TWI796276B - 連接結構 - Google Patents

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TWI796276B TW111135828A TW111135828A TWI796276B TW I796276 B TWI796276 B TW I796276B TW 111135828 A TW111135828 A TW 111135828A TW 111135828 A TW111135828 A TW 111135828A TW I796276 B TWI796276 B TW I796276B
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林敏郎
鍾立來
林敏沁
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財團法人國家實驗研究院
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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Abstract

本發明提供了一種連接結構，設置於一第一邊界構材及一第二邊界構材之間，該連接結構主要包括一主連接件、一增強件、以及一混凝土層，該增強層設置於該主連接件上並圍繞該主連接件的一中間區，且該主連接件與該增強件皆嵌埋於該混凝土層中，該連接結構可解決目前短柱短梁的設計困難，具備優異的耐震性能，且具有更高施工效率。

Description

連接結構
本發明係關於一種連接結構，尤指一種建築物中設置於兩個柱之間、兩個牆體之間或兩個梁體之間的連接結構。
由於短跨度之鋼筋混凝土連接梁容易發生剪力破壞及主鋼筋的握裹滑移破壞，故連接梁為鋼筋混凝土剪力牆系統之重要關鍵構件，對此，現行臺灣及美國皆規範對於短跨連接梁均須採用如圖1所示的對角向鋼筋之配筋型式。然而，如圖1所繪示，連接梁10中除主鋼筋之外，另須加入101對角向配筋的方式，此種形式於現場施作非常困難，因此，本領域的國內外學者均投入相關研究，以探討並設計短跨鋼筋混凝土連接梁的替代方案。舉例而言，目前提出了鋼骨連接梁、鋼骨鋼筋混凝土連接梁、及鋼板鋼筋混凝土複合連接梁等方案，然而，此些設計方案皆有設計複雜、施工不易、破壞模式不明確等需要解決的問題。
例如，鋼板鋼筋混凝土複合連接梁構件中，若以剪力容量大於剪力需求為目的，通常係將一字形鋼板置入傳統梁配筋之 鋼筋混凝土連接梁中，使剪力容量上升。然而，加入鋼板的結果卻也讓整體連接梁彎矩容量上升，造成剪力需求上升。
有鑑於此，亟需一種新穎的高韌性鋼筋混凝土連接件，以替代目前對角向鋼筋配置的方案，解決短柱短梁的設計困難，並同時可達到與規範對角鋼筋相似耐震行為具備優異的耐震性能，且具有更高施工效率。
為了達到上述目的，本發明提供了一種連接結構，設置於一第一邊界構材及一第二邊界構材之間，該連接結構包括：一主連接件，包含一第一塑鉸區、一中間區、以及一第二塑鉸區，該第一塑鉸區連接該第一邊界構材，該第二塑鉸區連接該第二邊界構材，該中間區位於該第一塑鉸區與該第二塑鉸區之間；一增強件，設置於該主連接件的該中間區上並圍繞該中間區；以及一混凝土層，該主連接件及該增強件嵌埋於該混凝土層中；其中，該主連接件係沿一第一方向延伸，該第一邊界構材及該第二邊界構材係沿一第二方向延伸，該第一方向與該第二方向垂直。
於一實施態樣中，該混凝土層包括一第一塑鉸段、一主體段、以及一第二塑鉸段，其中該主體段包覆該主連接件的該中間區以及該增強件，該第一塑鉸段包覆該主連接件的該第一塑鉸區，該第二塑鉸段包覆該主連接件的該第二塑鉸區。
於一實施態樣中，該主體段具有一主體斷面，該第一塑鉸段具有一第一斷面，該第二塑鉸段具有一第二斷面，該主體斷面的面積大於或等於該第一斷面以及該第二斷面。
於一實施態樣中，該主連接件包括複數個主筋以及複數個主箍筋，該增強件包括複數個工作筋以及複數個增強箍筋，所述主筋及所述工作筋皆沿該第一方向延伸，所述主箍筋圍繞緊箍至少部分所述主筋，所述增強箍筋圍繞緊箍至少部分所述工作筋。
於一實施態樣中，該主筋的截面積大於或等於該工作筋的截面積。
於一實施態樣中，該連接結構更包括複數個繫筋，每一所述繫筋圍繞緊箍至少部分所述主筋及至少部分所述工作筋。
於一實施態樣中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為相鄰的柱，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接梁。
於一實施態樣中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為上下相鄰的梁，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接柱。
於一實施態樣中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為相鄰的剪力牆，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接梁。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
10:連接梁
101:主鋼筋
1000:連接結構
2001:第一邊界構材
2002:第二邊界構材
1:主連接件
11:第一塑鉸區
12:中間區
13:第二塑鉸區
14:主筋
15:主箍筋
2:增強件
21:工作筋
22:增強箍筋
3:混凝土層
31:第一塑鉸段
32:主體段
33:第二塑鉸段
4:繫筋
D1:第一方向
D2:第二方向
