Angle resolved scattering as a tribological investigation tool for surface characterization

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The Behavior of RC Beams Strengthened by Using Web-Bonded Steel Plates

本研究進行一系列鋼筋混凝土樑側貼鋼鈑補強試驗研究，探討補強後形成複合樑構件之各種結構行為變化情形。試驗進行時，製作十字形鋼筋混凝土試體，並將鋼鈑黏結於樑體二側，載重則施加於柱頂端，以模擬樑柱節點補強受力行為。試驗變數方面，區分為強度提升需求、載重型式、模擬破壞程度、補強鋼鈑型式、鋼鈑厚度、加勁措施等數項。 試驗時藉由量測載重位移關係、載重應變關係等資料，以及試驗過程對於破壞現象的觀察紀錄等，探討補強樑的載重維持能力、勁度衰減行為、能量吸收性能、整體複合作用等結構行為變化。本研究同時以應變諧和與材料律為基礎，發展一套簡單的解析模式，用以預估補強樑之極限撓曲強度及彎矩曲率關係。此外，文中也提出補強有效性的評估模式，用以檢驗鋼筋混凝土樑補強之成效。 試驗結果顯示鋼鈑與混凝土界面的破壞模式為補強是否成功的最主要影響因素，純側貼鋼鈑補強試體出現混凝土縱向劈裂破壞現象，構件之強度與勁度快速衰減，呈現韌性不足的脆性破壞模式；而經施以貫穿螺栓或細鋼條加勁改善以後，其強度、勁度衰減行為與能量吸收能力等，均能充分滿足耐震補強設計之需求。A series of experimental study and analytical approach were conducted in this paper to survey the structural behavior of RC beams strengthened with web-bonded steel plates. Cross-shaped specimen was made to simulate an RC beam-column joint. The major experiment variables includes strength enhancement, applied load, precracked level, plate types, plate thickness, stiffened devices. Load-deflection curves, load-strain relationships were measured to investigate the strength capacity, stiffness decay behavior, energy absorption performance and composite action of retrofitted beams. An analytical approach was developed to estimate the ultimate strength and moment-curvature relationship of strengthened beams. And an evaluation model was also proposed in this research to detect the effectiveness of a repaired beam. The experimental result indicates that the failure behavior occurred between steel plates and concrete interface is the major governing factor of the strengthening work. All those specimens purely attached steel plates on web sides behaved brittle failure mode. However, all the retrofitting beams showed good structural performance while the additional stiffened device was applied.