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研究生: 莊有清
Chuang, Yeou-Ching
論文名稱: 鋼材在高溫環境下之行為探討
The Behavior of Structural Steel at Elevated Temperatures
指導教授: 邱耀正
Chiou, Yaw-Jeng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 鋼材鋼結構曲線擬合溫度材料性質試驗
外文關鍵詞: experimentation, steel sturcture, temperature, material properties, steel, curve fitting
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  •   鋼材在高溫環境下之材料性質對鋼結構火害分析相當重要,要能有效的預測鋼結構遭受火害時之行為,除了結構分析模式之影響外,材料於高溫環境下之性質模式亦有關鍵性的影響,國內目前就鋼材在高溫環境下之材料性質尚未有足夠的研究結果可以作為預測鋼材高溫下之行為的基礎,本文中總共對三種鋼材試片進行高溫拉力試驗,分別為SN490C 30mm、SN490CFR 16mm以及取自A572 Gr50 H型鋼腹板之鋼材,得到之性能指標包括降服強度、極限強度、彈性模數與伸長率,再將降服強度比與溫度關係以及彈性模數比與溫度之關係與各國建議方案比較,從中探討國內鋼材在高溫環境下之行為與各國建議模式之差異。
      以往進行鋼結構火害模擬分析時最常採用之材料性質模式有兩種,ㄧ為雙線性模式,另ㄧ為完全彈塑性模式,此二種模式都是相當簡化的模式,與真實應力應變曲線相差很大,所以本文中將試驗得到之應力應變曲線以Poh建議之方法進行擬合,將真實應力應變曲線以方程式清楚的表示出來,此結果相較於以往兩種簡化模式有更高之精度,用於分析時最後得到之結果也會更精準。
      除了鋼材高溫下之應力應變曲線外,降服強度比與溫度關係以及彈性模數比與溫度之關係於鋼結構火害分析時,亦是重要參數,本文由此二者與各國建議方案比較結果中找出趨勢較相近之方案,再以該方案之方程式函數為基底進行擬合,以平均的觀念調整出較佳之係數,進而得到彈性模數比與溫度關係以及降服強度比與溫度關係之擬合方程式。
      由本文中試驗之結果,吾人發現不同種類之鋼材在高溫下之行為都不ㄧ樣,所以進行鋼結構耐火設計時,最好還是能先將考慮使用之同一批鋼材進行高溫試驗,再以文中建議之方法將鋼材性質模式建立,以供火害分析用,如此可得到較可靠之結果。

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    中文摘要…………………I 誌謝……………………III 章節目錄…………………IV 圖目錄…………………VIII 表目錄…………………XIV 符號說明表………………XVI 第一章 緒論 1-1 研究動機…………………01 1-2 研究目的…………………02 1-3 研究方法…………………02 1-3-1 試片恆溫加載試驗…………………02 1-3-2 高溫下應力應變關係曲線之曲線擬合…………………03 1-4本文適用範圍…………………03 第二章 文獻回顧 2-1 鋼材之機械性質…………………04 2-1-1強度及變形性質…………………04 2-1-2單位質量…………………08 2-1-3熱性質…………………09 2-1-3-1熱伸長率…………………09 2-1-3-2比熱…………………10 2-1-3-3熱傳導性…………………11 2-1-3-4熱膨脹性…………………12 2-2 EUROCODE3附錄部份…………………13 2-2-1 EUROCODE3 附錄A高溫下之應力應變關係(不考慮應變硬化)…………………13 2-2-2 EUROCODE3 附錄B高溫下鋼材之應變硬化…………………14 2-3高溫下結構鋼之潛變模式…………………15 2-3-1 概述…………………15 2-3-2 Plem建議穩態潛變模式方程式…………………16 第三章 試片之製作與儀器的設置 3-1 試片之準備與規劃…………………18 3-2 試驗裝置…………………19 3-2-1 拉伸試驗機…………………19 3-2-2 水冷散熱裝置…………………19 3-2-3 加熱裝置…………………19 3-2-4 溫度測定裝置…………………19 3-2-5伸長量測定裝置…………………20 3-3 試驗方法…………………20 3-3-1加熱方法…………………20 3-3-2負載方法…………………21 3-3-3溫度測定方法…………………21 3-3-4伸長量測定方法…………………22 3-3-5試片平行部之原截面積、標點距離、降服點或降服強度、抗拉強度、伸長率及斷面縮率之求法…………………22 第四章 試驗結果與討論 4-1 鋼材之化學成分…………………23 4-2 試驗結果…………………23 4-3 試驗結果比較…………………23 第五章 應力-應變曲線之擬合方程式 5-1 概述…………………27 5-2 曲線擬合模式…………………27 5-3 曲線擬合步驟…………………28 5-3-1 曲線擬合方程式…………………30 5-3-2 應力應變曲線擬合結果…………………32 5-4 彈性模數比、降服強度比與溫度關係之方程式…………………33 5-4-1彈性模數比與溫度關係之擬合方程式…………………33 5-4-2降服強度比與溫度關係之擬合方程式…………………34 第六章 結論與建議 6-1 結論…………………37 6-2 建議…………………39 參考文獻…………………41 附圖…………………44 附表…………………88

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    校外:2004-07-20公開
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