第五章 合成梁分析
6.2 建議
1. 目前國內對混凝土高溫下力學性質(應力應變曲線)與熱學性質(熱傳導、比熱 及熱膨脹)未有完整資料，建議可依火害試驗結果，進而統整一套針對本土混 凝土相關材料試驗，更有利於國內火害相關研究發展。
2. 本次試驗填充式箱型鋼管混凝土柱所施加力量為軸力，因此對於有、無配置 剪力釘試體其耐火時效等，只有少許的幫助，建議後續研究中可將載重型式 改以軸力-彎矩的型式，此方式應該更能明顯看出剪力釘於柱中之效益。
3. 有限元素分析合成梁中，對於鋼梁並未加入防火披覆此項參數，所以於高溫 下鋼梁變形量反倒大於剪力釘變形量，使得分析試驗終止。於後續有限元素 分析或試驗中應考量鋼梁防火披覆的影響，以更貼近實際上情況。
4. 有限元素分析合成梁中，有預載40%極限強度值，建議於後續有限元素分析時 可進行不同預載量，如30%或60%，比對在不同預載量下，對特定溫度下剪力 釘極限強度的影響。
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研究所研究成果報告。
陳誠直 (2012)，「包覆填充式箱型鋼管混凝土柱火害行為研究」內政部建築研 究所研究成果報告。
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表 4-1 包覆填充式箱型鋼管混凝土火害行為研究實驗試體 試體編號 試體尺寸(mm) 載重比 剪力釘
LR0.6-A □ 400×400
×19×19×3360 0.6 有 LR0.3-A □ 400×400
×19×19×3360 0.3 有 LR0.6-B □ 400×400
×19×19×3360 0.6 無 LR0.3-B □ 400×400
×19×19×3360 0.3 無
表 4-2 Gr. 50 之鋼材受溫度影響力學性質折減係數(莊有清 2004)
溫度(°C) kE ,θ Ea ,θ / Ea ky ,θ fay ,θ/ fay ku ,θ fau ,θ / fay
25 1.00 1.00 1.30
100 0.96 0.98 1.39
200 0.92 0.96 1.48
300 0.82 0.77 1.21
400 0.85 0.70 0.95
500 0.68 0.63 0.57
600 0.58 0.39 0.28
700 0.40 0.20 -
36 H5 138.00 166.93 188.70 216.55 226.90 260.59 H6 304.10 310.21 389.90 390.41 468.20 452.73 S4 221.10 321.77 287.00 404.99 350.20 469.34 S5 286.70 337.28 428.50 420.68 444.00 484.30 測點溫度 H4 157.70 173.36 122.30 199.52 214.50 223.94 H5 251.00 298.75 280.60 331.49 348.30 360.18 H6 495.40 501.96 557.90 540.29 626.80 571.46 S4 399.20 519.98 445.60 559.05 478.00 590.65 S5 484.70 533.29 543.70 573.07 589.80 604.01 註：測點位置標示於圖4-4
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表 4-4 無剪力釘試體測點溫度與分析值比較 測點溫度
(°C)
5min 10min 15min 陳誠直
20min 25min 30min 陳誠直 S3 213.30 378.42 279.20 466.90 353.00 530.13 S7/S6 399.80 408.37 500.20 494.35 567.10 551.88 測點溫度
(°C)
35min 40min 44min 陳誠直 C7 102.50 156.71 105.70 182.91 107.80 202.77 S3 418.50 579.91 469.30 614.98 498.20 637.34 S7/S6 620.90 597.68 670.40 629.74 701.90 650.01 註：測點位置標示於圖4-4
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表 4-5 試體 LR0.3 系列和 LR0.6 系列軸向變形與分析結果比較
LR0.3A LR0.3B LR0.6A LR0.6B 陳誠直
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表 5-1 Chen et al. (2012)試體編號及參數設定
Specimen number Slab type Temperatures (oC) Number F-P-20