中 文 摘 要 I 英 文 摘 要 II 目 錄 II 表 目 錄 X 圖 目 錄 XII 照 片 目 錄 XVII 第一章 緒論 1 1-1研究動機 1 1-2研究目的 4 1-3研究方法與流程 6 第二章 文獻回顧 7 2-1國內相關研究情形 7 2-1-1鋼筋混凝土樑撓曲補強 8 2-1-2鋼筋混凝土樑剪力補強 11 2-1-3鋼筋混凝土柱與樑柱接頭補強 13 2-1-4鋼筋混凝土構架補強 16 2-1-5鋼筋混凝土版與牆之補強 18 2-1-6膠結界面性質 20 2-1-7結構補強之耐久性 21 2-1-8高溫對結構補強之影響 22 2-1-9補強設計與分析 24 2-2國外相關研究情形 28 2-2-1鋼筋混凝土樑撓曲補強 28 2-2-2鋼筋混凝土樑剪力補強 33 2-2-3鋼筋混凝土柱與樑柱接頭補強 35 2-2-4鋼筋混凝土構架補強 36 2-2-5鋼筋混凝土版與牆之補強 37 2-2-6膠結界面性質 37 2-2-7結構補強之耐久性與可靠性 41 2-2-8高溫對結構補強之影響 42 2-2-9補強設計與分析 42 第三章 試驗規劃 45 3-1試驗目的 45 3-2試體設計 47 3-3試體規劃 49 3-3-1鋼筋混凝土樑 49 3-3-2鋼鈑補強型式 49 3-3-3補強鋼鈑厚度 51 3-4材料性質 54 3-5試體製作 57 3-5-1鋼筋混凝土試體灌注 57 3-5-2壓力注入環氧樹脂 58 3-5-3補強鋼鈑施工 59 3-6試驗設備 61 3-7資料量測規劃 63 3-8試體安裝及儀器裝置 64 3-9加載方式與數據收集 65 3-9-1預加載方式 65 3-9-2單向載重試驗 65 3-9-3反覆載重試驗 66 3-10試體編號 67 第四章 側貼鋼鈑補強複合樑分析方法 69 4-1 合理化方法 70 4-1-1補強樑的彎矩與曲率關係 71 4-1-2計算機數值分析演算流程 77 4-2 工程簡化方法 78 4-2-1第一折線區：混凝土破裂階段 80 4-2-2第二折線區：拉力側鋼鈑達初始降伏 82 4-2-3第三折線區：拉力主筋降伏階段 83 4-2-4第四折線區：混凝土達尖峰強度階段 85 4-2-5第五折線區：混凝土達極限狀態 87 4-3 ACI彎矩強度分析方法 88 4-4 剪力強度計算方法 92 第五章 撓曲補強單向載重試驗結果與分析 94 5-1撓曲補強單向載重試驗試體規劃 95 5-2降伏載重 97 5-3補強試體剪力強度評估 98 5-4破壞型態 101 5-4-1控制試體之破壞型態 102 5-4-2 A型補強鋼鈑試體之破壞型態 102 5-4-3 B型補強鋼鈑試體之破壞型態 104 5-4-4 C型補強鋼鈑試體之破壞型態 105 5-4-5 D型補強鋼鈑試體之破壞型態 106 5-4-6 E型補強鋼鈑試體之破壞型態 107 5-4-7 破壞型態之比較 108 5-5補強對極限強度的影響 110 5-6補強對勁度之影響 114 5-7補強試體的韌性行為 119 5-8單向載重作用撓曲補強試體之結構行為討論 122 第六章 剪力補強單向載重試驗結果與分析 124 6-1剪力補強單向載重試驗試體規劃 126 6-2破壞形態 128 6-2-1混凝土樑破壞形態 128 6-2-2連續式鋼鈑補強試體之破壞形態 130 6-2-3不連續式鋼鈑補強試體之破壞形態 132 6-3 鋼鈑剪力補強對極限強度的影響 135 6-4鋼鈑剪力補強對勁度之影響 138 6-5鋼鈑剪力補強對韌性行為的影響 141 6-6受單向載重作用剪力補強試體之總體行為討論 144 第七章 撓曲補強反覆載重試驗結果與分析 145 7-1撓曲補強反覆載重試驗試體規劃 147 7-1-1混凝土樑試體 147 7-1-2補強鋼鈑型式與厚度之考量 147 7-1-3試驗材料 148 7-1-4試驗加載方式 148 7-2載重位移曲線 149 7-3與靜態加載試驗結果比較 151 7-4尖峰載重與極限撓曲強度預估 153 7-5補強樑破壞形態 155 