火害填充型合成柱

凝土或鋼筋混凝土等，其於火害下與本研究相關之重要文獻簡述如下。

Chung 等人(2008)藉由規範與學者建議之不同材料模型，利用數值分析探討 火害方形鋼管混凝土柱受軸向載重之行為。數值分析乃先以二維熱傳數值分析，

計算試體斷面溫度，再以非線性應力分析計算試體軸向變形行為，並比較四種鋼 與混凝土模型造成之影響。研究結果顯示，採用 Eurocode 規範建議高溫材料性 質之分析較能合理模擬實驗結果；承重試體受熱先膨脹變形後壓縮變形；鋼材因 高溫強度迅速降低，使混凝土支撐能力成為影響試體耐火性能之關鍵。

Espinos 等人(2010)以有限元素分析軟體-ABAQUS 建立 3-D 模型，模擬火害 圓形鋼管混凝土柱之行為。分析結果與實驗比對，再進行參數研究，最後根據 Eurocode 4 簡易計算模式，計算試體有效耐火性能。由承重試體於火害下之軸向 變形-時間關係與載重比-時間關係得知，試體於加溫歷時期間可分成四個階段：

(1) 鋼管受火表面溫度迅速增加，而內灌混凝土之溫度較鋼材低，因此加載端板 與混凝土間產生間隙，且鋼材與混凝土接觸介面產生滑移現象，使軸向載重逐漸 轉移至鋼管；(2) 鋼材到達臨界溫度 550°C，柱試體由原本膨脹位移轉變為壓縮 位移，使加載端板與混凝土再度接觸；(3) 鋼材因高溫喪失強度，而軸向載重逐 漸轉由混凝土承受；(4) 雖混凝土具低熱傳導性，但隨著加溫歷時時間增加，使 高溫逐漸傳遞至核心混凝土，最後混凝土部分也失去支撐能力，使試體破壞。

Espinos 等人(2012)探討 Eurocode 4 規範對火害合成構件所建議之三種防火 設計方法，但EC 4 規範之簡易計算法並無針對填充型合成柱構件之材料等值溫 度，提供明確計算方法，因此作者利用有限元素分析，建立合理的溫度計算方式，

再根據EC 4 簡易計算方法，提出圓形鋼管混凝土柱之防火設計計算範例。

Han 等人(2003)以實驗研究有無防火被覆之方形和矩形鋼管混凝土柱受軸向 或偏心載重下之火害行為，並建立試體火害後殘餘強度計算公式。由研究結果得 知，影響柱構件耐火性能與判定之參數包括：鋼材極限溫度、斷面尺寸、加載型 式和防火被覆厚度；當試體之鋼材溫度達500°C~786°C，其已無載重支撐能力；

試體斷面尺寸越大，則構件抵抗火害能力較好；試體受偏心載重之耐火性能較受 純軸向載重來得低；較厚的防火被覆，能增加耐火性能。

為，並比較歐洲及日本規範計算之防火時效。由研究結果發現，規範預估之防火 時效與實驗接近，且試體施加軸向載重大小、斷面尺寸、混凝土強度及受熱段長 度會對耐火性能造成影響。

Kodur (1998)以實驗研究不同混凝土影響鋼管混凝土柱之耐火性能，其混凝 土分別為普通強度混凝土、高強度混凝土和含鋼纖維高強度混凝土。實驗結果顯 示，承重試體於加溫初期，鋼材溫度相較混凝土高，因此鋼管承受大部分載重；

當鋼材因高溫而強度損失，則載重轉由混凝土承受；而混凝土低熱傳導性和高熱 容量特性將延續鋼管混凝土柱構件耐火性能。灌入不同型式之混凝土會影響柱構 件之耐火性能，其由高至低依序為灌入含鋼纖維高強度混凝土、灌入普通強度混 凝土、灌入高強度混凝土；在相同溫度下，高強度混凝土相對普通強度混凝土更 容易產生開裂破壞，但加入鋼纖維會降低高強度混凝土發生爆裂現象，以延長柱 構件之耐火性能。

