第五章 結論與建議
照片 3. 6 鋼柱試體灌漿完成照片
照片 3.6 鋼柱試體灌漿完成照片
(資料來源：本研究拍攝)第 四 章
試 驗 結 果 與 討 論
註：RT 為室溫(room temperature)(資料來源：本研究整理)
圖4.1~4.5 為常溫與高溫下內灌混凝土箱型鋼柱之載重與變位曲線圖。試體 L-300 在 300℃恆溫下開始試驗，試驗加載至 10772kN 時，因為部份混凝土開裂 使得強度略為降低至10589kN，但因箱型鋼柱提供良好之圍束效應，強度繼續上 升至 10611kN 時，又有部份混凝土的開裂又讓強度降低至 10465kN，因箱型鋼 柱的圍束效應，讓強度繼續上升至300℃的極限強度 12375kN，因鋼柱銲道開裂，
使得試體無法承受原來的載重後，強度突然驟降。
試體L-400 在 400℃恆溫下開始試驗，試驗加載至 10161kN，混凝土開裂後 強度降至10133kN，此時鋼柱還可承受載重，強度繼續上升直到銲道開裂後，達 400℃的極限強度 10493kN，因為萬能試驗機油壓衝程不夠所以停止試驗。
試體L-500 在 500℃恆溫下開始試驗，試驗加載至 500℃的極限強度 9547kN
試驗結果亦顯示，試體於常溫下的極限強度值(Pu,RT)為 13113kN，300℃時 為常溫極限強度的 0.94 倍 (12375kN)，400℃時為常溫極限強度的 0.8 倍 (10493kN)，500℃時為常溫極限強度 0.73 倍(9547kN)，600℃為常溫極限強度 0.66 倍 (8591kN)。四種高溫下的極限強度皆可維持常溫極限強度的 2/3 以上。且內 灌混凝土之箱型鋼在500℃至 600℃之間強度差值僅為常溫下強度 0.07 倍，因混 凝土熱傳導慢，再加上其抗壓性及箱型鋼在外提供圍束混凝土的效應，使內灌混 凝土之箱型鋼柱在高溫下的強度沒有明顯的下降。相較於裸鋼箱型鋼柱溫度在 500℃至 550℃間強度會急劇的下降，500℃至 550℃間裸鋼鋼柱強度差異約常溫 下強度20%，突顯出採用內灌混凝土型式之箱型鋼柱可大幅提高高溫下鋼柱軸向 受壓之行為。
圖4.6 為試體常溫、300℃、400℃、500℃、600℃之正規化曲線。由圖中可 看出高溫下鋼柱試體初使勁度有隨著溫度上升而下降趨勢，此主要原因高溫下材 料性質軟化所致。各試體在到達極限強度後強度雖然有下降的趨勢但，仍可維持 相當之變形量，並未發生脆性破壞。此乃由於鋼材的延展性提供混凝土開裂之圍
束效應使試體到達極限強度後還能維持一定之強度。直到銲道開裂試體無法提供 良好的圍束效應才喪失其抵抗軸向載重的能力。
圖 4.1 L-RT 常溫極限強度之載重變形曲線圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.2 L-300 高溫 300℃極限強度之載重變形曲線圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.3 L-400 高溫 400℃極限強度之載重變形曲線圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4 4 L-500 高溫 500℃極限強度之載重變形曲線圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.5 L-600 高溫 600℃極限強度之載重變形曲線圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.6 L 試體常溫與高溫極限強度正規化之載重變形曲線比較圖
(資料來源：本研究繪製)常溫下，軸壓箱型柱內灌混凝土試體強度可依據複合材料強度
P P P
0= +
C S計 4.7~4.10，試驗溫度在 300℃及 400℃時，鋼材與混凝土溫差大約 200℃上下，試 驗溫度在500℃與 600℃下，鋼材與混凝土溫差約 300℃上下，混凝土達 300℃後表 4.2 內灌混凝土之箱型柱試驗結果與理論值比較
圖 4.8 400℃混凝土中間斷面溫度分佈曲線
