文獻回顧

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Chung 等人(2010)以一般常用鋼材 SN490B 與耐火鋼材 SN490C-FR 作為梁柱 接頭之托梁，探討耐火鋼材是否較一般鋼材適合作為梁柱接頭材料，並能保持其 強度及發揮耐火效用。試體設計為 H 型梁接箱型柱托梁式彎矩接頭，研究其受 火行為。藉由結構體原型於受載情形下，以梁上之彎矩反曲點位置施以集中荷重 模擬梁上作用力，實驗設置圖詳如圖 2-3 所示。在相同載重及升溫曲線下做定載 加溫實驗。結果顯示兩種材料都能達到平均溫度超過 500°C 之耐火性能破壞條 件，而以耐火鋼材作為梁柱接頭有更好的耐火性能。

圖 2-3 Chung 等人(2010)試驗設置圖

(資料來源：Chung 等人 2010)

Liu 等人(2002)探討束制鋼梁於火害下之行為，研究不同梁柱接頭型式、軸 向束制強度以及載重比的影響。試體接頭型式以端板或剪力板與柱接合，僅於梁 柱接頭、柱及梁上翼板包覆防火棉，其餘部分直接受火。試驗於梁上兩點加載至 接頭破壞，其實驗設置圖詳如圖 2-4 所示。研究結果顯示，鋼梁在束制條件下有 懸鏈線效應，因此較簡支梁有更好的耐火性能；梁柱接頭以端板連接之耐火性能 更較剪力板佳；而載重比愈小，其耐火溫度愈高。因此梁柱接頭型式及載重比皆 為影響耐火性能之重要參數。

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圖 2-4 Liu 等人(2002)試驗設置圖

(資料來源：Liu 等人 2002)

Ding 及 Wang (2007)以「橄欖球門柱」型式之梁柱子結構實驗，利用其可 提供梁軸向束制力的特性，以四種梁柱接頭型式、載重比及接頭包覆防火棉之有 無作為實驗參數，探討鋼梁受火之行為及破壞模式。試體以剪力板、端板、T 型 及反向槽型接頭與柱接合，僅於梁上翼板包覆防火棉。試驗採用兩點加載型式，

加載至接頭破壞，其實驗設置圖詳如圖 2-5 所示。研究結果顯示，在梁未達到產 生軸向束制的溫度前，所有接頭的行為表現良好；T 型及反向槽型接頭有更好的 耐火性能，其中反向槽型接頭因具更高之剛度及強度，其懸鏈線效應明顯並使梁 具極高的延展性。此研究證實梁柱接頭型式為影響耐火性能之重要參數之一。

圖 2-5 Ding and Wang (2007)試驗設置圖

(資料來源：Ding and Wang 2007)

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阮秋慎(2010)以有限元素分析軟體 ABAQUS 建立模型進行分析，探討鋼結 構抗彎矩梁柱接頭在高溫環境下的行為，分析主體為 SN490 鋼材的箱型柱-I 型

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Chen 等人(2006)以高強度鋼材 BISPLATE 80 (降伏強度為 690 MPa，極限強 度為 790 MPa；機械性質相當於 ASTM A514、EN 10137-2 Grade S690Q 或 JIS G 3128)及一般鋼材 XLERPLATE Grade 350 (降伏強度為 360 MPa，極限強度為 450 MPa；機械性質相當於 ASTM 573-450)進行火害試驗，在不同溫度下進行穩態及 瞬態測試，探討兩者在相同應變下之彈性模數和降伏強度，並了解其極限強度和 熱延展率。Chen 等人亦將實驗結果與 ASCE Manual (1992)、British Standard 5950-8 (1998)及 European Code 3 Part 1.2 (2001)進行比較，討論規範是否保守。

研究結果顯示，當溫度高於 540°C 時，高強度鋼材不論降伏強度和彈性模數的衰

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Qiang 等人(2012a)以高強度鋼材 S690QL 於 22°C 至 700°C 高溫下進行機械 性質試驗，並與同標稱強度的高強度鋼材 BISPLATE 80 比較兩者於高溫下之機 械性質差異性，再與 EC3 (2005)、AISC (2005)、AS4100 (1998)、ASCE (1992) 及 BS5950 (1998)規範比較。如圖 2-7 所示，試驗結果顯示，試片溫度達 600°C 前，各規範對於 S690 強度之預測僅 AS4100 (1998)及 ASCE (1992)較為保守，證 明目前耐火設計標準並不完全適用於所有高強度鋼材。結果亦顯示 S690 及 BISPLATE 80 兩種相同標稱強度之高強度鋼材，於高溫下之機械性質並不相同，