7-5-1 A型鋼鈑補強試體之破壞形態 156 7-5-2 B型鋼鈑補強試體之破壞形態 157 7-5-3 C型鋼鈑補強試體之破壞形態 158 7-6補強樑的強度衰減行為 160 7-7補強樑的勁度衰減行為 162 7-8補強樑的韌性行為 165 7-9反覆載重作用撓曲補強試體之結構行為討論 167 第八章 剪力補強反覆載重試驗結果與分析 169 8-1剪力補強反覆載重試驗試體規劃 171 8-1-1混凝土樑試體 171 8-1-2補強鋼鈑型式 171 8-1-3補強鋼鈑厚度之考量 172 8-1-4試驗材料 173 8-1-5 鋼鈑補強施工 173 8-1-6試驗加載方式 173 8-2載重位移曲線 175 8-2-1純混凝土樑控制試體 175 8-2-2連續式鋼鈑補強樑 175 8-2-3不連續式鋼鈑補強樑 177 8-3尖峰載重與極限撓曲強度預估 179 8-3-1純混凝土樑控制試體 179 8-3-2連續式鋼鈑補強樑 180 8-3-3不連續式鋼鈑補強樑 182 8-4補強樑破壞形態 184 8-4-1 純鋼筋混凝土樑之破壞形態 184 8-4-2 連續式鋼鈑補強試體之破壞形態 185 8-4-3 不連續式鋼鈑補強試體之破壞形態 188 8-5補強樑的強度衰減行為 191 8-5-1 連續式鋼鈑補強試體之強度衰減行為 191 8-5-2 不連續式鋼鈑補強試體之強度衰減行為 193 8-6補強樑的勁度衰減行為 195 8-6-1 連續式鋼鈑補強試體之勁度衰減行為 195 8-6-2 不連續式鋼鈑補強試體之勁度衰減行為 197 8-7補強樑的韌性行為 199 8-7-1 連續式鋼鈑補強試體之韌性行為 199 8-7-2 連續式鋼鈑補強試體之韌性行為 201 8-8反覆載重作用剪力補強試體之結構行為討論 203 第九章補強梁在單向載重作用下之複合行為 206 9-1載重應變行為反應 209 9-2彎矩曲率行為反應 213 第十章 補強有效性評估 215 10-1有效性評估方法 217 10-2有效性評估試驗結果討論 220 第十一章 結論與建議 225 11-1結論 226 11-2建議 230 參考文獻 231 個人著作 表 目 錄 表4-1試體補強後理論彎矩比較表 256 表5-1撓曲補強單向載重試驗試體規劃表 257 表5-2撓曲補強單向載重試驗材料試驗結果 258 表5-3降伏載重與極限載重試驗結果 259 表5-4降伏載重與材料應變 260 表5-5 試體補強前後極限載重試驗結果 261 表5-6 試驗群組MF2xxxx勁度計算值與試驗值比較表 262 表5-7試驗群組MF1xxxx勁度計算值與試驗值比較表 263 表5-8試體極限位移與能量吸收 264 表6-1剪力補強單向載重試驗試體規劃表 265 表6-2試驗載重值與理論計算值比較表 266 表7-1撓曲補強反覆載重試驗試體規劃表 267 表7-2撓曲補強反覆載重試驗材料試驗結果 268 表7-3 試驗尖峰載重值與理論計算值比較 269 表7-4 反覆載重試驗強度衰減試驗結果 270 表7-5強度提升比率試驗結果 270 表7-6反覆載重試驗勁度衰減試驗結果 271 表7-7勁度提升比率試驗結果 271 表7-8反覆載重試驗累積能量吸收試驗結果 272 表7-9累積能量提升比率試驗結果 272 表8-1剪力補強試體規劃表 273 表8-2 試驗尖峰載重值與理論計算值比較 274 表8-3連續式鋼鈑補強試體強度衰減試驗結果 275 表8-4連續式鋼鈑補強試體強度提升比率試驗結果 275 表8-5不連續式鋼鈑補強試體強度衰減試驗結果 276 表8-6連續式鋼鈑補強試體勁度衰減試驗結果 277 表8-7連續式鋼鈑補強試體勁度提升比率試驗結果 277 表8-8不連續式鋼鈑補強試體勁度衰減試驗結果 278 表8-9不連續式鋼鈑補強試體勁度提升比率試驗結果 278 表8-10連續式鋼鈑補強試體累積能量吸收試驗結果 279 表8-11連續式鋼鈑補強試體累積能量吸收提升比率試驗結果 279 表8-12不連續式鋼鈑補強試體累積能量吸收試驗結果 280 表8-13不連續式鋼鈑補強試體累積能量吸收提升比率試驗結果 280 表9-1複合度比值試驗結果 281 表10-1強度提升指標試驗結果 