圖1為現有技術對角鋼筋之示意圖；圖2為本發明鋼筋混凝土連接結構之示意圖；圖3為本發明連接結構之剖面示意圖；圖4為本發明連接結構之剖面示意圖；圖5為本發明另一實施態樣之連接結構之示意圖；圖6為本發明實施例1的連接結構的測試破壞情況示意圖；圖7為本發明實施例1的連接結構的載重-位移遲滯迴圈及包絡線示意圖；圖8為本發明比較例1的連接結構的測試破壞情況示意圖；以及圖9為本發明比較例1的連接結構的載重-位移遲滯迴圈及包絡線示意圖。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之 目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。
請參考圖2所繪示的連接結構1000，本發明的連接結構1000設置於一第一邊界構材2001及一第二邊界構材2002之間，於本實施態樣中，該第一邊界構材2001與該第二邊界構材2002為兩個相鄰的柱，且沿一第二方向D2延伸，該連接結構1000為設置於相鄰的柱之間的短梁，且沿一第一方向D1延伸，其中，該第一方向D1與該第二方向D2垂直。
詳細而言，該連接結構1000包括一主連接件1、一增強件2、一混凝土層3、以及複數個繫筋4。
其中，該主連接件1係由複數個主筋14以及複數個主箍筋15所構成，所述主箍筋15圍繞緊箍至少部分所述主筋14，其配置方式係如圖3及圖4的斷面所示，且該主連接件1包括一第一塑鉸區11、一中間區12、以及一第二塑鉸區13，該第一塑鉸區11連接該第一邊界構材2001，該第二塑鉸區13連接該第二邊界構材2002，而該中間區12位於該第一塑鉸區11與該第二塑鉸區13之間。
該增強件2係由複數個工作筋21以及複數個增強箍筋22所構成，所述增強箍筋22圍繞緊箍至少部分所述工作筋21，其配置方法係如圖4的斷面所示，該增強件2設置於該主連接件1的該中間區12上並圍繞該中間區12。
於本實施例中所述主筋14的截面積大於所述工作筋21的截面積，然而於其他實施態樣中，其主筋14及工作筋21的截面積大小可依設計或需求而定，而較佳為所述主筋14的截面積大於或等於所述工作筋21的截面積。
再者，每一所述繫筋4圍繞緊箍至少部分所述主筋14及至少部分所述工作筋21，其圍繞緊箍的方式係如圖3及圖4所示，然而，其圍繞緊箍的方法並無特別的限制，可由本領域中具通常知識者依需求而設計所述繫筋4的配置方式，能達到相同目的即可。
該混凝土層3包覆該主連接件1、該增強件2、以及所述繫筋4，使得該主連接件1、該增強件2、以及所述繫筋4嵌埋於混凝土層3中，以完成一鋼筋混凝土結構。該混凝土層3包括一第一塑鉸段31、一主體段32、以及一第二塑鉸段33，其中，該主體段32包覆該主連接件1、該中間區12以及該增強件2，該第一塑鉸段31包覆該主連接件1的該第一塑鉸區11，該第二塑鉸段33包覆該主連接件1的該第二塑鉸區13。該主體段32具有一主體斷面，如沿圖2中的b-b’剖面線所示的圖4，該第一塑鉸段31具有一第一斷面，如沿圖2中的a-a’剖面線所示的圖3，而該第二塑鉸段33具有一第二斷面(同圖3所示)，而該主體斷面的面積大於該第一斷面及該第二斷面的面積。
然而，於其他實施態樣中，如圖5所示，該連接結構1000的整體外觀一致，該第一塑鉸段31、該主體段32、以及該第二塑鉸段33的斷面的面積皆相同，該主體斷面的面積可等於該第一斷面及該第二斷面的面積，可視需求及設計而定。
此外，於另一實施態樣中，該第一邊界構材及該第二邊界構材可為相鄰的梁，該連接結構為設置於相鄰的梁之間的短柱，且相鄰的梁與設置於其間的短柱互為垂直。
[連接結構的反覆載重試驗]
本測試例係以實施例1及比較例1所提供的連接結構做為試體，其試體設計參數如表1所示，並使用四支油壓制動器(MTS)進行加載控制。本測試之加載程序依據ACI 374.1-05[5]之反覆載重試驗之規定，加載程序採用三角形位移波輸出各階段最大層間變位角依序為0.25%、0.375%、0.5%、0.75%、1.0%、1.5%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%與10%，每個層間變位角執行兩迴圈作為一次循環，試驗採用擬靜力之方式加載。實施例1的測試最終破壞情況以及載重-位移遲滯迴圈及包絡線分別如圖6及圖7；比較例1的測試最終破壞情況以及載重-位移遲滯迴圈及包絡線分別如圖8及圖9所示。
Figure 111135828-A0305-02-0010-1
Figure 111135828-A0305-02-0011-2
由圖6至圖9所示測試結果可得知，設計相同跨深比及相同原斷面之實施例1及實施例的連接結構試體，採用於主連接件中段外圍設雙層箍筋及包覆混凝土的增強件以增加斷面面積，實驗結果顯示實施例1的連接結構試體的最大側力強度(Vmax(+))861.4kN，比較例1的連接結構試體的最大側力強度(Vmax(+))562.6kN高1.53倍，從位移能力方面來看，實施例1的連接結構試體極限層間位移(UDR)則為5.81%，比較例1的UDR為12.63%，實施例1為比較力的2.2倍。可以看到採取此補強方式後破壞模式由剪力破壞轉變為撓曲破壞，且連接結構強度提升50%，位移韌性也提升至5.81%。因此，由本測試可證實，藉由於主連接件外圍設置增強層確實能有效提高其層間位移、提升其剪力容量及最大側力強度，使累積能量提升，於反覆載重測試時使塑鉸發生於梁端，並且核心混凝土保持完整。
綜上所述，本發明之鋼筋混凝土連接結構透過連接結構的主連接件外圍設置增強層可有效地解決連接柱及連接梁的設計 困難，並具備有優異的耐震性能，且只需使用鋼筋以及混凝土即可完成，具有施工容易且快速的優勢。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1000:連接結構
2001:第一邊界構材
2002:第二邊界構材
1:主連接件
11:第一塑鉸區
12:中間區
13:第二塑鉸區
14:主筋
15:主箍筋
2:增強件
21:工作筋
22:增強箍筋
3:混凝土層
31:第一塑鉸段
32:主體段
33:第二塑鉸段
D1:第一方向

