第四章 試驗結果分析與討論
第三節 試體 PP1 之試驗結果
如前所述，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。據此，填充型箱型柱內所灌注混凝土之抗壓強度可視為 524 kgf/cm²。如第三 章第九節之分析計算，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 PP1 亦如同試體 CP1 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 4-17 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 12 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之差距逐漸縮小；至第 21 分鐘時，
爐內升溫曲線與標準升溫曲線幾乎一致，此顯示爐溫之控制已相當準確。
圖 4-17 試體 PP1 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 PP1 之軸向變形與升溫時間關係如圖 4-18 所示。由圖 4-18 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；從 燃燒爐開始升溫起算，前 5 分鐘之試體軸向伸長變形量均小於 1 mm；5~34 分鐘期間，
試體軸向伸長變形量呈現出明顯的增加趨勢；當火害升溫試驗進行至第 34 分鐘之際，
此時試體軸向伸長達到最大值（21.35 mm），推算其伸長速率為 0.628 mm/min。第 34 分鐘之後，試體軸向伸長變形量開始減少，於第 45 分鐘時進入壓縮階段，直到試驗終 止。第 52 分鐘時，試體軸向壓縮變形率為 15 mm/min，已達試驗終止條件（13.05 mm/min），故隨即停止試驗。
圖 4-18 試體 PP1 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 PP1 之軸向變形與爐內平均溫度關係如圖 4-19 所示。由圖 4-19 可 知，爐內平均溫度小於 50℃時之前，試體 PP1 之軸向變形均為零；爐內平均溫度大於 50℃之後，試體開始有膨脹伸長的現象；當爐內平均溫度約達 500℃時，試體 PP1 之 軸向伸長變形量已超過 1 mm；爐內平均溫度約 650℃時，試體 PP1 之軸向伸長變形量 已達 5 mm；爐內平均溫度介於 650~700℃時，試體軸向伸長變形量明顯增加，但其值 均小於 6 mm；爐內平均溫度介於 700~860℃時，試體軸向伸長變形量急遽增加；爐內 平均溫度約為 860℃時，試體軸向伸長變形量達到最大值（31.35 mm）；爐內平均溫度 介於 860~900℃時，試體停止軸向伸長，開始迅速縮短；爐內平均溫度約 900℃時，試 體軸向變形量為零；爐內平均溫度介於 900~930℃時，試體軸向壓縮變形量急遽增加；
爐內平均溫度約為 930℃時，試體軸向壓縮變形量已達 58 mm。
圖 4-19 試體 PP1 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 PP1 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 4-20~圖 4-23 所示；各斷面之混凝土測點溫度與時間關係如圖 4-24~圖 4-27 所示。
圖 4-20 試體 PP1 斷面 A 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
圖 4-21 試體 PP1 斷面 B 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
圖 4-22 試體 PP1 斷面 C 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
圖 4-23 試體 PP1 斷面 D 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
圖 4-24 試體 PP1 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 4-25 試體 PP1 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 4-26 試體 PP1 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 4-27 試體 PP1 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 PP1 之鋼材溫度分布而言，柱鋼板外側表面之平均溫度約為 577.3℃，最 高溫度位於 DS3 測點，其溫度為 675.9℃；而在柱鋼板內側表面與混凝土交界處的平 均溫度為 315.4℃，最高溫發生在 DS2 測點，其溫度為 426.6℃。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 85.5℃，最高溫度測點於 CC1 處，其溫度為 120.4℃；而距柱鋼板內側表面 152 mm 處混凝土，其平均溫度約為 48.6℃，最高溫度發生在 DC2 位置處，其溫度為 95.1℃；試體混凝土中心的平均溫度 為 35.6℃，最高溫度 35.7℃，發生在 BC3 位置處。
