分析模式驗證

4.1 分析模型介紹

試體製作

試體採用國內常用鋼梁斷面RH 588×300×12×20，長度 9 m。樓板 是將鋼承板內澆置混凝土構成，鋼承板尺寸2W-0.76，樓板長度 7 m，

寬度90 cm，厚度 15 cm。鋼梁與樓板以剪力釘連接。合成梁組裝完 成後，依照 CNS 12514 規範規定佈置熱電偶線，配置如圖 4-1 至圖 4-2 所示。熱電偶線設置完成後，對鋼梁進行防火被覆施作，試體製 作完成，如圖4-3 至圖 4-5 所示。

試驗程序與試驗變數

一共進行三組試驗，試驗變數為是否施加載重與防火被覆厚度。

加載試驗為四點加載，加載點位於試體支撐間距1/8、3/8、5/8 及 7/8 的位置，試體支撐間距為8 m，每個加載點施加 95.2 kN 的力量，加

載完成後，爐內依照 CNS 標準加熱溫度－時間曲線進行加熱試驗，

CNS 標準加熱溫度－時間曲線如圖 4-6 所示。防火被覆厚度分為 11 mm 與 14 mm 兩種。三支試體有無加載、被覆厚度與試驗時間彙整於 表4-1。試驗後情形如圖 4-7 所示。

材料與溫度輸入

鋼材常溫下之彈性模數為202,000 MPa，鋼材拉力試片經拉力試 驗所得到降伏強度為 350 MPa，混凝土常溫下之彈性模數為 25,800 MPa，抗壓強度為 30.2 MPa，高溫下彈性模數、降伏強度與極限強度 由前一章節公式計算，整理於表 3-2 與表 3-3，分析之熱傳導係數、

比熱、熱膨脹係數等參數參考前一章節。

分析溫度擷取試驗熱電偶線所量測數值輸入分析模型中，三組試 體熱電線量測溫度如圖4-8 至圖 4-22 所示。由於試體縱向熱電偶線測 點間距大，因此將縱向兩相鄰熱電偶線所量測溫度做平均，使分析溫 度能更加合理。試驗時樓板無埋設熱電偶線，本研究採用Huang et al.

(1995)試驗資料，將溫度輸入樓板表面，如圖4-23 所示。

4.2 分析結果與討論

試體1

由時間-撓度關係 (圖 4-24)可知，開始加熱至 20 分鐘後，分析模 式之變形曲線與試驗之變形曲線有差異，可能原因是分析所採用樓板 溫度於分析前期與實際樓板溫度有差異，而造成曲線不規則變化；加 熱20 分鐘後，分析曲線與試驗曲線之變形速率皆開始加快；在 20 分 至 60 分鐘期間內，試驗曲線和分析曲線斜率皆為維持一致的情形，

分析與試驗結果相當吻合。試驗所得試體跨距中點撓度為36.1 mm，

分析所得試體跨距中點撓度為33.5 mm。

試體2

由時間-撓度關係 (圖 4-25)可知，開始加熱至 20 分鐘後，試驗曲 線與分析模式之變形曲線維持平緩；加熱 20 分鐘後，分析模式和試 驗結果升溫變形速率開始增快；加熱 80 分鐘後試驗曲線斜率產生改 變，由熱電偶線資料可知，1 號至 5 號測點腹板溫度，除 1 號測點腹 板溫度接近 600 度，2 至 5 號測點腹板溫度皆超過 600 度，由表 3-2 知，當鋼材溫度到達600 度時，降伏強度只有常溫時的 47%，彈性模 數更大幅下降為常溫時的31%，使得試體撓度增加；加熱 100 分鐘至 120 分鐘後，分析模式曲線斜率急劇增加，而試驗曲線下降較緩，可

能原因是分析樓板溫度與實際試驗樓板溫度不同，實際樓板溫度受熱 也並非均勻，未埋設熱電偶線部位之鋼梁溫度在分析時是採取接近兩 測點熱電偶線溫度取平均值，可能與實際情形有所不同，而使兩條曲 線於末段產生差異。試驗所得試體跨距中點撓度為184 mm，分析所 得試體跨距中點撓度為236 mm。

試體3

由時間-撓度關係 (圖 4-26)可知，開始加熱至 20 分鐘後，分析模 式之變形曲線與試驗之變形曲線走勢皆相當平緩，加熱 20 分鐘後，

分析曲線與試驗曲線斜率都有增大的趨勢，此時有多個測點溫度超過 200 度，當鋼材溫度到達 200 度時，彈性模數開始折減；加熱 20 分 鐘至 70 分鐘，分析曲線與試驗曲線雖然都有下降的趨勢，但分析曲 線撓曲速率較慢，可能原因是上翼板熱電偶線測點溫度較高，但上翼 板溫度分佈並非如是，分析採用測點溫度，因梁上翼板溫度過高，梁 上部熱膨脹使得撓度增加速率較緩；加熱70 分鐘至 93 分鐘，分析曲 線與試驗曲線皆開始急降，由熱電偶線資料得知，除了測點 1 可能因 加熱爐的因素造成測點溫度偏低外，測點2 至測點 5 之熱電偶線溫度 幾乎都超過600 度，造成撓度急速增加。試驗所得試體跨距中點撓度 為260.8 mm，分析所得試體跨距中點撓度為 240 mm。