第四章 試驗結果分析與討論
第五節 試體 TB3 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，但其抗壓強度仍沿用 83 天齡期之強度（449 kgf/cm²）。準此，填充型箱型鋼柱內所灌注混凝土之抗壓強度視為 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 及試體 TB2 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 4-55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 7 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 10 分鐘以後，
爐內升溫曲線與標準升溫曲線幾乎一致，此顯示爐溫之控制已相當準確。
0 10 20 30 40 50 60 70 80
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 4-55 試體 TB3 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 TB3 之軸向變形與升溫時間關係如圖 4-56 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；5~24 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 24 分鐘之際，此時試體軸向伸長達 到最大值（11.7 mm），推算其平均伸長速率為 0.488 mm/min。第 24 分鐘之後，試體 軸向伸長變形量開始減少，於第 43 分鐘時進入壓縮階段，直到試驗終止。於 69 分 10 秒，試體軸向壓縮變形率為 18.6 mm/min，已達試驗終止條件（9.18 mm/min）；於 69 分 20 秒，軸向壓縮量為 31.1 mm，已超過容許最大軸向壓縮量（30.6 mm）。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 Time (min)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
Axial deformation (mm)
TB3
Allowable maximum deformation
圖 4-56 試體 TB3 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 TB3 之軸向變形與爐內平均溫度關係如圖 4-57所示。由圖 4-57可 知，爐內平均溫度小於 200℃時之前，試體 TB3 之軸向變形均為零；爐內平均溫度大 於 200℃之後，試體開始有膨脹伸長的現象；當爐內平均溫度約達 535℃時，試體 TB3 之軸向伸長變形量已超過 1 mm；爐內平均溫度約 590℃時，試體 TB3 之軸向伸長變形 量已達 2.5 mm；爐內平均溫度介於 590~760℃時，試體軸向伸長變形量明顯增加，但 其值均小於 10 mm；爐內平均溫度約為 800℃時，試體軸向伸長變形量達到最大值（11.7 mm）；爐內平均溫度介於 800~890℃時，試體停止軸向伸長，開始迅速縮短；爐內平 均溫度約 890℃時，試體軸向變形量為零；爐內平均溫度介於 890~960℃時，試體軸向 壓縮變形量急遽增加；爐內平均溫度約為 960℃時，試體軸向壓縮變形量已達 31.1 mm。
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Temperature (
oC)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
A x ia l d ef o rm a ti o n ( m m )
圖 4-57 試體 TB3 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 TB3 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
4-58~圖 4-61
所示；各斷面之混凝土測點溫度與時間關係如圖 4-62~圖 4-65 所示。由圖 4-64~圖 4-65 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。
0 20 40 60 80 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 4-58 試體 TB3 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
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 4-59 試體 TB3 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 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 4-60 試體 TB3 斷面 C 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
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple DS1 Thermocouple DS2 Thermocouple DS3 Thermocouple DS4 Thermocouple DS5 Thermocouple DS6
圖 4-61 試體 TB3 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 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 4-62 試體 TB3 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
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 4-63 試體 TB3 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 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 4-64 試體 TB3 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
Time (min) 0
T em p er a tu re (
oC )
Furnace Average Temepature Thermocouple DC1 Thermocouple DC2 Thermocouple DC3 Thermocouple DC4 Thermocouple DC5
圖 4-65 試體 TB3 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 TB3 之鋼材溫度分布而言，於 56 分鐘時柱鋼板外側表面之平均溫度最高，
約為 750℃，而最高溫度位於 AS2 測點，其溫度為 870℃；於 54 分鐘時柱鋼板內側表 面之平均溫度最高，約為 640℃，而最高溫度位於 DS6 測點，其溫度為 731℃。試驗 加熱時間 14 分，鋼材溫度最高溫度超過 550℃。 試驗加熱時間 22 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 4-66 所示。由圖 4-66可知，各斷面於 C5 測點之最高溫度相對較高，達 400℃以上。此外，
斷面 A 及斷面 B 於其他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 556℃；而距柱 鋼板內側表面 126 mm 處混凝土的最高溫度發生在 CC2 位置處，其溫度為 413℃；試 體混凝土中心的最高溫度 304℃，發生在 DC3 位置處。試驗過程中，試體內混凝土亦 因高溫開裂，導致斷面溫度分布不均，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 4-66 試體 TB3 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 TB3 火害後的情況，如圖 4-67所示。
試體 TB3 亦有多處位置產生局部挫屈的現象，如圖 4-68~圖 4-69所示。
圖 4-67 試體 TB3 試驗後外觀
（資料來源：本研究整理）
圖 4-68 試體 TB3 之局部挫屈情形 1
（資料來源：本研究整理）
圖 4-69 試體 TB3 之局部挫屈情形 2
（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 69 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 TB3 之防火時效為 68 分鐘。