第四章 試驗結果分析與討論
第四節 試體 TB2 之試驗結果
本研究實際火害試驗進行時混凝土齡期雖已超過 83 天，但其抗壓強度仍視為 449 kgf/cm²。準此，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。經計 算後（詳如第三章第九節），填充型箱型鋼柱極限軸向載重之 0.28 倍為 280 tf。但為瞭 解配置縱向鋼筋與橫箍筋對 CFBC 耐火性能之影響，乃參酌試體 TB1 之施加軸力（271 tf），仍採用相同軸力。因此，在試驗進行時，試體須先加載 271 tf，並持壓 15 分鐘後，
才開始進行火害升溫試驗。
如圖 4-39所示，複合實驗爐點燃後，前 4 分鐘之爐內升溫曲線與標準升溫曲線相 當一致。4~7 分鐘之爐內升溫曲線則明顯較低於 CNS 12514 規定之標準升溫曲線，大 約低 20~30℃與標準升溫曲線。7 分鐘之後，爐內升溫曲線與 CNS 12514 規定之標準 升溫曲線幾乎一致，其誤差大約 0~5℃，此顯示爐溫之控制頗為良好。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
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 4-39 試體 TB2 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 TB2 之軸向變形與升溫時間關係如圖 4-40 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 4 分鐘之試體軸向伸長變形量均小於 1 mm；5~21 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 25 分鐘之際，此時試體軸向伸長達 到最大值（12.7 mm），推算其平均伸長速率為 0.508 mm/min。第 25 分鐘之後，試體 軸向伸長變形量開始減少。於第 52 分鐘時進入壓縮階段，原先由鋼材承受的載重漸漸 轉移至混凝土。隨著爐內的升高，混凝土材料逐漸開裂，整體柱構件之軸向壓縮量亦 漸增，直到試驗終止。第 105 分 30 秒時，試體軸向壓縮變形量為 30.6 mm，已超過容 許最大軸向壓縮量（30.6 mm）；於加熱時間 105 分 40 秒，試體軸向壓縮變形率為 10.9 mm/min，已超過容許最大軸向壓縮速率（9.18 mm/min）。由於試體之軸向壓縮變形量 及軸向壓縮變形率皆已達試驗終止條件，故隨即停止試驗。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
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 )
TB2
Allowable maximum deformation
圖 4-40 試體 TB2 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 TB2 之軸向變形與爐內平均溫度關係如圖 4-41所示。由圖 4-41可 知，當爐內平均溫度約達 300℃時，試體開始有膨脹伸長的現象；爐內平均溫度低於 525℃時，試體 TB2 之軸向伸長變形量均小於 1 mm；爐內平均溫度介於 525~675℃時，
試體軸向伸長變形量逐漸增加，但其值均小於 5 mm；爐內平均溫度介於 675~820℃時，
試體軸向伸長變形量急遽增加；爐內平均溫度約為 820℃時，試體軸向伸長變形量達 到最大值（12.7 mm）；爐內平均溫度介於 820~927℃時，試體停止軸向伸長，開始迅 速縮短；爐內平均溫度約 927℃時，試體軸向變形量為零；爐內平均溫度介於 927~1026
℃時，試體軸向壓縮變形量逐漸增加；爐內平均溫度介於 1026~1030℃時，試體軸向 壓縮變形量急遽增加；爐內平均溫度約為 1030℃時，試體軸向壓縮變形量已達 32 mm。
試體 TB2 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 4-42~
圖 4-45所示；各斷面之混凝土測點溫度與時間關係如圖 4-46~圖 4-49所示。由圖 4-46~
圖 4-49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
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Temperature (oC)
-35
Axial deformation (mm)
圖 4-41 試體 TB2 軸向變形量與爐內平均溫度之關係
（資料來源：本研究整理）
0 20 40 60 80 100 120
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 4-42 試體 TB2 斷面 A 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 20 40 60 80 100 120 Time (min)
0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple BS1 Thermocouple BS2 Thermocouple BS3 Thermocouple BS4 Thermocouple BS5
圖 4-43 試體 TB2 斷面 B 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 20 40 60 80 100 120
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 4-44 試體 TB2 斷面之 C 鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 40 80 120 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 4-45 試體 TB2 斷面 D 之鋼板溫度與時間關係圖
（資料來源：本研究整理）
0 20 40 60 80 100 120
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 4-46 試體 TB2 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 20 40 60 80 100 120 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 4-47 試體 TB2 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 20 40 60 80 100 120
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 4-48 試體 TB2 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 20 40 60 80 100 120 Time (min)
0 200 400 600 800 1000 1200
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple DC1 Thermocouple DC2 Thermocouple DC3 Thermocouple DC4 Thermocouple DC5
圖 4-49 試體 TB2 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，於 103 分鐘時柱鋼板外側表面之平均溫度最高，約為 930℃，而最高溫度位於 BS1 測點，其溫度為 1023℃；於 104 分鐘時柱鋼板內側表面 之平均溫度最高，約為 905℃，而最高溫度位於 AS5 測點，其溫度為 980℃。試驗加 熱時間 11 分 20 秒，鋼材溫度最高溫度超過 550℃。試驗加熱時間 23 分，鋼材平均溫 度超過 500℃。
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 4-50 所示。由圖 4-50 可知，四個斷面於 C5 測點之最高溫度均達 760℃以上。但各斷面於 其它測點之最高溫度則有明顯差異。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 CC1 處，其溫度為 792℃；而距柱鋼板內側表面 126 mm 處混凝土的最高溫度發生在 CC4 位置處，其溫度為 792℃；試體混凝土中心的最 高溫度 786℃，發生在 CC3 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。
600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800
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 4-50 試體 TB2 內部混凝土熱電偶之最高溫度
（資料來源：本研究整理）
加熱過程中，爐內試體並無明顯的爆裂聲。軸向壓縮量於加熱時間 105 分鐘內，
未超過容許最大軸向壓縮量（30.6 mm）及容許最大軸向壓縮速率（9.18 mm/min）。惟 柱試體於加熱至第 105 分 40 秒，軸向壓縮速率瞬間變大，軸向壓縮量及軸向壓縮速率 均超過容許值，故停止試驗。試驗結束且試體冷卻後，隨即觀察試體 TB2 火害後的情 況，如圖 4-51所示。有關試體 TB2 局部挫屈之情形，如圖 4-52~圖 4-54所示。
圖 4-51 試體 TB2 試驗後之外觀
圖 4-52 試體 TB2 之局部挫屈情形 1
（資料來源：本研究整理）
圖 4-53 試體 TB2 之局部挫屈情形 2
（資料來源：本研究整理）
圖 4-54 試體 TB2 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 106 分鐘時，柱試體之軸向壓縮量及軸向變形壓縮速率皆超過容許值，已達到規範所定義 之破壞基準。據此，試體 TB2 之防火時效為 105 分鐘。