數值結果與討論

本研究高溫實驗驗證對象分別為：(Ⅰ) 一般鋼托梁式接頭於升溫下定 載加溫試驗[Type C]，及(Ⅱ) 部分耐火鋼托梁式接頭於升溫下定載加溫試驗 [Type D]。

在熱傳部分皆以熱傳模式分析，而結構分析加以考慮螺栓接合的作 用，依序分析步驟為給予螺栓預力、柱加載軸力、梁施於固定載重，以及 開始加熱升溫等階段，除了檢視外力加載後的結構示意相容性外，也考量 到 試 體 各 部 分 局 部 破 壞 的 相 符 性 ， 亦 將 梁 是 否 產 生 側 向 扭 轉 挫 屈

（Lateral-Torsional Buckling）再次驗證。

以下就試驗Ⅰ、Ⅱ實驗數據與分析數值作比較與討論：

（Ⅰ）一般鋼托梁式接頭於升溫下定載加溫試驗[Type C]

（1）ㄧ般鋼托梁式梁柱接頭在加溫狀態下，梁柱接頭的溫度-梁端變 位（DB4）關係（圖 2-16）而言，分析所得破壞溫度數值結果 約為 500℃，而試驗所測得的破壞溫度為 510℃，其誤差為 2%，

兩者趨勢相符；若以升溫時間與變位（圖 2-17）來看，實驗在 24 分鐘多發生破壞，分析則在 25 分鐘左右產生，誤差約 1 分

說，（DB3）變位之分析得破壞溫度達 500℃，而試驗則在加 熱溫度約 500℃左右開始破壞，兩者趨勢亦相符；若以升溫時 間-變位（圖 2-19）關係探討，分析數值與實驗數據的破壞時 間皆為 24 分鐘左右開始發生劇烈變位，亦符合預期結果。

（3）論以梁柱接頭的相對轉角而言，由溫度或時間與其關係圖（圖 2-20 與 2-21）來看，產生大變形的溫度大致上皆在 500℃左右，

而破壞時間都在 24 分鐘左右，都符合預期性破壞結果。

（4）圖 2-22 為一般鋼材托梁式梁柱接頭試驗的試體施加螺栓預力、

柱施加軸載重與梁端加載後的試體分析示意圖，接著再導入溫 度效應後，所得的試體變形結果（如圖 2-23 與 2-24），顯示 出接頭結構並沒有產生扭轉，唯梁下翼鈑發生挫屈變形，實驗 與分析兩者比較相符；另外，分析亦有考量螺栓預力作用的效 應，如圖 2-25。

（Ⅱ）部分耐火鋼托梁式接頭於升溫下定載加溫試驗[Type D]

（1）部分耐火鋼托梁式梁柱接頭在加溫狀態下，梁柱接頭的溫度-梁端位移（DB4）的關係（圖 2-26）而言，析所得破壞溫度數 值結果約為 610℃，而試驗所測得的破壞溫度為 610℃，兩者 趨勢相符；若以時間-梁端位移（DB4）曲線（圖 2-27）對照，

其分析與實驗曲線幾乎重合，兩者皆在升溫時間為為 29 分鐘 時發生破壞。

（2）在本試驗裡，就溫度-梁端變位（DB3）關係曲線（圖 2-28）來 說，梁端變位（DB3）之分析得破壞溫度約至 620℃，而部分 耐火鋼托梁式接頭試驗加熱溫度達 620℃開始破壞，兩者趨勢 幾乎重合；若以時間-梁端變位（DB3）之相互關係（圖 2-29），

破壞時間皆為 29 分鐘開始產生，而未達破壞之前的階段期間，

因為托梁為較硬鋼材(耐火鋼)，而連接梁為較軟鋼材(一般鋼) 故在定載加溫破壞前，DB3 為靠近托梁螺栓接合處，受到托梁 的耐火鋼材較佳抗彎強度特性抑制所致。

（3）由分析與實驗的相對轉角來探討，不論在溫度或是時間上，分 析出的相對轉角結果，都能跟實驗數據相吻合，其趨勢符合預 期性結果(如圖 2-30 與 2-31)。

（4）圖 2-32 為耐火鋼材托梁式梁柱接頭試驗的試體施加螺栓預力、

柱施加軸載重與梁端加載後的試體分析示意圖，接著再導入溫 度效應後，所得的試體變形結果（如圖 2-33 與 2-34），顯示 出接頭結構並無產生扭轉，只有在梁之下翼鈑處發生挫屈變 形，並且比試驗（Ⅱ）之變形較遠離梁柱接合面，實驗與分析 兩者相符，表示耐火鋼確實比一般鋼更能提升在高溫下的抗彎 性能；同樣地，本分析亦有考量螺栓預力作用的效應，如圖

TypeC(DB4)-Temperature&Beam-end deflection

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-16 Type C 溫度-梁端位移(DB4)比較圖

TypeC(DB4)-Time&Beam-end deflection

0

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-17 Type C 時間-梁端位移(DB4)比較圖

TypeC(DB3)-Temperature&Deflection

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-18 Type C 溫度-梁端位移(DB3)比較圖

Test Data ABAQUS Analysis

TypeC(Connection)-Temperature&Rotation

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-20 Type C 溫度-相對轉角(Connection)比較圖

TypeC(Connection)-Time&Rotation

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-21 Type C 時間-相對轉角(Connection)比較圖

圖 2-22 Type C 加載前示意圖

實驗照片 數值分析

圖 2-23 Type C 實驗後試體變形全視圖

實驗照片 數值分析 圖 2-24 Type C 實驗後試體翼鈑局部挫屈變形圖

實驗照片 數值分析

圖 2-25 Type C 加載後試體螺栓預力變化圖

TypeD(DB4)-Temperature&Deflection

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-26 Type D 溫度-梁端位移(DB4)比較圖

TypeD(DB4)-Time&Beam-end deflection

0

Test Data ABAQUS Analysis

TypeD(DB3)-Temperature&Deflection

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-28 Type D 溫度-梁端位移(DB3)比較圖

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-29 Type D 時間-梁端位移(DB3)比較圖

TypeD(Connection)-Temperature&Rotation

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-30 Type D 溫度-相對轉角(Connection)比較圖

TypeD(Connection)-Time&Rotation

Test Data ABAQUS Analysis

圖 2-32 Type D 加載前分析示意圖

實驗照片 數值分析

圖 2-33 Type D 實驗後試體變形全視圖

實驗照片 數值分析 圖 2-34 Type D 實驗後試體翼鈑局部挫屈變形圖

實驗照片 數值分析

圖 2-35 Type D 加載後試體螺栓預力變化圖