第五章 填充式箱型鋼管混凝土柱火害有限元素分析
第三節 箱型鋼管混凝土柱受高溫下之模擬
壹、分析基本假設
1. 假設加溫爐內溫度均勻分佈。
2. 忽略混凝土內部含水份汽化對溫度之影響。
3. 忽略混凝土因高溫產生開裂或爆裂，及其影響試體溫度。
4. 忽略箱型鋼管於製作或銲接過程中產生殘留應力之影響。
5. 假設試體混凝土與剪力釘、箱型鋼管接觸面為無握裹。
6. 不考慮材料接觸介面間之熱對流與熱輻射影響。
貳、箱型鋼管混凝土柱試體模擬之邊界條件
模擬試體邊界條件，可分為柱兩端支承邊界、載重施加邊界及對稱分析邊界。
為提升分析之效率，採用1/4 斷面對稱分析，如圖 5-11 所示。
模擬箱型鋼管混擬土柱試體之設定：
1. 支承邊界條件
以模擬試體於加溫爐中支承情形；設置頂端為固接支承，底端設置可上、下 移動支承。
2. 載重邊界條件
設置參考點只可上、下移動，並施加載重於參考點。
3. 取 1/4 分析邊界條件
為節省分析時間，分析採用 1/4 試體。利用 XSYMM(U1=UR2=UR3=0)及 YSYMM(U2=UR1=UR3=0)，此兩個方向的對稱性質以加速分析效率。
4. 溫度
以模擬試體於爐內受熱情況；首先試體整體設定為實驗當日所量測未加熱表 面溫度，再依平均爐內加溫歷時溫度，輸入至試體表面之受熱段。
(a) 有配置剪力釘之試體斷面
(b) 無配置剪力釘之試體斷面
參、材料參數
本研究試體所用材料為鋼骨、剪力釘及混凝土。各材料性質包含力學性質及 熱性質。
1. 鋼骨材料參數
試體鋼骨為採A572 Gr. 50，其力學材料性質採用莊有清(2004)研究不同溫度 下Gr. 50 鋼材拉伸試驗之應力及應變關係，並藉由試驗數據加以修改；熱性質採
混凝土熱性質採用Eurocode 4 相關參數，而力學性質則採用 Lie(1995)所建 議相關參數，如公式(5-28)至(5-32)。
當
ε
c≤ ε
max；(資料 (a)
(c)
料來源：本 ) 混凝土柱
) 剪力釘模
圖
5-本研究整理) 柱模型
模型
-12 有配置
)置剪力釘 (
(
釘試體分析 (b) 箱型鋼
(d) 有配置
析模型 鋼柱及剪力釘
置剪力釘模型 釘模型
型
(a) 混凝土柱模型 (b) 箱型鋼柱模型
(d) 有配置剪力釘模型
熱傳分析
箱型鋼管、剪力釘及混凝土採熱傳導分析所使用之DC3D8 元素。此分析為 模擬試體在加溫爐內受熱，取得分析模型各節點之溫度歷時結果，供接續性耦合 分析使用。
非線性應力分析
箱型鋼管、剪力釘及混凝土採C3D8R 元素。C3D8R 為減縮積分元素，其積 分點在每個方向較C3D8 少使用一個，並與 C3D8 元素同用於力學分析。此分析 可得模型之位移、應力及應變等反應。
接續性耦合分析
箱型鋼管、剪力釘及混凝土以C3D8R 元素型式。此步驟分析結合了熱傳分 析及非線性應力兩種分析結果，以模擬受定額軸壓試體於高溫下之情形。