試體 CP1 之試驗結果

由於複合實驗爐之使用相當頻繁，須事先排定期程。本研究實際火害試驗進行時 混凝土齡期為 102 天，其抗壓強度為 524 kgf/cm²。準此，填充型箱型柱內所灌注混凝 土之抗壓強度可視為 524 kgf/cm²。經計算後（詳如第三章第九節），填充型箱型柱極 限軸向載重之 0.28 倍為 507 tf。因此，在試驗進行時，試體須先加載 507 tf，並持壓 15 分鐘後，才開始進行火害升溫試驗。

如圖 4-2 所示，複合實驗爐於點火初期未能將全部噴嘴（噴火孔）同時點燃，以 致前 15 分鐘之爐內升溫曲線明顯較低於 CNS 12514 規定之標準升溫曲線；但未點燃 噴嘴經重新點燃後，爐內升溫曲線與標準升溫曲線幾乎一致，此顯示爐溫之控制相當 準確。

圖 4-2 試體 CP1 之加溫爐升溫曲線

（資料來源：本研究整理）

火害升溫試驗時，試體 CP1 之軸向變形與升溫時間關係如圖 4-3 所示。由圖 4-3 可知，經柱頂端位移計、柱底端位移計及加載設備所求得之軸向變形均相當一致，並

無太大差異。整體而言，隨著火害時間之增長，試體軸向伸長變形量亦隨之增加；當 火害升溫試驗進行至第 36 分鐘之際，此時試體軸向伸長達到最大值（19.2 mm），推算 其伸長速率為 0.533 mm/min。第 36 分鐘之後，試體軸向伸長變形量開始減少，於第 46 分鐘時進入壓縮階段，直到試驗終止。第 56 分鐘時，試體軸向壓縮變形率為 13.8 mm/min，已達試驗終止條件（13.05 mm/min），故隨即停止試驗。

圖 4-3 試體 CP1 軸向變形與升溫時間之關係

（資料來源：本研究整理）

另方面，試體 CP1 之軸向變形與爐內平均溫度關係如圖 4-4 所示。由圖 4-4 可知，

當爐內平均溫度約達 404.1℃時，試體開始有膨脹伸長的現象；爐內平均溫度低於 550℃

時，試體 CP1 之軸向伸長變形量均小於 1 mm；爐內平均溫度介於 550~780℃時，試體 軸向伸長變形量逐漸增加，但其值均小於 10 mm；爐內平均溫度介於 780~875℃時，

試體軸向伸長變形量急遽增加；爐內平均溫度約為 874.7℃時，試體軸向伸長變形量達 到最大值（19.2 mm）；爐內平均溫度介於 880~910℃時，試體停止軸向伸長，開始迅 速縮短；爐內平均溫度約 910℃時，試體軸向變形量為零；爐內平均溫度介於 910~940℃

時，試體軸向壓縮變形量急遽增加；爐內平均溫度約為 940℃時，試體軸向壓縮變形 量已達 35 mm。

圖 4-4 試體 CP1 軸向變形與爐內平均溫度之關係

（資料來源：本研究整理）

試體 CP1 之溫度分布方面，各斷面之鋼板內外側表面測點溫度與時間關係如圖 4-5~圖 4-8 所示；各斷面之混凝土測點溫度與時間關係如圖 4-9~圖 4-12 所示。

圖 4-5 試體 CP1 斷面 A 之鋼板溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-6 試體 CP1 斷面 B 之鋼板溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-7 試體 CP1 斷面之 C 鋼板溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-8 試體 CP1 斷面 D 之鋼板溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-9 試體 CP1 斷面 A 之混凝土溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-10 試體 CP1 斷面 B 之混凝土溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-11 試體 CP1 斷面 C 之混凝土溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

圖 4-12 試體 CP1 斷面 D 之混凝土溫度與時間關係圖

（資料來源：本研究整理）

就試體鋼材溫度分布而言，柱鋼板外側表面之平均溫度約為 566.8℃，最高溫度位 於 DS4 測點，其溫度為 825.7℃；而在柱鋼板內側表面與混凝土交界處的平均溫度為 232.5℃，最高溫發生在 AS1 測點，其溫度為 295.5℃。至於鋼柱內部混凝土之溫度分 布，距柱鋼板內側表面 76 mm 處的平均溫度為 114.6℃，最高溫度測點於 AC1 處，其 溫度為 249℃；而距柱鋼板內側表面 152 mm 處混凝土，其平均溫度約為 50.6℃，最高 溫度發生在 BC4 位置處，其溫度為 88.2℃；試體混凝土中心的平均溫度為 31.3℃，最 高溫度 31.5℃，發生在 AC3 位置處。

從試驗開始至結束，混凝土無清楚的爆裂聲響。柱試體於加熱至第 56 分鐘時，軸 向壓縮量及壓縮速率瞬間變大，故停止試驗。此時爐內溫度為 942.6℃，而試體之溫度 分布則說明如下，柱鋼板外側表面之平均溫度約為 623.8℃，最高溫位於 CS4 測點，

溫度為 956.2℃；柱鋼板內側表面與混凝土交界處的平均溫度為 369.8℃，最高溫發生 在 AS1 測點，溫度 493.5℃；距柱鋼板內側表面 76 mm 處混凝土的平均溫度為 136.2

℃，最高溫度測點於 CC1 處，溫度為 207.1℃；而距柱鋼板內側表面 152 mm 處混凝 土之平均溫度約為 76.7℃，最高溫度發生在 BC4 位置處，溫度為 106.9℃；試體混凝

土中心的平均溫度為 46.5℃，最高溫度 46.9℃，發生在 AC3 位置處。

試驗結束且試體冷卻後，隨即觀察試體 CP1 火害後的情況。如圖 4-13 所示，試體 多處位置產生局部挫屈的現象；柱鋼板挫屈面向外突起，但無銲道開裂的現象；而柱 南北側皆有 3 處明顯的局部挫屈，發生位置略為對稱；東西側則較無明顯的局部挫屈 現象。有關試體 CP1 局部挫屈之情形，如圖 4-14~圖 4-16 所示。

圖 4-13 試體 CP1 試驗後之外觀

（資料來源：本研究整理）

圖 4-14 試體 CP1 之局部挫屈情形 1

（資料來源：本研究整理）

圖 4-15 試體 CP1 之局部挫屈情形 2

（資料來源：本研究整理）

圖 4-16 試體 CP1 之局部挫屈情形 3

（資料來源：本研究整理）

依據 CNS 12514 規範規定，以承重能力為破壞基準。本次高溫試驗進行至第 56 分鐘時，柱試體軸向變形壓縮速率已超過容許值，已達到規範所定義之破壞基準。據 此，試體 CP1 之防火時效為 55 分鐘。