內政部訂定「混凝土結構設計規範」內容,主要是參考美國混凝土學會ACI 318-05規範,其中耐震梁柱構架及剪力牆主筋降伏強度等級上限為420 MPa。近15年來ACI 318規範經過共4次修訂,內容及架構已大幅變革,最大的變革是ACI 318-19規範放寬耐震梁柱構架及剪力牆主要鋼筋,可使用高強度550 MPa及690 MPa等級鋼筋。結構使用高強度鋼筋可以降低鋼筋用量,較經濟且有助於舒緩梁柱接頭或剪力牆鋼筋過於擁擠、難以施工的問題。我國國家標準CNS 560鋼筋規格107年新增550 MPa和690 MPa等級鋼筋,國內亦有鋼廠能生產,各界期盼我國混凝土結構規範跟進ACI 318-19規範,允許耐震結構使用高強度鋼筋。為因應此一趨勢,本研究針對「混凝土結構設計規範(草案)」鋼筋機械式續接部分試驗程序和合格標準(如表1所示)進行修正,並經實驗證明修正內容可適用於所有等級鋼筋,業經「混凝土結構設計規範(草案)」審查專案小組審議通過,將納入「混凝土結構設計規範」第26.6.5節,讓業界有所依循。
為期使我國規範能與時俱進,本所陸續於105及106年度辦理「混凝土結構技術規範之修正研擬」及「建築工程鋼筋機械式續接性能基準及驗證研究」計畫,完成「混凝土結構設計規範(草案)」,惟草案內容係以ACI 318-14規範為藍本。本研究參考ACI 318-19規範更新部分內容,放寬耐震結構系統主筋使用550 MPa等級,橫向鋼筋最高可達690 MPa等級,並按CNS 15560試驗法及自訂的試驗程序,執行100餘組高塑性反復載重試驗,測試範圍涵蓋場鑄和預組、預鑄工法可能使用的續接器樣式,包含擴頭滾牙續接器、摩擦銲接續接器、砂漿填充式螺紋節鋼筋續接器、砂漿充填式續接套管等,如圖1所示。藉由續接組件試驗檢討高塑性反復載重試驗程序及其允收標準,研擬表2修正建議如下:
一、放寬鋼筋規格適用範圍至690 MPa等級,並配合修正機械式續接試驗程序和表1之合格標準,新增第三類(SA級)機械式續接要求為韌性接合,可用於地震時鋼筋可能降伏並承受多次反復非彈性應變之位置。
二、修正表1高塑性反復載重試驗加載程序,維持迴圈數不變,但塑性倍率建議為n倍之鋼筋標稱降伏伸長量()及2倍各8回,對於420 MPa等級之鋼筋,採用塑性倍率n=6;550 MPa等級之鋼筋,採用塑性倍率n=5;690 MPa等級之鋼筋,塑性倍率n=4。
近年來國內鋼筋機械式續接技術大有進步,因應高強度鋼筋需求及預組預鑄工法也有各種等級樣式之續接器可供選擇,本研究成果已於109年11月13日於本所大坪林聯合開發大樓15樓舉辦成果說明會。本次說明會介紹我國混凝土設計規範之變革,著重於使用高強度鋼筋所帶來之改變,藉由進行多組高強度鋼筋機械式續接器觀察試驗數據後,訂定新版高強度鋼筋機械式續接合格標準,並針對其設計、施工、檢驗進行說明,且一併對於鋼筋續接擴頭錨定之設計及施工相關規定進行解說,期望各設計及施工單位對於新版混凝土結構規範之高強度鋼筋機械式續接器及鋼筋續接擴頭錨定各項細節充分瞭解。
表1 鋼筋機械式續接試驗性能合格標準〔適用490 MPa等級以下〕
(原混凝土結構設計規範(草案)表26.6.5.2)
試驗項目
(取樣頻率)
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加載程序
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指標
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合格標準
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第二類
(SA級)
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第一類
(B級)
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單向拉伸及滑動試驗
(1/100)
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0→0.95→0.02
→拉至破壞
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抗拉強度
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且
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殘留滑動量
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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9%,鋼筋尺度D32以下
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6%,鋼筋尺度D36以上
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重複負載及滑動試驗
(1/1000)
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0→(0.95↔0.02)30回
→拉至破壞
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抗拉強度
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不適用
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|
滑動量
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不適用
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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不適用
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高塑性反復負載試驗
(1/1000)
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0→(0.95↔
-0.5)16回→(6↔
-0.5)8回→(12↔
-0.5)8回
→拉至破壞
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抗拉強度
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且
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不適用
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滑動量
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不適用
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滑動量
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不適用
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滑動量
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不適用
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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9%,鋼筋尺度D32以下
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不適用
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6%,鋼筋尺度D36以上
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[1]兩段被續接鋼筋伸長率取大值
表2 鋼筋機械式續接試驗性能合格標準(建議修正混凝土結構設計規範(草案)
表26.6.5.2)
試驗項目
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加載程序
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指標
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合格標準
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第三類
(SA級)
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第二類
(A級)
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第一類
(B級)
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單向拉伸及滑動試驗
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0→0.95→0.02
→拉至破壞
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抗拉強度
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且
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且
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殘留滑動量
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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9%,鋼筋尺度D32以下
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|
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6%,鋼筋尺度D36以上
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重複負載及滑動試驗
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0→(0.95↔0.02)30回→拉至破壞
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抗拉強度
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不適用
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不適用
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滑動量
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不適用
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不適用
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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不適用
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不適用
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高塑性反復負載試驗
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0→(0.95↔ -0.5)16回→(n↔ -0.5)8回→(2n↔ -0.5)8回→拉至破壞[2]
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抗拉強度
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且
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且
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不適用
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滑動量
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不適用
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滑動量
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不適用
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滑動量
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不適用
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不適用
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續接處外鋼筋之伸長率[1]
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9%,鋼筋尺度D32以下
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不適用
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6%,鋼筋尺度D36以上
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[1]續接處外兩側鋼筋伸長率之較大值。
[2]第二類(A級)完成24回後可拉至破壞;fy4,200 kgf/cm2 [420 MPa]之鋼筋,塑性倍率n=6;fy=5,600 kgf/cm2 [550 MPa]之鋼筋,塑性倍率n=5;fy=7,000 kgf/cm2 [690 MPa]之鋼筋,塑性倍率n=4。
圖1 符合CNS 15560鋼筋機械式續接檢驗法