第四章 試驗結果分析與討論
第三節 試體 TB1 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 83 天，其抗壓強度為 449 kgf/cm²。據此，填充型箱型鋼柱內所灌注混凝土之抗壓強度可視為 449 kgf/cm²。如第 三章第九節之分析計算，填充型箱型鋼柱極限軸向載重之 0.28 倍為 271 tf。因此，在 試驗進行時，試體 TB1 先加載 271 tf，並持壓 15 分鐘後，才開始進行火害升溫試驗。
如圖 4-23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 8 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 19 分鐘時，爐 內升溫曲線（770℃）與標準升溫曲線（773.7℃）幾乎一致，此顯示爐溫之控制已相 當準確。
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Time (min)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature CNS 12514 Fire Standard Curve CNS 12514 Fire Standard Curve + 100oC CNS 12514 Fire Standard Curve - 100oC
圖 4-23 試體 TB1 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 TB1 之軸向變形與升溫時間關係如圖 4-24 所示。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；7~20 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 27 分鐘之際，此時試體軸向伸長達 到最大值（13.9 mm），推算其平均伸長速率為 0.632 mm/min。第 27 分鐘之後，試體 軸向伸長變形量開始減少，於第 39 分鐘時進入壓縮階段，直到試驗終止。於 47 分 10 秒，試體軸向壓縮變形率為 10.9 mm/min，已達試驗終止條件（9.18 mm/min）；於 47 分 20 秒，軸向壓縮量為 32.2 mm，已超過容許最大軸向壓縮量（30.6 mm），故隨即停 止試驗。
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Time (min)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
A x ia l d ef o rm a ti o n ( m m )
TB1
Allowable maximum deformation
圖 4-24 試體 TB1 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 TB1 之軸向變形與爐內平均溫度關係如圖 4-25所示。由圖 4-25可 知，爐內平均溫度小於 300℃時之前，試體 TB1 之軸向變形均為零；爐內平均溫度大 於 300℃之後，試體開始有膨脹伸長的現象；當爐內平均溫度約達 550℃時，試體 TB1 之軸向伸長變形量已超過 1 mm；爐內平均溫度約 690℃時，試體 TB1 之軸向伸長變形 量已達 5.8 mm；爐內平均溫度介於 690~750℃時，試體軸向伸長變形量明顯增加，但 其值均小於 10 mm；爐內平均溫度介於 750~830℃時，試體軸向伸長變形量已超過 10 mm；爐內平均溫度約為 830℃時，試體軸向伸長變形量達到最大值（13.9 mm）；爐內 平均溫度介於 830~910℃時，試體停止軸向伸長，開始迅速縮短；爐內平均溫度約 880
℃時，試體軸向變形量為零；爐內平均溫度介於 900~910℃時，試體軸向壓縮變形量 急遽增加；爐內平均溫度約為 910℃時，試體軸向壓縮變形量已達 24.4 mm。
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature (oC)
-25
Axial deformation (mm)
圖 4-25 試體 TB1 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 TB1 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
4-26~圖 4-29
所示；各斷面之混凝土測點溫度與時間關係如圖 4-30~圖 4-33所示。0 10 20 30 40 50
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple AS1 Thermocouple AS2 Thermocouple AS3 Thermocouple AS4 Thermocouple AS5 Thermocouple AS6
圖 4-26 試體 TB1 斷面 A 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50 Time (min)
0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple BS1 Thermocouple BS2 Thermocouple BS3 Thermocouple BS4 Thermocouple BS5 Thermocouple BS6
圖 4-27 試體 TB1 斷面 B 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple CS1 Thermocouple CS2 Thermocouple CS3 Thermocouple CS4 Thermocouple CS5 Thermocouple CS6
圖 4-28 試體 TB1 斷面 C 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50 Time (min)
0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple DS1 Thermocouple DS2 Thermocouple DS3 Thermocouple DS4 Thermocouple DS6
圖 4-29 試體 TB1 斷面 D 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple AC1 Thermocouple AC2 Thermocouple AC3 Thermocouple AC4 Thermocouple AC5
圖 4-30 試體 TB1 斷面 A 之混凝土溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50 Time (min)
0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple BC1 Thermocouple BC2 Thermocouple BC3 Thermocouple BC4 Thermocouple BC5
圖 4-31 試體 TB1 斷面 B 之混凝土溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple CC1 Thermocouple CC2 Thermocouple CC3 Thermocouple CC4 Thermocouple CC5
圖 4-32 試體 TB1 斷面 C 之混凝土溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 10 20 30 40 50 Time (min)
0 200 400 600 800 1000
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple DC1 Thermocouple DC2 Thermocouple DC3 Thermocouple DC4 Thermocouple DC5
圖 4-33 試體 TB1 斷面 D 之混凝土溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
由圖 4-33中可明顯看出，試體混凝土溫度訊號突然上升，可能為受熱所導致的故 障異常現象。加熱過程中，爐內試體並無明顯的爆裂聲。就試體 TB1 之鋼材溫度分布 而言，於破壞時，柱鋼板外側表面之平均溫度約為 696.5℃，最高溫度位於 AS2 測點，
其溫度為 823.5℃；於試驗過程中，柱鋼板內側表面平均溫度之最高值約為 506.3℃，
而最高溫度位於 AS6 測點，其溫度為 661.9℃。
在整個試驗過程中，試體內部混凝土 20 個熱電偶測點所測得之最高溫度如圖 4-34 所示。由圖 4-34可知，斷面 D 於 C2 測點之最高溫度達 513.9℃。但其它斷面於 C2 測 點之最高溫度則明顯較低。至於鋼柱內部混凝土之溫度分布，距柱鋼板內側表面 61 mm 處的最高溫度測點於 DC5 處，其溫度為 215℃；而距柱鋼板內側表面 126 mm 處混凝 土的最高溫度發生在 DC2 位置處，其溫度為 513.9℃；試體混凝土中心的最高溫度 237.5
℃，發生在 DC3 位置處。試驗過程中，試體內混凝土因高溫開裂，致使斷面溫度分布 不均，且部分測溫點數據失效。
0 100 200 300 400 500 600
測點C1 測點C2 測點C3 測點C4 測點C5
最高溫度℃
測溫線位置
斷面A 斷面B 斷面C 斷面D
圖 4-34 試體 TB1 內部混凝土熱電偶之最高溫度
（資料來源：本研究整理）
同樣地，試驗結束且試體冷卻後即觀察試體 TB1 火害後的情況，如圖 4-35所示。
試體 TB1 亦有多處位置產生局部挫屈的現象，如圖 4-36~圖 4-38所示。
圖 4-35 試體 TB1 試驗後外觀
（資料來源：本研究整理）
圖 4-36 試體 TB1 之局部挫屈情形 1
（資料來源：本研究整理）
圖 4-37 試體 TB1 之局部挫屈情形 2
（資料來源：本研究整理）
圖 4-38 試體 TB1 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。在試體 TB1 之高溫火害試驗 過程中，其軸向壓縮速率於加熱時間 47 分 00 秒超過容許最大軸向壓縮速率（9.18 mm/min），且其軸向變形量於 47 分 20 秒超過容許值（30.6 mm），皆已達到規範所定 義之破壞基準。據此，試體 TB1 之防火時效為 46 分鐘。