282 表10-2韌性提升指標試驗結果 282 圖 目 錄 圖1-1 研究流程圖 283 圖3-1 模擬樑柱結點試驗條件 284 圖3-2 十字型單元試體外觀尺寸 284 圖3-3 環氧樹脂剪力強度試驗 285 圖3-4 環氧樹脂剪力強度試驗結果 285 圖3-5 試驗用反力架 286 圖3-6 試驗資料擷取系統配置圖 286 圖3-7 位移計、應變計與荷重計配置 287 圖3-8 鋼鈑應變計配置位置 287 圖3-9 反覆載重試驗加載流程 288 圖4-1 Hognestad混凝土應力應變曲線 289 圖4-2 演算構件斷面示意圖 289 圖4-3 簡化彎矩曲率關係模型 290 圖4-4 簡化混凝土應力應變模型 290 圖4-5 第一折線區應力應變分佈圖 291 圖4-6第二折線區應力應變分佈圖 291 圖4-7第三折線區應力應變分佈圖 292 圖4-8第四折線區應力應變分佈圖 292 圖4-9第五折線區應力應變分佈圖 293 圖4-10補強斷面極限狀態下應力應變分佈圖 293 圖4-11補強試體剪力強度分析 294 圖5-1 MF1xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 295 圖5-2 MF2xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 295 圖5-3 A型補強鋼鈑細部 296 圖5-4 MF2Bxxx補強鋼鈑細部 296 圖5-5 C型補強鋼鈑細部 297 圖5-6 D型補強鋼鈑細部 297 圖5-7 E型補強鋼鈑細部 298 圖5-8 MF1Bxxx補強鋼鈑細部 298 圖5-9 樑體拉力頂側混凝土裂縫發展型式 299 圖5-10 A型鋼鈑補強試體載重位移曲線比較圖 300 圖5-11 B型鋼鈑補強試體載重位移曲線比較圖 300 圖5-12 C型鋼鈑補強試體載重位移曲線比較圖 301 圖5-13 D型鋼鈑(2mm)補強試體載重位移曲線比較圖 301 圖5-14 D型鋼鈑(4mm)補強試體載重位移曲線比較圖 302 圖5-15 E型鋼鈑補強試體載重位移曲線比較圖 302 圖5-16 MF1BN12試體載重位移曲線圖 303 圖5-17 MF1BN16試體載重位移曲線圖 303 圖5-18 MF1BN20試體載重位移曲線圖 304 圖6-1 MF3xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 305 圖6-2 MS3xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 305 圖6-3 MD3xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 306 圖6-4 A型補強鋼鈑細部 306 圖6-5 B型補強鋼鈑細部 307 圖6-6 C型補強鋼鈑細部 307 圖6-7 G型補強鋼鈑細部 308 圖6-8 I型補強鋼鈑細部 308 圖6-9 控制試體載重位移曲線比較圖 309 圖6-10 MF3FY00與MF3ON00試體載重位移曲線比較圖 309 圖6-11 MS3FY00與MS3ON00試體載重位移曲線比較圖 310 圖6-12 剪力強度部分不足A型補強試體載重位移曲線比較圖 310 圖6-13 剪力強度嚴重不足A型補強試體載重位移曲線比較圖 311 圖6-14 C型補強試體載重位移曲線比較圖 311 圖6-15剪力強度部分不足G型補強試體載重位移曲線比較圖 312 圖6-16剪力強度嚴重不足G型補強試體載重位移曲線比較圖 312 圖6-17 I型補強試體載重位移曲線圖 313 圖7-1 RF1xxxx試體鋼筋混凝土樑配筋細部 314 圖7-2 A補強鋼鈑細部 314 圖7-3 B型補強鋼鈑細部 315 圖7-4 C型補強鋼鈑細部 315 圖7-5 載重循環示意圖 316 圖7-6 RF1ON00 試體載重位移遲滯曲線 316 圖7-7 RF1AN12 試體載重位移遲滯曲線 317 圖7-8 RF1AN16 試體載重位移遲滯曲線 317 圖7-9 RF1AN20 試體載重位移遲滯曲線 318 圖7-10 RF1BN12 