有限元素分析結果與討論

有限元素分析模擬試體在加溫爐之行為，依實驗室溫及平均爐內升溫溫度，

分別設定初始溫度及受熱面升溫情形，求出模型中各節點之溫度變化。實驗前試 體之初始溫度約為 33.5℃。由試體溫度測點結果顯示，防火棉包覆之鋼材最高溫 度接近 200℃，此溫度下鋼材各項之材料性質與常溫下並無太大差異，因此分析 中不考慮溫度透過防火棉傳遞至試體之影響。本節將討論試體 WUF-W 有限元素 模型之分析結果並與實驗結果比較。

壹、 試體 WUF-W 之分析結果

分析後可得試體 WUF-W 之每 10 分鐘溫度分布結果，如圖 5-9 所示，受火 害溫度最高可達 750℃，由於梁上翼板及上層柱部分未直接受火，其主要升溫來

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源為受火之梁、柱部分的溫度傳導，因此梁上翼板升溫速度較慢，而上層柱的溫 度只有接近接頭部分有約 200℃。圖 5-10 至圖 5-18 為實驗和分析之各溫度測點 的結果比較圖，結果顯示模型各測點溫度與實驗結果接近，僅梁 BT1 與 BT3 斷 面溫度與實驗差異較大。造成斷面溫度差異之原因可能為分析模型因忽略剪力板 與螺栓，而實際 BT1 斷面包含梁腹板及剪力板厚度，因此影響斷面升溫之幅度；

BT3 斷面於實驗時位置為在側撐鋼架內部，因受到阻擋而受熱不易，故 BT1 及 BT3 斷面實驗溫度較分析結果低。除梁 BT1 與 BT3 斷面溫度因實驗與分析情形 有差異而造成非完全一致外，分析模型之熱傳分析可合理預估試體之溫度變化。

分析模型之溫度隨著爐內升溫而漸增，且模型各部件之材料隨溫度增加而強 度折減。於加溫至 47 分鐘，下層柱表面溫度約為 750℃，此溫度依 Kwon(2013) 之研究結果，鋼材之彈性模數及降伏強度分別折減至 0.13 及 0.18 倍。梁加載點 變形之分析結果於實驗結果比對如圖 5-19。模型於加溫初期，梁加載點向上變形 1 mm，並於 20 分鐘後向下變形，撓曲速率逐漸增加。試體之分析結果與實驗行 為趨勢相同，而實驗之最大向上位移變形量為 6 mm，與分析相比有些微差異，

其可能原因為分析試體相較實驗為理想狀態。柱軸向最大變形量如圖 5-20 所示，

分析結果為 21.7 mm，其值與實驗結果 20.6 mm 接近。

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10 分鐘 20 分鐘 30 分鐘

40 分鐘 47 分鐘

圖 5-9 試體 WUF-W 每 10 分鐘之溫度分布圖

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-10 試體 WUF-W 梁 BT1 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

圖 5-11 試體 WUF-W 梁 BT2 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-12 試體 WUF-W 梁 BT3 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

圖 5-13 試體 WUF-W 梁 BT4 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-14 試體 WUF-W 柱 CT3 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

圖 5-15 試體 WUF-W 柱 CT4 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-16 試體 WUF-W 柱 CT5 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

圖 5-17 試體 WUF-W 柱 CT6 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-18 試體 WUF-W 柱 CT7 斷面溫度測點-時間關係比較圖

（資料來源：本研究整理）

圖 5-19 試體 WUF-W 梁加載點變形-時間關係圖 (δB1)

（資料來源：本研究整理）

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圖 5-20 試體 WUF-W 柱軸向變形-時間關係圖 (δCol)

（資料來源：本研究整理）

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