傳遞至地基3之應力值變大。 在正式之地震實驗之前，地震實驗係利用一測試樣本加 =完成’其中管線系統底座1之根部包覆型補強並無緩衝 部位。實驗之結果係雖然根部包覆型補強產生作用，惟地

基部位遭致損壞’其原因為枉材2以上述方式牢固的連接 至，基3，由彎曲應力所產生並自柱材2傳遞至地基3之應 力變大’故傳遞至地基3之應力並未因根部包覆型補強而 變小。 於是’此具體實施例之構造中在根部包覆構件丨2面對柱 材2之部位處具有一緩衝部位丨〇，其允許外力施加至柱材2 所產生之變形。對此構造而言，柱材2並未利用根部包覆 構件1 2之補強效果而牢固的固定至地基3，前述靠近栓件 支撐件之條件存在的。 >下列說明係詳述緩衝部位。如圖4及5所示，在此具體實 施例中緩衝部位1 〇之間隙寬度約為丨〇至丨5 mm且環繞著柱 材2 ’緩衝部位1 〇進一步以瀝青膠黏劑接合板（商品名稱為 Elastite ，其由AOI Chemical Incorporated公司製 加以填充’其為混凝土結構之接合材料並做為高壓縮 連度以及低膨脹及收縮之填充材，並可吸收彎曲變形所產

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五、發明說明（ίο) 生之應力。 填充材並未限定於前述之材 材料亦可加以利用，例如不同 橡膠’包含還乳樹脂之聚合物 辞板之金屬合金材料，以及由 含瀝青。 料’其他彈性或塑性變形之 種類之橡膠，其包含防振動 材料，包含鋁板，鋁合金及 石油或煤製成之材料，其包 填充材可為任何能夠吸收外1 & 彎曲力矩之材料。事；:在鋼柱基礎上所產生 材基礎之底端側面並未直接以運用，其中柱 有材加以填充，㈤此柱材基礎底端側面與 根部包覆構件之間界面處連接作用力變小，且所施加之外 力在鋼柱基礎上產生彎曲變形，鋼柱基礎上大部份之彎曲 力矩皆由填充材及根部包覆構件加以吸收，因此自柱材基 礎傳遞至地基之彎曲力矩明顯的降低。此外，其亦可利用 組成該構造之任何形狀構件^ 當根部包覆型補強未作用時，具有緩衝部位1 0之根部包 覆構件12藉由自柱材2傳遞應力而在防止地基3遭致損壞之 情況下具有重要的任務，該任務為減少應力經由緩衝部位 10及根部包覆構件12而自柱材2傳遞至地基3。由於根部包 覆構件1 2實施該項任務，傳遞至地基3之應力變小。因 此，地基3承受之應力降低，故玎防止地基3受到破壞。 地震實驗之結果係參見圖1 0加以揭示。圖1 〇顯示測試結 果之一範例，其中根部包覆型補強之效果系利用無根部包 覆型補強之管線系統底座1 (圖說中以0及•表示）以及具

473578 五'發明說明（11) 有根部包覆型補強之管線系統底座1 (圖說中以□及表 示）加以檢測。橫座標表示地震作用力大小之輸入加速 度’縱座標為地基3上所產業之應力。地基3上所產生之應 力以電阻線應變計1 8 (參見圖7)所獲得之最大應力值加以 表示，該應變計18係安裝在錯栓5上。 如圖10所示，在輸入加速度增大之情況下，最大應力值 亦傾向於變大。圖中亦顯示施加在無根部包覆型補強之管 線系統底座1上之應力。這點顯示由於柱材2以圖2及3中錨 栓5連接至地基3，其未提理想之栓件支撐件，故彎曲應力 將會傳遞。如圖10所示，施加在具有根部包覆型補強之管 線系統底座1上之應力降為約無根部包覆 統底座1傳遞至地基3之應力的_，其原因如前文Λ。 地J測試後測試樣本之檢視反應出根部包覆翌補強之效 然位於無根部包覆塑補強之管線系統底座以，柱 之錨栓5拔出且底板4浮動著，運用混凝土之根部 i i補強將使底板4之浮動狀況消失。 (其他具體實施例） :然上述具體實施例揭示耐震強 柱基礎上，帷太旅姐并， 人不久應社月柱狀鋼 構造ΐ鋼杜Ϊί 限定於此亦適用於任何其他 構：之鋼柱基礎’例如圓柱狀之鋼柱基礎。 而Ϊ文St:;:上：具？實施例中之地基。對地基 及其他混凝土材料皆可加以：化混凝土鋼構以 上述具體實施例揭干总始/或鋼材構件亦可利用。 晏不胃線,τ、統底座做為鋼柱基礎結構之範 473578 五、發明說明（12) 例，然而本發明並 造，例如一般之土 此外，本發明未 例僅為一範例，具 申請專 皆在本 事實 面未直 材加以 界面處 生彎曲 根部包 曲力矩 形狀構 填充 形之材 樹脂之 及金屬 料。事 基礎上 此外 時與填 礎上彎 情況比 利範圍中所 發明之技術 上任何構造 接連接至根 填充，因此 連接作用力 變形，鋼柱 覆構件加以 明顯的降低 件。 材之材料未 料亦可加以 聚合物材料 合金材料， 實上，填充 所產生彎曲 ’在本發明 充材填充之 曲力矩之效 較，施加外 未限定於 木工程結 限定於上 有相同結 揭示之技 範圍中。 皆可加以 部包覆構 柱材基礎 變小，且 基礎上大 吸收，因 。此外， 此 構。 述具體實 構之任何 術概念， 其亦適用於任何其他構 施例’上述具體實施 構造皆可做為本發明 其類似之操作及效果 運用，复 件，其間 底端側面 所施加之 部份之彎 此自柱材 其亦可利 限定於 利用， ，包含 以及由 材可為 力矩之 中該空 間隙比 果降低 力在鋼 防振動橡膠 例如不同種 崔呂板，銘合 包含遞青之 當施加外力 材料。 隙可不必以 較’當施加 。然而，與 柱基礎上所 中柱材基礎之底端側 具有一間隙並以填充 與根部包覆構件之間 外力在鋼柱基礎上產 曲力矩皆由填充材及 基礎傳遞至地基之彎 用組成該構造之任何 ，其:他彈性或塑性變 類之橡膠’包含環氧 金及辞板之金屬材料 石油或煤製成之材 時任何能夠吸收鋼柱 填充材加以填充，此 一外力，吸收鋼柱基 間隙充滿著填充材之 產生彎曲變形之允許