(資料來源：本研究繪製)圖 4.9 500℃混凝土中間斷面溫度分佈曲線
(資料來源：本研究繪製)圖 4.10 600℃混凝土中間斷面溫度分佈曲線
(資料來源：本研究繪製)第 二 節 防 火 時 效 試 驗
實際火災中，鋼柱因溫度上升而有膨脹之趨勢，但因鋼柱兩端點受到相鄰樑
表 4.4 高溫下內灌混凝土箱型柱之載重
30%、40%及 60%之常溫極限強度。圖 4.11~4.15 為防火時效試驗所得之時間與 載重關係圖與比較圖。圖4.12 為設計載重 0.3Pu 加溫 4 小時之載重與時間關係圖。由圖中可看出
圖 4.11 防火時效試驗 B1 裸鋼試體載重比與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.12 防火時效試驗 D1 試體載重比與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.13 防火時效試驗 D2 試體載重比與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.14 防火時效試驗 D3 載重比與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.15 防火時效試驗試體載重比與時間關係比較圖
(資料來源：本研究繪製)第 三 節 高 溫 潛 變 試 驗
目前的鋼結構設計中，一般未考慮鋼材在常溫下潛變行為之影響，主要是 因為鋼材在常溫下雖然會產生濳變變形，但是此變形量對結構體的整體行為影響 不大，故可以忽略其濳變在常溫下的影響。相較於鋼結構，常溫下混凝土結構之 設計及須考慮潛變之影響，惟潛變應變為考慮長時載重之情況。高溫下材料主要 受溫度和應力影響其潛變速率和濳變行為。圖4.16為典型的濳變與時間的關係曲 線圖。由圖中可知濳變變形大致上可以分為三個階段，第一階段（Ⅰ）為初期的 濳變（primary creep），此階段是一種短時間內且在加載後ㄧ開始所產生的濳變。
第二階段（Ⅱ）為穩態的濳變 (secondary creep 或 steady-state creep)，這階段的 濳變是以固定潛變速率增加，且此階段存在一最小的潛變速率。第三種階段（Ⅲ）
為試體到達破壞的濳變 (tertiary creep)，當濳變量到達到某一值後會因為內部孔 隙或局部頸縮所造成應力集中導致應變速率迅速增加而破壞。
依據曾冠華、于宗漢、游鈞棋及游鎮安等人之研究顯示高溫下鋼柱之潛變
行為受溫度高低和應力大小之影響，且其潛變行為大致可分為三種不同類型的 加，在延時2小時到5小時間，潛變速率為5.48x10-4mm/hr。
time
time
c reep s tr ai n
s
1or T
1s
2or T
2s
3or T
3s
1>s
2>s
3T
1 >T
2 >T
3T : temperature s : stress
圖 4.17 應力和溫度對材料潛變行為之影響示意圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.18 高溫潛變試驗 F1 試體位移與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.19 高溫潛變試驗 F2 試體位移與時間關係圖
(資料來源：本研究繪製)圖 4.20 高溫潛變試驗 F3 試體位移與時間關
(資料來源：本研究繪製)第 四 節 規 範 條 文 之 比 較
表 4 6 內灌混凝土之箱型柱試驗結果與理論值比較
0.3Pu =3933kN
2
查表2.4，加載 0.3Pu 載重之臨界溫度為 656.25℃。
0.5(1 2)
θ θ θ
ϕ
= +αλ λ
+ =0.5562 2
1
fi
θ θ θ
χ
=ϕ
+ϕ
−λ
=0.92, , , , ( , )
y b fi t Rd fi y M fi
k
θ =N χ Af γ
=7867.8/(0.92x12758)=0.67查表2.4，加載 0.6Pu 載重之臨界溫度為 530.6℃。