鋼筋混凝土柱構體火害行為

對於鋼筋混凝土構體的火害行為研究，區分為二類研究方向，第一類 為構體之耐火行為，構體在設定之昇溫曲線條件下，例如ASTM E119、ISO 834或火場模擬昇溫曲線等，測試構體可耐火之時效及變形等資料，此類研 究屬高溫（火害）中之研究；第二類則著重於構體結構之力學行為，同樣

依照特定或選擇之昇溫曲線，測試規劃火害延時後之力學行為及變形能力 等，此類研究多為高溫（火害）後之研究。

鋼筋混凝土構體受火害高溫，基本上仍遵循鋼筋及混凝土之材料特 性，以下分別敘述相關文獻研究成果：

（1）鋼筋混凝土結構柱火害中結構行為

針對矽酸質粒料混凝土（4,900 psi）、石灰質粒料混凝土（4,960 psi）及 輕質粒料混凝土（6,460 psi）之方柱進行試驗[27]，共計有31支試體，試體 高度3.8公尺，依照 ASTM E119昇溫曲線，研究承受軸向載重之柱強度折 減趨勢，試驗結果顯示在 304×304 公釐之試體，耐火時效均可達 3 小時，

此時服務載重約為ACI標稱載重之 0.4~0.6，另試驗結果顯示石灰質粒料之 耐火時效優於矽酸質粒料，發現斷面越大，耐火時效越優，二種粒料混凝 土之耐火試驗結果經迴歸分析之公式，所計算耐火時效如表3。

延續上述試驗後，復進行六支偏心載重柱之試驗[28]，仍採用矽酸質粒 料混凝土（4,900 psi）、石灰質粒料混凝土（4,960 psi），偏心載重試驗之耐 火時效與軸向載重試驗之耐火時效比較，如表 4 所示，顯示：（1）相同束 制條件，載重強度比越小者，下降越大。（2）相同載重強度比，束制越少 者，下降越大。（3）相同載重強度比、相同束制條件，石灰質粒料下降較 矽酸質粒料明顯。（4）所有變數之RC偏心柱，除兩端鉸接之石灰質粒料混

凝土耐火時效低於3小時，餘均有3小時之耐火時效，但因實際上 RC端兩 端不可能沒有束制，此情形將不會發生。

針對高強度混凝土（12,000 psi~17,000 psi）柱耐火行為之試驗[29]，文 獻試驗變數包括了斷面尺寸、主筋尺寸、繫筋間距及彎折角度，試驗時試 體之溼度介於50%~56%，試驗結果顯示：（1）雖然高強度混凝土之耐火性 能劣於普通混凝土，但在良好圍束下，亦有 4 小時以上之時效，耐火效果 仍優。（2）在高強度混凝土中，繫筋彎折角度 135 度之耐火時效優於繫筋 角度90度，間距較密者，耐火時效較優。（3）在高強度混凝土中，初期受 溫階段並沒有爆裂之現象，爆裂現象發生在試驗末期。（4）粒料性質、相 對溼度、孔隙比、載重強度及繫筋間距對高強度混凝土爆裂均有影響。

另採用五種不同配比之混凝土製作鋼筋混凝土柱，分別為普通混凝土

（4,000 psi）一支及高強度混凝土（8,500 psi）四支（使用矽質粒料及石灰 質粒料，其中二支高強度混凝土又加入鋼纖維及聚丙烯纖維）進行試驗 [30]，結果顯示：（1）高強度混凝土耐火性能低於普通混凝土。（2）石灰質 粒料之混凝土之耐火性能較佳。（3）加入纖維之鋼筋混凝土，改善了鋼筋 混凝土之韌性及耐火性能。（4）加入聚丙烯纖維之鋼筋混凝土，減少剝離 之現象和改善耐火性能。

（2）鋼筋混凝土結構柱火害後結構行為

當火害時未施壓應力之 RC 方柱（3,000 psi），而火害後承受軸向載重 之力學試驗[31]，試驗結果發現：（1）火害延時對剩餘強度之影響最大，火 害延時0.5小時約為火害前之 0.89，火害延時 1小時約為火害前之0.87，火 害延時2小時約為火害前之0.78，火害延時 4小時約為火害前之 0.61。（2） 超音波或反彈錘試驗在火害後之試驗結果並不理想，誤差甚大。（3）保護 層參數對火害後之剩餘強度影響不明顯。（4）箍筋間距對火害後剩餘強度 之影響不明顯。

火害時未施壓應力之方柱（3,000 psi），火害後承受軸向載重柱或偏心 載重柱之剩餘強度及勁度試驗[32]，試驗結果發現：（1）火害後以柱的撓曲 勁度折減最為嚴重，再來依序為軸向勁度、偏心強度及軸向強度。（2）不 同斷面在相同之火害狀態，受損程度有明顯之差距，溫度之傳遞與斷面尺 寸有極大之關係。

火害時施軸向壓應力（0f_c、0.1 f_c、0.2 f_c）之方柱（3,000psi），火 害後仍承受此壓應力之軸向柱與偏心柱之力學試驗[33]，結果發現，相同火 害延時下，承受壓應力之RC柱：（1）其極限強度較未施壓應力者高。（2） 對軸向勁度影響不大，對撓曲勁度有較大之影響。（3）受影響大小順序為 撓曲勁度、偏心強度、軸向勁度，且斷面較小者更明顯。