火害下構件之有限元素分析

本節回顧構件受載重及高溫環境下，利用有限元素分析軟體之相關研究成 果。

目前國內外相關分析研究大部份應用於火害梁與柱構件、CFT (Concrete Filled Tube)構件等。Ding 與 Wang (2008)採用 ANSYS 有限元素分析軟體模擬無 防火被覆CFT 柱受高溫之結構和熱行為；鋼和混凝土接觸介面間以空氣間隙(air gap)的方法模擬，因而得知兩材料之間的滑動對構件位移影響較大。

Espinós 等人(2009)採 ABAQUS 分析軟體，並參考 Ding 等人(2008)空氣間隙 模擬之概念；此由研究得知考慮材料熱膨脹之分析結果與實驗結果接近，但不考 慮材料熱膨脹之分析結果與Eurocode 4 之分析結果接近。

Hong 與 Varma (2009)利用 ABAQUS 分析軟體模擬受高溫和載重 CFT 柱之 行為，結果得知柱斷面之熱反應、加溫歷程各時間點之軸向與側向變位等均與實 驗結果接近。

Lu 等人(2009)採自充填混凝土灌入鋼管柱，進行實驗並以 ABAQUS 軟體分 析，瞭解混凝土破裂能量和兩材料介面間之接觸行為。對於高強度自充填混凝土 之力學性質，作者採用Kodur (1998)研究建議。對於高強度自充填混凝土之熱性 質，作者依據Kodur (2007)和 Lie (1994)研究建議。由結果得知，試體試驗之時 間-撓度關係和熱電偶測點量測結果皆與分析結果接近。

Schaumann 等人(2009)以 BoFIRE 有限元素分析軟體，研究 CFT 柱在火害下 之行為，其破壞模式為局部挫屈。探討不同溫度鋼及混凝土材質變化；考慮混凝 土含水率、斷面形狀、細長比對構件強度的影響。對於試體溫度分佈與傳遞，方

Song 等人(2010)研究承重 CFT 柱歷經昇溫至冷卻過程，並瞭解應力-應變和 變形-時間之行為；由結果得知，採用限元素分析可準確預測結果。

李鎮宏和蔡銘儒(2008)分析鋼結構梁柱接頭受火害之行為，其參數應用、接 觸問題和分析步驟等，皆有詳細探討；且分析預測與實驗結果接近。

王奕程(2008)以 ANSYS 軟體分析實尺寸鋼筋混凝土梁柱複合構件於高溫 中、冷卻過程和高溫後試體之行為。對於混凝土材料使用一般混凝土和自充填混 凝土，其兩者之分析皆與試驗結果接近，並也印證混凝土熱參數的可用性。

葉治銘(2009)以 ANSYS 軟體分析，研究一般混凝土與自充填混凝土之鋼筋 混凝土梁柱複合構件受高溫下試體變形行為；高溫後試體殘餘強度。由結果得 知，分析模擬之試體溫度分佈與實驗接近。

內政部建築研究所之相關研究成果，包括陳建忠等人(2007)、李鎮宏和蔡銘 儒(2008)與李鎮宏(2009)等研究顯示，以 ABAQUS 有限元素分析火害鋼結構是可 行的；或先以FDS 進行溫度場分析，再將溫度結果輸入至 ABAQUS 依序進行熱 傳、結構應力與耦合分析，其分析結果與實驗結果接近。