2011年01月24日
摘要
鈦合金強化混凝土是一種新建築材料，使用於土木工程領域，乃以鈦取代鋼來強化混凝土，而得以提高混凝土之工作性能。
背景
在土木工程領域，鋼和混凝土之所能夠結合為一體，是由於兩者之熱膨脹係數接近，以致於能夠降低兩者結合後產生相互錯動之情形。鈦合金和混凝土之熱膨脹係數亦相當接近，並由於鈦有其高強度、質量輕及可塑性大之優越性能，得以作為取代鋼而和混凝土搭配為一體。
說明
以鈦合金取代鋼骨或鋼筋，以作為強化混凝土之結構設計建築材料。
權利要求書
- 所述之鈦合金強化混凝土，根據鈦合金和混凝土之熱膨脹係數差異取其最大值為∆_α=5E-6/°C，在考慮混凝土彈性最大應變量ε_c=0.003之十分之一作為容許之錯動應變下，鈦合金強化混凝土至少能夠承受相較於施工溫度之±60°C以下之溫差。因此，若是以常溫20°C作為施工環境之溫度，並適當以添加冰水或冰塊於混凝土中，以有效控制混凝土澆鑄時產生之水化熱，則鈦合金強化混凝土所能承受之環境工作溫度為-40°C~+80°C，應屬於一般環境溫度所能容許之範圍。若是鈦合金強化混凝土所需之工作溫度可能低於-40°C，則需考慮於混凝土澆鑄時，降低混凝土之水化熱，或選擇於冬季施工。在結構設計上，可考慮將混凝土彈性最大應變量降低為ε_c=0.0027，以作為混凝土設計之標準。
- 所述之鈦合金強化混凝土，得以複合材料理論計算樑、柱、版、牆及基礎之結構強度，或根據現有之鋼骨鋼筋混凝土結構設計規範之規定，進行結構構件強度之計算，並用以比較複合材料理論計算之結果，而後進行最終之結構斷面尺寸之定奪。
- 所述之鈦合金強化混凝土，由於鈦合金之可塑性大，因而在以鈦筋取代鋼筋時，可適當提高最大鈦筋用量為ρ_max=0.75~0.85ρ_b，則可在擁有預警性下，尋求提高鈦筋用量以獲得較經濟之結構設計斷面。
- 所述之鈦合金強化混凝土，由於鈦合金密度僅約為鋼之六成，具有減輕結構自重之用途，得於結構設計時，降低結構樑、柱之荷載，而能在結構設計時，獲得較小之設計斷面，對於整體用鈦量亦能適當減低。對於建築結構而論，結構自重低得減輕地震力，對於相同地表加速度而言，其地震力之大小正比於結構自重。因而，鈦合金強化混凝土得由於結構自重減輕，而能獲得較低之結構基底彎矩，相對能降低其結構設計之難度。
- 所述之鈦合金強化混凝土，由於鈦合金擁有高強度之優點，適合用於搭配高性能混凝土，以進行超高層樓結構設計。
- 所述之鈦合金強化混凝土，由於鈦合金之彈性模數乃約為碳鋼之55%，因而對於相同結構勁度和結構荷載而言，其所產生之位移量將約為碳鋼之1.8倍。因此，在對地震力或風力之結構動力分析時，需要特別就建築結構之結構側移量和層間位移角，以及大跨度或懸臂式樑或版之撓度做控制。在結構各樓層之配置上，可考慮以剪力牆去提高層間結構勁度，以降低層間位移角較大之樓層，或歸屬於設備層及配置較多機器或貨物之樓層。
