摘要........................................................I Abstract.................................................... II 誌謝.......................................................IV 目錄........................................................V 表目錄 ................................................... VII 圖目錄 ..................................................... X 符號表.................................................. XVII 第一章 緒論..............................................1 1-1 研究目的...............................................1 1-2 研究方法...............................................1 第二章 文獻回顧.........................................3 2-1 混凝土之熱學性質.......................................3 2-2 混凝土在高溫作用下之材料性質...........................5 2-3 鋼筋在高溫作用下之材料性質............................13 2-4 鋼筋混凝土梁受高溫之承力行為..........................14 第三章 試驗規劃及試驗方法...........................17 3-1 試體規劃..............................................17 3-2 試驗設備..............................................19 3-3 量測儀器及量測方法....................................20 3-3-1 量測儀器..........................................20 3-3-2 量測方法..........................................21 3-4 試驗程序及方法........................................22 第四章 理論分析........................................26 4-1 數值模擬之簡介........................................26 4-2 熱學參數..............................................28 4-3 梁柱複合構件之電腦模型................................30 4-4 電腦模型之印證........................................31 第五章 結果與討論.....................................35 5-1 高溫試驗中後梁表面混凝土的觀察........................35 5-2 高溫試驗中梁內部溫度之變化............................36 5-2-1梁內部主要斷面的溫度變化...........................36 5-2-2試體內部的溫度預測值與實測值的比較.................38 5-3 梁試體在服務載重下受高溫作用之行為....................39 5-3-1梁在高溫測試前之載重與變形行為.....................39 5-3-2梁在高溫測試中之載重與變形行為.....................40 5-4 梁試體在高溫後加載行為與殘餘強度......................42 5-4-1梁的載重與撓度之關係................................42 5-4-2梁的載重與梁末端水平位移之關係......................44 5-4-3 梁在高溫後曲率之改變...............................45 5-4-4 梁的殘餘強度.......................................45 第六章 結論.............................................53 參考文獻..................................................55 表目錄 表 3-1-1自充填混凝土(SCC)之配比.............................57 表 3-1-2自充填混凝土(SCC)抗壓強度之追蹤.....................57 表 3-4-1-1 SCC3試體的加載歷程中梁柱之載重值.................58 表 4-2-1 Ellingwood等人【2】建議混凝土的熱傳導係數k值......59 表 4-2-2 T.T.Lie等人【4】建議混凝土熱容比ρc值..............59 表 4-2-3 由Eurocode2 【1】建議之矽質骨材混凝土的熱傳導係數k值.60 表 4-2-4 由Eurocode2【1】建議混凝土熱容比ρc值..............60 表 4-4-1 ANSYS模擬梁在高溫中之變形...........................61 表 5-1-1 SCC3試體的梁在高溫測試中之現象觀察.................62 表 5-3-2-1在服務載重作用下Δ1、Δm及Δ2在升溫及冷卻過程之變 化....................................................... 63 表 5-3-2-2在服務載重作用下梁末端轉動角與水平位移在升溫及冷卻 過程之變化............................................... 