試體載重位移遲滯曲線 318 圖7-11 RF1BN16 試體載重位移遲滯曲線 319 圖7-12 RF1BN20 試體載重位移遲滯曲線 319 圖7-13 RF1CN12 試體載重位移遲滯曲線 320 圖7-14 RF1CN16 試體載重位移遲滯曲線 320 圖7-15 RF1CN20 試體載重位移遲滯曲線 321 圖7-16 MF1BN20與RF1BN20 試體包絡線比較圖 321 圖7-17 MF1BN16與RF1BN16 試體包絡線比較圖 322 圖7-18 MF1BN12與RF1BN12 試體包絡線比較圖 322 圖7-19 A型試體樑頂裂縫發展圖 323 圖7-20 B型試體樑頂裂縫發展圖 324 圖7-21 C型試體樑頂裂縫發展圖 325 圖7-22 各載重循環割線勁度之定義 326 圖8-1 鋼筋混凝土樑配筋細部 327 圖8-2 G型補強鋼鈑細部 327 圖8-3 H型補強鋼鈑細部 328 圖8-4 I型補強鋼鈑細部 328 圖8-5 試體RF3ON00載重位移遲滯曲線 329 圖8-6試體RS3ON00載重位移遲滯曲線 329 圖8-7試體RD3ON00載重位移遲滯曲線 330 圖8-8試體RS3AN20載重位移遲滯曲線 330 圖8-9試體RS3AY20載重位移遲滯曲線 331 圖8-10試體RD3AN20載重位移遲滯曲線 331 圖8-11試體RD3AY20載重位移遲滯曲線 332 圖8-12試體RD3BN12載重位移遲滯曲線 332 圖8-13試體RD3BN16載重位移遲滯曲線 333 圖8-14試體RD3BN20載重位移遲滯曲線 333 圖8-15試體RF3CN20載重位移遲滯曲線 334 圖8-16試體RS3CN20載重位移遲滯曲線 334 圖8-17試體RD3CN20載重位移遲滯曲線 335 圖8-18試體RS3GN20載重位移遲滯曲線 335 圖8-19試體RD3GN20載重位移遲滯曲線 336 圖8-20試體RS3GY20載重位移遲滯曲線 336 圖8-21試體RD3GY20載重位移遲滯曲線 337 圖8-22試體RS3HN20載重位移遲滯曲線 337 圖8-23試體RD3HN20載重位移遲滯曲線 338 圖8-24試體RD3IY20載重位移遲滯曲線 338 圖8-25 A型試體裂縫發展過程 339 圖8-26 B型試體裂縫發展過程 340 圖8-27 C型試體裂縫發展過程 341 圖8-28 G型試體裂縫發展過程 342 圖8-29 H型試體裂縫發展過程 343 圖9-1 鋼鈑補強樑複合斷面 344 圖9-2 試體MF2AN20載重應變圖 344 圖9-3試體MF2BY20載重應變圖 345 圖9-4試體MF2CN20-1載重應變圖 345 圖9-5試體MF2CY20-2載重應變圖 346 圖9-6試體MF2CN20-3載重應變圖 346 圖9-7試體MS3AN20載重應變圖 347 圖9-8試體MD3AN20載重應變圖 347 圖9-9 撓曲控制試體MF2ON00彎矩曲率關係曲線 348 圖9-10 MF2Ax20補強試體彎矩曲率關係曲線 348 圖9-11 MF2Bx20補強試體彎矩曲率關係曲線 349 圖9-12 MF2Cx20補強試體彎矩曲率關係曲線 349 圖9-13 MF2Dx20補強試體彎矩曲率關係曲線 350 圖9-14 MS1Ax20補強試體彎矩曲率關係曲線 350 圖9-15 MD1Ax20補強試體彎矩曲率關係曲線 351 圖9-16 MS1Gx20補強試體彎矩曲率關係曲線 351 圖9-17 MD1Gx20補強試體彎矩曲率關係曲線 352 圖10-1 理想化的載重位移曲線 353 圖10-2 試體MF1BN20與RF1BN20 載重位移曲線 353 圖10-3 試體MF1BN16與RF1BN16 載重位移曲線 354 圖10-4 試體MF1BN12與RF1BN12 載重位移曲線 354 照 片 目 錄 照片3-1十字樑單元試體 355 照片3-2灌注混凝土圓柱試體 355 照片3-3鋼筋籠 355 照片3-4鋼模 355 照片3-5試體戶外養護 355 照片3-6預加載試體裂縫發展 355 照片3-7壓力注入環氧樹脂 356 照片3-8試體預留加勁螺栓孔 356 