Solid slab
20 2
F-P-400 400 2
F-P-500 500 2
F-P-600 600 2
F-YP-20
Composite slab with the deck parallel to the steel beam
20 2
F-YP-400 400 2
F-YP-500 500 2
F-YP-600 600 2
F-YC-20
Composite slab with the deck perpendicular to the steel
beam Component Dimension (mm) Material Yield strength
(N/mm2)
Ultimate tensile strength (N/mm2)
Steel flange 12 Q235B 241.0 346.2 Steel web 8 Q235B 244.1 339.9
Rebar 10 HRB335 345.8 462.1
表 5-3 Chen et al. (2012)混凝土版試驗結果 Specimen number Mueasured
temperature (oC)
Ultimate shear load (kN)
Average
(kN) Failure mode
F-P-20 1 20 280
255.2 Stud failure
2 20 230.4 Stud failure
F-P-400 1 400 203.6
196.2 Stud failure
2 400 188.8 Stud failure
F-P-500 1 500 150.8
142.25 Stud failure
2 500 133.7 Stud failure
F-P-600 1 600 87.3
95.1 Stud failure
2 600 102.9 Stud failure
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表 5-6 剪力釘於各參數設定下極限強度值
編號 各預定溫度下極限強度(kN) 破壞形式
分析 Eurocode 分析 Eurocode A28-20 86.57 87.25 剪力釘破壞 混凝土破壞 A28-400 50.75 65.44 剪力釘破壞 混凝土破壞 A28-700 38.66 17.55 剪力釘破壞 剪力釘破壞 A28-1000 7.07 3.05 鋼梁破壞 剪力釘破壞 A35-20 89.68 95.40 剪力釘破壞 剪力釘破壞 A35-400 53.21 76.32 剪力釘破壞 剪力釘破壞 A35-700 39.97 17.55 剪力釘破壞 剪力釘破壞 A35-1000 5.88 3.05 鋼梁破壞 剪力釘破壞 B28-20 90.30 87.25 剪力釘破壞 混凝土破壞 B28-400 53.32 65.44 剪力釘破壞 混凝土破壞 B28-700 40.75 18.78 剪力釘破壞 剪力釘破壞 B28-1000 5.62 3.27 鋼梁破壞 剪力釘破壞 B35-20 95.09 102.08 剪力釘破壞 剪力釘破壞 B35-400 55.24 77.48 剪力釘破壞 混凝土破壞 B35-700 41.62 18.78 剪力釘破壞 剪力釘破壞 B35-1000 3.75 3.27 鋼梁破壞 剪力釘破壞
7
TYP.
35°
400 19
19
400
unit：mm 箱型鋼斷面
FB 1225
48
圖 4-2 箱型鋼管混凝土柱設計圖(陳誠直等人 2012)
1976 LG@200 mm 3360 80 80 16@200=3200
60 60 19
400 60 60
19
35°7 TYP.
unit: mm
400
49
圖 4-3 箱型鋼管混凝土柱設計圖(陳誠直等人 2012) 3030 熱電偶線孔位
(僅前及左視圖)
20 灌漿透氣孔
20 灌漿透氣孔 125 400 125
400 400 400
20 透氣孔 x6 20 透氣孔 x6
箱型鋼柱前、後視圖 箱型鋼柱左、右視圖
131 650
1200
200
3360 5@480=2400
3420 3030 20 30
unit：mm
(a) 混凝土柱模型 (b) 箱型鋼柱及剪力釘模型
(c)剪力釘模型 (d) 有配置剪力釘模型
(a) 混凝土柱模型 (b) 箱型鋼柱模型
(c) 無配置剪力釘模型
(a)分析試體 LR0.6A－
B B
A A
8x12
(a) 混凝土模型
(c) 鋼梁模型 (d)剪力釘模型
(a) 鋼梁翼板溫度達 400 oC 試體分佈情況
(b) 鋼梁翼板溫度達 700 oC 試體分佈情況
(c) 鋼梁翼板溫度達 1000 oC 試體分佈情況
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖
(a) 剪力釘 Von Mises 應力圖 Unit: N/m2
(b) 剪力釘塑性應變圖
(c) 混凝土塑性應變圖