64 表 5-3-2-3 SCC3與NC3在服務載重作用下於常溫及高溫變形之比較.65 表 5-4-1-1梁在高溫前後服務載重作用下之撓度..................66 表 5-4-1-2高溫後梁的載重比值與撓度之關係....................67 表 5-4-2-1梁末端在高溫前後服務載重作用下之水平位移..........68 表 5-4-3-1梁在殘餘強度測試之總載重比值與曲率之關係..........69 表 5-4-4-1梁斷面在常溫與受高溫後殘餘撓曲強度之比較..........70 表 5-4-4-1常溫與高溫破壞時Δ1、Δ2與梁總載重比值之關係......70 圖目錄 圖 2-1-1 Eurocode2及Ellingwood等人所提出的混凝土熱傳導係數k 與溫度之關係【1】【2】.....................................71 圖 2-1-2 ACI216混凝土熱傳導係數與溫度之關係【3】............71 圖 2-1-3 Eurocode2與T.T.Lie建議的熱容比與溫度之比較【1】【4】......................................................72 圖 2-2-1 Eurocode2高溫中混凝土抗壓強度折減遞減之關係【1】..72 圖 2-2-2 Eurocode2高溫中矽質骨材混凝應力應變曲線之關係【1】.73 圖 2-2-3 ACI216高溫中、後矽質骨材混凝土抗壓強度遞減之關係【3】.73 圖 2-2-4 ACI216高溫中混凝土彈性模數遞減之關係【3】.........74 圖 2-3-1 Eurocode2高溫中鋼筋抗拉強度遞減之關係【1】........74 圖 2-3-2 ACI216高溫中鋼筋抗拉強度遞減之關係【3】...........75 圖 3-1-1七層樓建築物之構架尺寸圖............................76 圖 3-1-2數值模擬分析之結果..................................77 圖 3-1-3梁柱複合構件與加載點之配置..........................78 圖 3-1-4鋼筋及鋼棒配置圖....................................79 圖 3-1-5梁熱耦線配置圖......................................80 圖 3-1-6邊梁熱耦線配置圖....................................81 圖 3-1-7柱熱耦線配置........................................82 圖 3-1-8自充填混凝土抗壓強度之發展..........................83 圖 3-2-1複合構件實驗爐外觀..................................83 圖 3-3-2-1高溫測試中梁端加載設備及量測儀器示意圖............84 圖 3-3-2-2高溫測試前與殘餘強度測試中梁端加載設備及量測儀器示 意圖...................................................... 85 圖 3-3-2-3梁末端量測儀器示意圖..............................86 圖 3-3-2-4 P1點之量力計......................................87 圖 3-3-2-5 P2點之量力計......................................87 圖 3-3-2-6梁末端之量力計....................................88 圖 3-3-2-7 m點陶瓷棒延伸至爐外設置位移計之情形..............88 圖 3-3-2-8 m點陶瓷棒於爐內之設置(尚未包覆訪火棉) ...........89 圖 3-3-2-9梁底部P1點之位移計................................89 圖 3-3-2-10梁底部P2點之位移計...............................90 圖 3-3-2-11梁末端量測儀器之設置.............................90 圖 3-3-2-12量測曲率所設置之鋁框及位移計(Dial gauge)示意圖(a).91 圖 3-3-2-12量測曲率所設置之鋁框及位移計(Dial gauge)示意圖(b).92 圖 3-3-2-13殘餘強度測試中量測曲率所設置之鋁框及位移計.......92 圖 3-3-2-14靠近梁柱接頭處梁頂鋁框及位移計架設之情形.........93 圖 3-3-2-15靠近梁柱接頭處梁底鋁框及位移計架設之情形.........93 圖 3-4-1-1安裝上下柱承壓鋼版之情形..........................94 圖 3-4-1-2溫度記錄器 .......................................94 圖 3-4-1-3防火棉披覆與防護網架設之位置......................95 圖 3-4-1-4 SCC3加載流程.....................................96 圖 4-3-1 Solid70元素示意圖..................................97 圖 4-3-2模擬梁柱複合構件SCC3試體之有限元素模型.............97 圖 4-4-1 Solid45元素示意圖..................................98 圖4-4-2 梁柱複合構件試體之分析模型..........................98 圖4-4-3 梁柱複合構件試體模型邊界設定與受力情形..............99 圖4-4-4 將梁柱接頭端改成鉸接試體模型之邊界設定與受力情形....99 圖4-4-5 將梁柱接頭端改成固定端試體模型之邊界設定與受力情形..99 圖4-4-6 ISO834標準升溫曲線.................................100 圖4-4-7 NC3試體斷面底部中心溫度與Eurocode2預測值之比較....100 圖4-4-8 SCC3試體斷面底部中心溫度與Eurocode2預測值之比較...101 圖4-4-9 NC3靠近接頭附近在梁頂部出現撓曲裂縫................101 圖4-4-10 SCC3靠近接頭附近在梁頂部出現撓曲裂縫..............102 圖 5-1-1 SCC3梁試體西側在高溫測試中之現象觀察..............103 