Claims (9)

  1. 一種連接結構，設置於一第一邊界構材及一第二邊界構材之間，該連接結構包括：一主連接件，包含一第一塑鉸區、一中間區、以及一第二塑鉸區，該第一塑鉸區連接該第一邊界構材，該第二塑鉸區連接該第二邊界構材，該中間區位於該第一塑鉸區與該第二塑鉸區之間；一增強件，設置於該主連接件的該中間區上並圍繞該中間區；以及一混凝土層，該主連接件及該增強件嵌埋於該混凝土層中；其中，該主連接件係沿一第一方向延伸，該第一邊界構材及該第二邊界構材係沿一第二方向延伸，該第一方向與該第二方向垂直。
  2. 如請求項1所述之連接結構，其中，該混凝土層包括一第一塑鉸段、一主體段、以及一第二塑鉸段，其中該主體段包覆該主連接件的該中間區以及該增強件，該第一塑鉸段包覆該主連接件的該第一塑鉸區，該第二塑鉸段包覆該主連接件的該第二塑鉸區。
  3. 如請求項2所述之連接結構，其中，該主體段具有一主體斷面，該第一塑鉸段具有一第一斷面，該第二塑鉸段具有一第二斷面，該主體斷面的面積大於或等於該第一斷面以及該第二斷面的面積。
  4. 如請求項1所述之連接結構，其中，該主連接件包括複數個主筋以及複數個主箍筋，該增強件包括複數個工作筋以及複數個增強箍筋，所述主筋及所述工作筋皆沿該第一方向延伸，所述主箍筋圍繞緊箍至少部分所述主筋，所述增強箍筋圍繞緊箍至少部分所述工作筋。
  5. 如請求項4所述之連接結構，其中，該主筋的截面積大於或等於該工作筋的截面積。
  6. 如請求項5所述之連接結構，更包括複數個繫筋，每一所述繫筋圍繞緊箍至少部分所述主筋及至少部分所述工作筋。
  7. 如請求項1所述之連接結構，其中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為相鄰的柱，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接梁。
  8. 如請求項1所述之連接結構，其中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為相鄰的梁，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接柱。
  9. 如請求項1所述之連接結構，其中，該第一邊界構材及該第二邊界構材為相鄰的剪力牆，該連接結構為該第一邊界構材及該第二邊界構材之間的連接梁。
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TWI780013B (zh) * 2022-03-30 2022-10-01 財團法人國家實驗研究院 梳狀切削鋼板

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