第16 I 473578 五、發明說明（13) 範圍因空隙之最佳運用而變大。其結果使鋼柱基礎上所產 生且自柱材基礎傳遞至地基之彎曲力矩因空隙的存在而變 小。由上述兩種效果得知，在間隙存在的情況下一空隙具 有與間隙充滿著填充材情況之相同效果。

第17頁 m m 473578 圖式簡單說明

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Claims (1)

1. 473578 案號 89124655 曰 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種根部包覆型耐震強化構造，其中安裝在地基構件 上之柱材基礎以根部包覆構件加以補強，該耐震強化構造 包括： 一缓衝部位，其位於該柱材基礎與根部包覆構件之間。 2 .根據申請專利範圍第1項之根部包覆型耐震強化構 造，其中該緩衝部位係位於柱材基礎與根部包覆構件之間 的間隙。 3 .根據申請專利範圍第1項之根部包覆型耐震強化構 造，其中該缓衝部位位於柱材基礎與根部包覆構件之間並 以填充材加以填充。 4.根據申請專利範圍第3項之根部包覆型耐震強化構 造，其中該根部包覆構件及填充材在柱材變形時控制著彎 曲力矩。 5 .根據申請專利範圍第3項之根部包覆型耐震強化構 造，其中該填充材為包含防振動橡膠之彈性變形材料或包 含彈簧之彈性元件。 6 .根據申請專利範圍第3項之根部包覆型耐震強化構 造，其中該填充材為包含金屬材料或金屬合金之塑性變形 材料或塑性變形結構元件。 7根據申請專利範圍第1至6項任一項之根部包覆型耐震 強化構造，其中該根部包覆構件為補強混凝土之根部包覆 構件，其形成係藉由置放補強棒在該柱材基礎及地基構件 頂端部位之外側周邊處，將外側纏繞箍件配置在該補強棒 之外側周邊處，以及將混凝土澆置在該外側纏繞箍件内之

   O:\66\66646.ptc 第19頁 473578 _案號 89124655_年月日_ί±£-_ 六、申請專利範圍 空間中。 8. 根據申請專利範圍第1至6項任一項之根部包覆型耐震 強化構造，其中由外力在該柱材基礎上產生之彎曲抑制作 用力消失了，且該柱材基礎上所產生之彎曲力矩受到控 制，因此可強化該地基構件。 9. 根據申請專利範圍第7項之根部包覆型耐震強化構 造，其中由外力在該柱材基礎上產生之彎曲抑制作用力消 失了 ，且該柱材基礎上所產生之彎曲力矩受到控制，因此 可強化該地基構件。 10. —種根部包覆型耐震強化方法，其中安裝在地基構 件上之柱材基礎以根部包覆構件加以補強，該方法包括： 一緩衝步驟，其控制著該柱材基礎上所產生之彎曲力 矩，該彎曲力矩之形成係在基礎及根部包覆構件之間部位 處施加一外力至該柱材；與 一調整步驟，其藉由吸收該緩衝步驟中受到控制之彎曲 力矩而進一步的控制著彎曲力矩。 11 . 一種根部包覆型耐震強化方法，其中安裝在地基構 件上之柱材基礎以根部包覆構件加以補強，該方法包括： 提供形成間隙之材料，其步驟係提供一材料，該材料在 面對根部包覆構件之基礎外側周邊處形成一間隙； 一固定步驟，其在該柱材基礎至地基構件頂端部位之範 圍外側周邊處理配置補強棒，將外側纏繞箍件配置在該補 強棒之外側周邊處，以及固定該補強棒至地基構件之頂端 部位；

   O:\66\66646.ptc 第20頁 473578 _案號 89124655_年月曰__ 六、申請專利範圍 一構件形成之步驟，其在該固定步驟中外侧纏繞補強棒 内之空間中澆置混凝土以形成強化混凝土根部包覆構件， 其包含該提供形成間隙之材料步驟中所提供之材料；與 一間隙形成之步驟，其自該構件形成步驟中補強混凝土 根部包覆構件處移開該形成材料而產生一間隙。 1 2 .根據申請專利範圍第1 1項之根部包覆型耐震強化方 法，其另包括一填充步驟，以一填充材充滿著該間隙形成 步驟中所形成之間隙。

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