相較於 S690 高溫中的行為，BISPLATE 80 高溫的機械性質於各國規範之預測強 度皆為保守。因此不同種類之高強度鋼材於高溫下的機械性質有其不可預測性。

圖 2-7 Qiang 等人(2012a)各國規範及試驗降伏強度比較圖

(資料來源：Qiang 等人 2012a)

Qiang 等人(2012b)以 S460NL 及 S690QL 兩種高強度鋼材，以 12 組不同之 增溫幅度(20°C 至 1000°C)加熱，待冷卻後進行拉伸試驗，並測定其後火之彈性 模數、降伏強度、極限強度、延展性及冷卻後之應力應變關係，探討高強度鋼材 後火之機械性質。試驗結果顯示，S460NL 和 S690QL 後火之機械性質於溫度達 600°C 前不受影響。以保守方式考慮其受火後的再利用性，顯示 S460 及 S690 兩 種高強度鋼材暴露於 1000°C 之高溫後，皆仍具有足夠的延展性。因此證明此兩 種高強度鋼材於高溫受火後，皆仍可安全的再利用。

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Kwon (2013)以 SM570 及 SM520 兩種高強度鋼材於常溫至 900℃的溫度中進 行高溫力學性質及熱性質試驗，再將兩者結果與一般強度鋼材 SS400 高溫下之 之力學行為進行比較，並根據試驗結果建立不同溫度下之力學性質估算式。試驗 結果如圖 2-8 所示，於 300℃至 700℃時，高強度鋼材之降伏強度及彈性模數相 較於一般強度鋼材，衰減幅度隨著溫度升高有愈明顯的趨勢。熱性質方面，熱傳 導係數及伸長量不論是高強度鋼材或一般強度鋼材於各溫度下的行為變化相 似，然而一般強度鋼材之熱傳導係數明顯高於高強度鋼材，而高強度鋼材之伸長 量則高於一般強度鋼材。

(a) Yield point (b) Elastic modulus

(c) Thermal conductivity (d) Elongation

圖 2-8 Kwon (2013)溫度變化下各鋼材之材料性質比較圖

（資料來源：Kwon 2013）

Choi 等人(2015)比較實務常用之一般鋼材 SN400 與高強度鋼材 SM520 及 SM570 於高溫至冷卻後的材料性質，藉以評估受火後之鋼材能否可於結構中重 新使用。實驗是以將三種鋼材之試片於承受 100℃至 900℃的高溫後並靜置待其 冷卻時進行拉伸試驗。實驗結果顯示，SN400 除於 800℃以外的高溫後，受火前

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與冷卻後其材料強度和剛度幾乎不變，且降伏強度會恢復到原來的 90％以上。

高強度鋼 SM520 及 SM570 在高於 700°C 的高溫下冷卻後會失去原有的強度和剛 度，然而 SM520 及 SM570 在低於 700°C 的溫度下，可恢復其受火前的材料性質。

參、 高強度鋼構造梁柱接頭耐震實驗

高強度鋼材之梁柱接頭耐震實驗重要相關研究文獻如下。

陳誠直等人(2015)探討應用高強度鋼板 SM570 於鋼構造梁柱彎矩接頭的耐 震行為，並探討高強度鋼板材料特性如降伏比、延展性、強度等性質，於梁柱接 頭承受反覆低週波疲勞載重下行為的影響。以不同銲接扇形開孔型式及梁翼切削 有無作為研究參數，如圖 2-9 所示，設計兩組實尺寸 SM570 系列高強度鋼構造 梁柱接頭試體進行反覆加載試驗，並搭配非線性有限元素分析進行參數研究。結 果顯示，兩組試體之層間變位角皆高於 4%，符合國內外耐震規範要求。該研究 驗證採用 SM570 系列高強度鋼板梁柱接頭能確保梁柱接頭的強度與韌性能力達 耐震設計要求。

圖 2-9 陳誠直等人(2015)試體接合細節圖

(資料來源：陳誠直等人 2015)

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陳誠直等人(2016)設計兩組採用 SM570 系列高強度鋼板之擴翼式梁柱彎矩 接頭試體，並搭配國內實務常用之雙圓弧銲接扇形開孔，進行反覆載重實驗，試 體接合細節詳如圖 2-10 所示。實驗結果顯示，兩組試體皆於遠離柱面的梁端產 生塑鉸，並於特定的擴翼末端塑鉸區發展出廣泛的降伏與塑性行為，且兩組試體 皆可達 5%弧度的層間變位角及超過 3%弧度的塑性轉角，皆符合國內外耐震規 範需求。該研究驗證採用 SM570 系列高強度鋼板應用於不同型式之梁柱接頭皆 能滿足梁柱接頭的強度與韌性能力之耐震設計要求，並證實高強度鋼材之梁柱接 頭具優良的韌性行為且無脆性破壞的發生。

圖 2-10 陳誠直等人(2016)試體接合細節圖

(資料來源：陳誠直等人 2016)

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