Kodur (2007)為回顧和彙整相關文獻，提出混凝土灌入圓形和方形鋼柱之防 火設計建議，並比較空心型鋼柱於空心處設置三種不同型式混凝土之耐火性能，

如灌入純混凝土(Plain concrete, PC)、設置鋼筋混凝土(Bar-rinforced concrete, RC) 和灌入含鋼纖維混凝土(Steel fiber-reinforced concrete, FC)。由實驗和分析結果得 知，灌入純混凝土和含鋼纖維混凝土，試體破壞原因為混凝土開裂，而設置鋼筋 混凝土試體破壞原因為鋼筋降伏；影響合成柱試體耐火性能由高至低依序為設置 鋼筋混凝土、灌入含鋼纖維混凝土和灌入純混凝土。對於試體斷面形狀之影響，

相同斷面積之柱構件，圓形斷面較方形更具耐火性能。

Lie 與 Chabot (1992)藉由 44 支圓及方形鋼管內填充純混凝土柱試體進行耐 火試驗，探討斷面大小、鋼管厚度、柱試體有效長度、混凝土強度、混凝土之骨 材種類及載重對耐火性能之影響。實驗結果發現，試體於試驗初期階段，鋼管產 生熱膨脹變形，其載重主要由鋼管承受；隨後鋼管溫度劇增使強度驟減，軸向載 重轉由核心混凝土支撐；試體破壞為鋼管挫屈或混凝土受壓破壞造成。

Lie 與 Irwin (1995)以實驗及計算公式探討鋼管混凝土柱，藉由升溫溫曲線及 軸向變形以評估防火時效。比較後發現，實驗結果與計算結果相近，因此作者認

Lu 等人(2009)利用實驗方法和有限元素軟體分析，進行火害方形鋼管灌入高 強度自充填混凝土柱構件之研究。由研究結果得知，試體於高溫火害中失去載重 支撐能力，原因為外圍鋼管局部挫屈以及內灌混凝土碎裂或開裂；以有限元素分 析軟體ABAQUS 可以合理模擬實驗行為，且模擬一般和高強度混凝土之分析模 型，也可用於模擬高強度自充填混凝土分析模型。

楊國珍等人(2011)研究箱型鋼柱之柱板銲接型式影響試體於火害高溫下之 行為。試體之箱型鋼柱板分別以全滲透與部分滲透銲接組合，藉由軸壓及不同溫 度探討銲接型式對試體行為及破壞模式之影響。由常溫試驗結果發現，柱板採全 滲透銲接相較採部分滲透銲之試體極限強度高；在高溫試驗部分，採全滲透銲接 試體之耐火性能較佳；然而，柱板採部分滲透銲接試體表現較差之原因為柱板因 軸壓發生局部挫屈進而發生銲道開裂。

何明錦等人(2012)以兩支有配置剪力釘之內灌混凝土箱型鋼柱試體，探討全 滲透及半滲透銲對耐火性能的影響。由實驗結果得知，試體承受 0.28 倍設計強 度之軸向載用下，鋼板銲接型式僅些微影響試體耐火性能，但並不顯著。

陳誠直等人(2010)藉由大尺寸試體，以實驗方法和有限元素分析模擬，研究 有無防火被覆之承重銲接組合箱型鋼內灌自充填混凝土柱於火害下之行為；探討 有無防火被覆之影響、比較試體斷面溫度分佈、試體強度與勁度之變化、變形行 為(變形與變形速率)與破壞模式等，並建立合理之分析模型。由研究結果顯示，

具防火被覆試體皆能達到預期之防火時效，而火害後之試體軸向勁度稍為增大且 呈線彈性行為；未具防火被覆試體於火害期間持續有混凝土爆裂的聲音，惟因箱 型鋼板提供圍束導致試體未立即破壞，直到鋼板局部的鼓起與內部混凝土的碎 裂。

陳誠直等人(2012)以四支試體之耐火試驗和有限元素分析模擬，探討內灌混 凝土箱型鋼柱於有無配置剪力釘及施加不同軸向載重之高溫下行為。研究成果顯 示，施加不同軸向載重明顯影響軸向變形行為及耐火性能；剪力釘可略微增加試 體耐火性能。破壞模式為試體被壓縮、鋼板發生多處局部面外凸起、及內部混凝 土碎裂。以有限元素分析模擬試體於加載下且高溫下之行為，可合理的計算試體

對於國內較常採用之內灌混凝土箱型鋼柱為以四片鋼板銲接組合而成，並於

1. “A”、“B”及“C”分別為何明錦等人(2012)、陳誠直等人(2010、2012)研究 2. “¹”及“²”為箱型鋼柱板分別採全滲透及半滲透接合

3. 載重比為施加載重(P)除以合成柱標稱強度(Pn) (資料來源：本研究彙整)