DUF補強工法性能測試-國震中心實驗參訪活動紀盛

2017年10月31日,台灣宇部股份有限公司赴國家地震工程研究中心進行實驗參訪,本計畫為模擬台灣七層建物之一樓,採用Design U Frame工法(DUF)補強,並進行水平側推實驗,藉由實驗確認該工法之補強性能。

DUF工法為外加場鑄RC構架耐震補強工法(圖1),DUF工法之特點為在既有構架外側增設RC構架,新增構架中特別針對梁柱接頭部分,採用高強度聚合物樹脂砂漿(非一般傳統混凝土)。DUF工法於日本山口大學已進行多次性能測試,並成功取得建築技術性能證明(GBRC),本次活動特別邀請日本山口大學稻井教授,與台灣技師、相關學者、營造單位等,共同參與測試。

課程由日本山口大學 INAI 教授/台灣宇部河本孝紀博士主講,講題: DUF工法於日本應用狀況(圖2);台灣宇部林宜靜技師/國震中心蕭輔沛博士,講題:DUF補強工法暨測試試體介紹(圖3);國家地震工程研究中心蕭輔沛博士,講題:測試試體參觀說明 (圖4)。

測試計畫包含一座既有構架(EXF1)、及兩座補強後試體(DUF1及DUF2)(表1)。本研究委託國家地震工程研究中心,利用MATS系統,分別針對三座試體,進行反復載重試驗。試驗過程中,施加固定之垂直向軸力
(0.15bhf'c),利用層間變位角(水平變位),進行實驗加載控制。

DUF補強工法試驗結果及試體相片,如圖5至10所示。實驗結果顯示,補強後整體結構抗側向能力約為補強前三倍;變形能力亦約為補強前兩倍,證實此補強工法可顯著提升結構體之耐震性能。

當日測試完成現場討論Q& A

1. Q:請問接頭區域要如何澆置?

A:建議可於柱外5cm處設置免拆模網,以避免混凝土於澆置時不慎流入接頭內。

2. Q:植筋有何限制?

A:植筋間距需滿足相關規定(如最小間距、埋置深度等),但若既有混凝土狀況不良,則不適合採本工法進行補強。且本次實驗採用1/2縮尺(以柱尺寸為例:實際柱尺寸為50x60cm,試體柱尺寸採用25x30cm),因此試體植筋間距會有較密的感覺。國震中心補充提到,中心針對既有校舍補強亦有相關植筋研究,若有興趣可以參考。

3. Q:試體設計圖面上之剪力植筋及拉力植筋,有何不同?

A:桿件兩端植筋定義為拉力植筋,其餘中間部分則為剪力植筋。當地震力來臨時,側力會透過剪力植筋傳遞到DUF梁上;惟DUF梁心與既有大梁梁心間,有一偏心存在,此一偏心會造成偏心彎矩,由桿件兩端之拉力植筋承擔該偏心彎矩。

4. Q:日本熊本地震時,DUF補強建物是否有發生損傷?

A:熊本地震發生時,該地區尚未有DUF工法補強之建物。

5. Q:若需補強之建物有假柱,是否可以使用DUF工法?

A:DUF工法不建議施作於假柱外側,建議將假柱拆除後再進行補強工程。

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圖1 DUF 工法示意圖

表1 試體資訊

試體編號

試體型式

破壞模式

EXF 1

口型既有構架

既有柱剪力破壞

DUF 1

口型既有構架+

口型DUF補強

既有柱剪力破壞

DUF柱撓曲破壞

DUF 2

口型既有構架+

ㄇ型DUF補強(無地梁)

既有柱剪力破壞
DUF柱撓曲破壞

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圖2 河本孝紀博士介紹DUF工法於日本應用狀況

 

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圖3 林宜靜技師介紹DUF工法

 

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圖4 MATS的DUF水平側推實驗

 

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圖5 既有試體(EXF1)遲滯迴圈

 

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圖6 補強試體(DUF1)遲滯迴圈

 

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圖7 補強試體(DUF2)遲滯迴圈

 

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圖8 三座試體強度位移包絡線

 

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圖9 既有試體(EXF 1)實驗相片 @ R=1.5% - 既有柱剪力破壞

 

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圖10 補強試體(DUF 1)實驗相片 @ R=2.0% -DUF柱撓曲破壞

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