圖 5-1-2 SCC3梁試體東側在高溫測試中之現象觀察..............103 圖 5-1-3高溫測試中梁出現水份排出之現象.....................104 圖 5-1-4高溫測試中梁末端出現水份排出之現象.................104 圖 5-1-5梁側面及底面之龜裂與剝落現象.......................105 圖 5-1-6梁側面及底面之龜裂與剝落現象.......................105 圖 5-1-7梁側面及底面之龜裂與剝落現象.......................106 圖 5-1-8梁側面及底面之龜裂與剝落現象.......................106 圖 5-1-9靠近接頭附近在梁頂部出現撓曲裂縫...................107 圖 5-1-10靠近接頭附近在梁頂部出現撓曲裂縫..................107 圖 5-2-1-1在升溫及冷卻過程中試體內部混凝土之溫度變化.......108 圖 5-2-1-2在升溫及冷卻過程中試體內部鋼筋之溫度變化.........108 圖 5-2-1-3在升溫及冷卻過程中試體內部混凝土與鋼筋之溫度比較.109 圖 5-2-1-4在升溫及冷卻過程中試體內部混凝土與鋼筋之溫度比較.109 圖 5-2-1-5在升溫及冷卻過程中試體內部混凝土與鋼筋之溫度比較.110 圖 5-2-1-6在升溫及冷卻過程中試體內部混凝土與鋼筋之溫度比較.110 圖 5-2-1-7在升溫及冷卻過程中試體內部不同點位鋼筋之溫度比較.111 圖 5-2-1-8在升溫及冷卻過程中試體內部不同點位鋼筋之溫度比較.111 圖 5-2-1-9在升溫及冷卻過程中試體內部不同點位鋼筋之溫度比較.112 圖 5-2-1-10在升溫及冷卻過程中試體內部同斷面混凝土之溫度比較112 圖 5-2-1-11在升溫及冷卻過程中試體內部同斷面混凝土之溫度比較113 圖 5-2-2-1在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....113 圖 5-2-2-2在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....114 圖 5-2-2-3在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....114 圖 5-2-2-4在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....115 圖 5-2-2-5在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....115 圖 5-2-2-6在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....116 圖 5-2-2-7在升溫過程中試體內部實側值與理論值之溫度比較.....116 圖 5-2-2-8在升溫過程中試體內部混凝土之溫度變化.............117 圖 5-2-2-9在升溫與冷卻過程中不同試體內部混凝土之溫度比較...117 圖 5-2-2-10在升溫與冷卻過程中不同試體內部混凝土之溫度比較..118 圖 5-2-2-11在升溫過程中試體內部實側值之水平溫度梯度........118 圖 5-2-2-12在升溫過程中試體內部預測值之水平溫度梯度........119 圖 5-2-2-13在升溫過程中試體內部預測值之水平溫度梯度........119 圖 5-2-2-14在升溫過程中試體內部實側值之垂直溫度梯度........120 圖 5-2-2-15在升溫過程中試體內部預測值之垂直溫度梯度........120 圖 5-2-2-16在升溫過程中試體內部預測值之垂直溫度梯度........121 圖 5-3-1-1高溫前P1、P2與m點撓度與載重之關係...............121 圖 5-3-1-2高溫前梁末端水平位移與載重之關係.................122 圖 5-3-1-3高溫前梁末端轉動角與載重之關係...................122 圖 5-3-2-1 在升溫與冷卻過程中P1撓度與時間之關係............123 圖 5-3-2-2在升溫與冷卻過程中m點撓度與時間之關係...........123 圖 5-3-2-3在升溫與冷卻過程中P2撓度與時間之關係.............124 圖 5-3-2-4在升溫與冷卻過程中P1、P2與m點撓度與時間之關係....124 圖 5-3-2-5在升溫與冷卻過程中P1撓度與載重之關係.............125 圖 5-3-2-6在升溫與冷卻過程中m點撓度與載重之關係...........125 圖 5-3-2-7在升溫與冷卻過程中P2撓度與載重之關係.............126 圖 5-3-2-8在升溫與冷卻過程中梁的撓曲變形圖.................126 圖 5-3-2-9在升溫與冷卻過程中梁末端水平位移與時間之關係.....127 圖 5-3-2-10在升溫與冷卻過程中梁末端轉動角與時間之關係......127 圖 5-4-1-1 P1在服務載重下於高溫測試前、後之撓度.............128 圖 5-4-1-2 m點在服務載重下於高溫測試前、後之撓度...........128 圖 5-4-1-3 P2在服務載重下於高溫測試前、後之撓度.............129 圖 5-4-1-4 殘餘強度試驗中P1撓度與載重之關係................129 圖 5-4-1-5 殘餘強度試驗中m點撓度與載重之關係...............130 圖 5-4-1-6 殘餘強度試驗中P2撓度與載重之關係................130 圖 5-4-1-7 梁於殘餘強度試驗中Pcol = 3920 kN階段之整體變形圖..131 圖 5-4-1-8 P2點於破壞時所發生之混凝土壓碎現象...............131 圖 5-4-2-1梁末端在服務載重下於高溫測試前、後之水平位移比較..132 圖 5-4-2-2殘餘強度試驗中梁末端水平位移與載重之關係.........132 圖 5-4-3-1 梁在殘餘強度測試中之曲率變化.................... 133 圖 5-4-4-1 SCC1、SCC3 P1點的撓度與梁總載重比值之關係........134 圖 5-4-4-2 SCC1、SCC3 P2點的撓度與梁總載重比值之關係........134