照片3-9貫穿螺栓加勁試體施工 356 照片3-10焊接加勁鋼條試體施工 356 照片3-11補強鋼鈑膠結施工 356 照片3-12試驗油壓作動力系統 356 照片3-13ADAM資料擷取系統 357 照片3-14試體架設情形 357 照片5-1撓曲控制試體破壞情形 358 照片5-2 A型試體破壞情形 358 照片5-3鋼鈑挫屈情形 358 照片5-4混凝土沿箍筋界面撕裂 358 照片5-5明顯的斜張裂縫 358 照片5-6 B型試體裂縫發展 358 照片5-7 B型試體鋼鈑挫屈 359 照片5-8 MF2CN20-1試體裂縫發展情形 359 照片5-9 MF2CN20-2試體裂縫發展情形 359 照片5-10 D型試體未貼鋼鈑側剪力裂縫發展情形 359 照片5-11 D型試體裂縫發展情形 359 照片5-12 E型試體裂縫發展情形 359 照片5-13 E型試體鋼鈑剝離現象 360 照片6-1撓屈控制試體破壞情形 361 照片6-2 MS3ON00試體破壞情形 361 照片6-3 MD3ON00試體破壞情形 361 照片6-4 MF3FY00試體破壞情形 361 照片6-5 MS3FY00試體破壞情形 361 照片6-6 A型試體拉力側裂縫發展 361 照片6-7 A型試體壓力側破壞情形 362 照片6-8 MD3AN20試體破壞情形 362 照片6-9 MD3AY20試體破壞情形 362 照片6-10 C型試體裂縫發展情形 362 照片6-11 MS3GY20試體裂縫發展 362 照片6-12 MS3GN20試體裂縫發展 362 照片6-13 MD3GY20試體裂縫型式 363 照片6-14 MD3GN20試體裂縫型式 363 照片7-1 試體架設情形 364 照片7-2 A型試體鋼鈑挫屈 364 照片7-3 A型試體頂側裂縫發展 364 照片7-4 A型試體底側裂縫發展 364 照片7-5 A型試體鋼鈑剝離情形 364 照片7-6 B型試體裂縫發展 364 照片7-7 B型試體鋼鈑挫屈 365 照片7-8 C型試體鋼鈑挫屈 365 照片7-9 C型試體裂縫發展 365 照片8-1 A型試體鋼鈑剝離 366 照片8-2試體RF1AN20裂縫型式 366 照片8-3試體RS3AN20裂縫型式 366 照片8-4試體RS3AN20裂縫型式 366 照片8-5 B型試體裂縫型式 366 照片8-6 C型試體裂縫型式 366 照片8-7 G型試體裂縫型式 367 照片8-8 H型試體裂縫型式 367 照片8-9 I型試體裂縫型式 36

Application of sputtered ruthenium nitride thin films as electrode material for energy-storage devices

International audienceRuN films that crystallized in the ZnS-like structure with [1 1 1] preferred orientation have been deposited by reactive sputtering. Preliminary results are reported on the electrochemical properties of such films as electrode materials for supercapacitors and lithium-ion batteries. Cyclic voltammetric experiments indicate an attractive capacitance value of 37 F g−1. Moreover, galvanostatic measurements indicate that RuN films reversibly react with lithium through a conversion reaction with Ru(0) nanoparticle formation. A high capacity value of ∼700 mAh g−1 at C/2 rate is achievable