從試驗開始至結束，試體 PP1 之內灌混凝土亦無清楚的爆裂聲響。柱試體於加熱 至第 54 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 931.3
℃，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 675.2℃，最高溫 位於 BS5 測點，溫度為 897.9℃；柱鋼板內側表面與混凝土交界處的平均溫度為 455.9
℃，最高溫發生在 AS1 測點，溫度 533.7℃；距柱鋼板內側表面 76 mm 處混凝土的平 均溫度為 137.6℃，最高溫度測點於 AC5 處，溫度為 264.7℃；而距柱鋼板內側表面 152 mm 處混凝土之平均溫度約為 50.56℃，最高溫度發生在 CC2 位置處，溫度為 70.2
℃；試體混凝土中心的平均溫度為 45.3℃，最高溫度 45.5℃，發生在 CC3 位置處。
同樣地試驗結束後，待試體冷卻後即觀察試體 PP1 火害後的情況。如圖 4-28 所示，
試體 PP1 亦有多處位置產生局部挫屈的現象；柱鋼板挫屈面向外突起，且西北側柱身 有銲道開裂的現象；至於試體 PP1 南北側柱身，皆有 3 處明顯的局部挫屈，發生位置 略為對稱；東西側柱身則較無明顯的局部挫屈現象。有關試體 PP1 局部挫屈之情形，
如圖 4-29~圖 4-31 所示；銲道開裂情形則如圖 4-32 所示。
圖 4-28 試體 PP1 試驗後外觀
（資料來源：本研究整理）
圖 4-29 試體 PP1 之局部挫屈情形 1
（資料來源：本研究整理）
圖 4-30 試體 PP1 之局部挫屈情形 2
（資料來源：本研究整理）
圖 4-31 試體 PP1 之局部挫屈情形 3
（資料來源：本研究整理）
圖 4-32 試體 PP1 之銲道開裂情形
（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。試體 PP1 高溫試驗進行至第 52 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 PP1 之防火時效為 51 分鐘。
第四節 不同焊接工法之試驗結果比較
本研究以不同的焊接方式製造兩支箱型柱，試體 CP1 採全滲透銲，而試體 PP1 採 半滲透銲，但澆置相同強度混凝土，且兩者均未噴塗防火被覆。兩支配置剪力釘之無 防火被覆混凝土填充型箱型柱進行定載火害升溫試驗，直至試驗達到終止條件。試驗 過程中，複合式試驗爐係依 CNS 12514 標準升溫曲線控制爐溫。除銲接方式外，兩支 柱試體擁有相同的材料特性，並承受同樣的定載重。有關不同焊接工法所造成的試驗 結果差異，謹分析比較如後。
壹、焊接方式對試體軸向變形之影響
在柱軸向變形方面，隨著火害時間之增長，兩試體軸向變形亦隨之增加，如圖 4-33 所示。由圖 4-33 可知，在相同火害時間條件下，試體 CP1 之軸向變形量大都較試體 PP1 者來得小。而由表 4-2 亦可清楚看出，在火害試驗前 15 分鐘內，試體 CP1 之軸向 變形量大致較試體 PP1 者小 0.36~1.43 mm；而在 15~35 分鐘期間，試體 CP1 與試體 PP1 之軸向變形量差距較大，大約介於 2.13~2.65 mm 之間。此外，試體 CP1 在火害升 溫試驗進行至第 36 分鐘之際，其軸向伸長達到最大值（19.2 mm），推算其伸長速率為 0.533 mm/min，然後試體進入壓縮階段，爐內平均溫度約為 874.7℃；而試體 PP1 則在 溫試驗進行至 34 分鐘時，其軸向伸長達到最大值（21.35 mm），推算伸長速率為 0.628 mm/min，隨後進入壓縮階段，爐內平均溫度約為 856.8℃。由此觀之，試體 PP1 之耐 火性能較試體 CP1 者略差。但綜觀上述試驗結果可知，在 0.28 倍設計斷面極限強度的 載重作用下，銲接工法對 CFBC 受高溫作用下所造成的軸向變形影響並不顯著。
圖 4-33 試體 CP1 與試體 PP1 於高溫試驗之柱軸向變形比較
（資料來源：本研究整理）
表 4-2 試體 CP1 與試體 PP1 於高溫試驗之柱軸向變形比較簡表
火害時間（Min.） 軸向變形
試體 CP1 試體 PP1
5 0.50 0.86
10 2.63 3.33
15 6.39 7.82
20 10.45 12.64
25 14.16 16.81
30 17.34 19.97
35 19.22 21.35
40 16.55 16.43
45 2.25 1.45
50 -7.69 -11.83
55 -26.54 -
（資料來源：本研究整理）
貳、焊接方式對試體溫度變化之影響
全滲透焊試體 CP1 及半滲透焊試體 PP1，兩者所採用之鋼材、焊接材料、混凝土 材料與構件型式均相同，兩者之差異僅在焊接方式的不同。隨著火害時間之增長，兩 試體內部混凝土溫度亦隨之增加。由試驗結果可知，由於兩試體均採用相同之材料，
故就溫度而言兩者並無明顯之差異。
圖 4-34 試體 CP1 與試體 PP1 之混凝土平均溫度比較
（資料來源：本研究整理）