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moea_joint_essay 102年 [土木] 大地工程學、結構設計

第 二 題

📖 題組:
有一結構系統由兩根相同之橫箍柱和一根簡支樑所組成如【圖 5-1】所示,而其橫箍柱之斷面如【圖 5-2】所示。若不計桿件自重,且材料性質為 f_c' = 210 kg/cm²,fy = 4200 kg/cm²,Es = 2.04×10⁶ kg/cm²,試回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

若樑之最大使用活重 L ( maximum service live load ) 是由短柱之最大允許軸力強度所控制,試問在此最大活重 L 之作用下,樑左端之滾支承至多可以偏離柱中心線幾公分?(5 分) ( 提示:使用 Pn-Mn圖 )
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短柱最大允許軸壓力需符合規範之折減要求,求得此限制後,利用容許彎矩限制反算最大偏心距。

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  1. 找出橫箍柱之最大設計軸力 φPn,max = 0.80 φ Po。
  2. 由此設計載重反推活載重 L 對應的最大允許承載。
  3. 當作用該最大軸力時,根據已求得的 Pn-Mn 折線圖,找出其對應的允許彎矩 Mn。

小題 (一)

試以純軸力狀態、平衡狀況及純樑狀態等三點,簡化為折線方式求 Pn-Mn交互影響曲線(Inteaction Curve)。(10 分)
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計算柱斷面的純軸壓點(Po)、平衡破壞點(Pb, Mb)與純彎矩點(Mo),並繪製這三點連接的折線圖。

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  1. 純軸力狀態 (Pn=Po, Mn=0):Po = 0.85 f_c' (Ag - Ast) + fy Ast。
  2. 平衡狀況 (Pn=Pb, Mn=Mb):設定鋼筋恰達降伏應變,計算受壓區深度 c_b 及各鋼筋應力,由力平衡與力矩平衡求出 Pb 與 Mb。
  3. 純樑狀態 (Pn=0, Mn=Mo):計算純彎矩下之公稱抗彎強度 Mo。
📝 RC柱軸力彎矩交互作用
💡 利用 P-M 交互影響圖,計算特定軸力下結構可容許的最大偏心距。

🔗 最大容許偏心距求解流程

  1. 1 求最大設計軸力 — 計算橫箍柱之 φPn,max = 0.80 φPo
  2. ↓
  3. 2 查圖對應彎矩 — 於 P-M 交互圖找出該軸力下的 Mn 值
  4. ↓
  5. 3 計算偏心距 e — 代入 e = Mn / Pn 求得最大偏移量
🔄 延伸學習:延伸學習:分析偏心距 e 位於壓力控制區或拉力控制區對斷面行為的影響。
🧠 記憶技巧:先算軸力強,再看圖找彎,Mn除以Pn,偏心就出現
⚠️ 常見陷阱:容易混淆橫箍柱 (0.80) 與螺旋箍柱 (0.85) 的最大軸力係數,或漏計 φ 值影響。
P-M 交互影響圖 RC 橫箍柱強度計算 偏心載重分析

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