第三章 填充式箱型鋼管混凝土柱火害實驗
第二節 試體規劃與製作
壹、試體設計
本研究規劃4 支填充式箱型鋼管混凝土柱，2 支試體配置剪力釘，另 2 支試 體無配置剪力釘；試體分別施加載重比為0.3 及 0.6 倍之軸向載重，如表 3-1 所 示。柱試體之鋼材採A572 Grade 50 規格之鋼種，斷面尺寸為 400×400 mm，乃 4 片厚19 mm、長 3360 mm 鋼板以全滲透開槽銲接接合而成；開槽型式為單斜槽，
開槽角度為35 度，根部間隙為 7 mm，如圖 3-1 所示。考量火害試驗之規劃，試 體設置於加溫爐內並與加載設備連接；為使軸向載重能均勻的傳遞等因素，試體 上下兩端以銲接接合端板及加勁板。另外，考慮箱型鋼管灌注混凝土時之內部空 氣排除、混凝土於養護或高溫中之水份蒸發等因素，於試體4 面柱板縱向預設數 個直徑20 mm 之透氣孔，如圖 3-1 所示。
考量實務設計時填充式箱型鋼管混凝土柱應用於中高層建築物，內灌混凝土 採高流動混凝土。試體剪力釘之配置將參考實務上剪力釘的配置為 19φ×76 mm LG@200 mm，如圖 3-2 所示。
表 3-1 實驗試體規劃
試體編號 試體尺寸 載重比 剪力釘 LR0.6-A □ 400×400
×19×19×3360 mm 0.6 有 LR0.3-A □ 400×400
×19×19×3360 mm 0.3 有 LR0.6-B □ 400×400
×19×19×3360 mm 0.6 無 LR0.3-B □ 400×400
×19×19×3360 mm 0.3 無 (資料來源：本研究整理)
圖 3-1 箱型鋼管混凝土柱設計圖
(資料來源：本研究整理)400 19
19
400
unit：mm
箱型鋼斷面 FB 12×25
7
TYP.
35°
圖 3-1 箱型鋼管混凝土柱設計圖(續)
(資料來源：本研究整理)30×30 熱電偶線孔位 (僅前及左視圖) φ20 灌漿透氣孔
φ20 灌漿透氣孔 125 400 125
400 400 400
φ20 透氣孔 x6 φ20 透氣孔 x6
箱型鋼柱前、後視圖 箱型鋼柱左、右視圖
131 650
1200
200
3360 5@480=2400
3420 30 30 20 30
unit：mm
圖 3-1 箱型鋼管混凝土柱設計圖(續)
TYP.TYP.
TYP.
圖 3-1 箱型鋼管混凝土柱設計圖(續)
(資料來源：本研究整理)圖 3-2 試體剪力釘配置
(資料來源：本研究整理)19φ×76 LG@200 mm
3360 80 80 16@200=3200
TYP.
unit: mm
400 60 60 19
unit: mm 上部端板尺寸圖
貳、試體製作
試體製作程序如下：
1. 依設計圖裁切鋼板、鑽孔及開槽。
2. 柱板及兩端端板以銲接接合固定成 U 字型。
3. 安裝熱電偶至預定量測位置。
4. 柱體組裝銲接施工。
5. 混凝土灌漿作業。
6. 混凝土養護
7. 安裝柱面熱電偶測點
試體於鋼鐵廠依設計圖樣進行製作。當柱板組立成 U 字型並與兩端端板接 合，即進行安裝試體內部熱電偶測點；試體測點位置將於本章節之溫度測點設置 詳述。試體內部溫度測點之熱電偶線分別經由試體頂、底部柱板預留孔延伸出試 體外，確定測點訊號正常，進行組裝銲接試體柱板和其它肢材；箱型鋼柱板採全 滲透銲接，並以超音波檢測確保銲道無缺陷後，再進行混凝土灌漿作業。
試體LR0.6 及 LR0.3 系列之內灌混凝土採高流動性混凝土，其 28 天標準混 凝土圓柱試體之平均抗壓強度為465 kgf/cm2；混凝土配比，如表3-2 所示。試體 之柱板鋼骨採A572 Grade 50 等級，其平均降伏強度為 4.25 tf/cm2，平均抗拉強 度為5.51 tf/cm2。表3-3 及 3-4 比較 SN490B、SN490C 及 A572 Grade 50 鋼材之 材料組成與機械性質，試體採用 A572 Grade 50 鋼材材料組成與機械性質符合 SN490B 與 SN490C 之規定。
表 3-2 試體之內灌混凝土配比
表 3-4 A572 Gr. 50、SN 490B 與 SN 490C 之機械性質
種類 降伏強度
(tf/cm2)
抗拉強度 (tf/cm2)
降伏比 (Fy/Fu)
A572 Grade 50a 4.25 5.51 0.77
A572 Grade 50b － － －
SN 490Bb 3.3~4.5 5~6.2 0.8 SN 490Cb 3.3~4.5 5~6.2 0.8 備註：
a 為本研究鋼材拉伸試驗結果。
b 為參考鋼結構極限設計法規範與解說。
(資料來源：本研究彙整)
參、溫度測點設置
根據我國建築物構造部分耐火試驗法規定，柱構造試體須設置熱電偶量測溫 度，熱電偶將採用0.75 級性能以上及直徑 0.65 mm 之 K 型熱電偶，且所設置之 熱電偶有效數量須為實做數量之3/4 以上。本研究柱試體熱電偶設置將參照 CNS 12514 規定，分別位於試體受熱段之 4 個斷面高度設置熱電偶測點，且試體內部 設置熱電偶測點須有16 個以上；試體受熱段依實驗設備及試體規劃計算為 3100 mm，兩端不受火段長度為 130 mm。
本研究熱電偶分別設置於試體之鋼骨、剪力釘及混凝土部分，依設置之斷面 可區分為斷面無剪力釘及斷面有剪力釘。對於斷面無剪力釘，熱電偶分別於鋼骨 及混凝土不同位置處設置7 個測點，共 14 個測點；而斷面有剪力釘之鋼骨及混 凝土測點與斷面無剪力釘相同，並於剪力釘處設置6 個熱電偶測點，共 20 個測
圖 3-3 箱型鋼管混凝土柱斷面之熱電偶測點分佈
1301303100 (受熱段) 780500500780 3420800
●混凝土測點；▲鋼骨測點；×剪力釘測點 (b) 斷面有剪力釘
unit: mm 400 362