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研究生:蕭琪賢
論文名稱:鋼鐵材料在火場中耐高溫之行為研究
論文名稱(外文):Study of fire-resistant behavior of steel materials in fire
指導教授:楊錦懷楊錦懷引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:鋼材火害高溫潛變
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本研究係模擬實際結構中之鋼材受火害的行為表現。本研究可分成巨觀行為、火害後鋼材耐火性能、破斷面分析以及SEM微觀組織分析四部分來討論。至於在變數設定上係以鋼材承受應力及火害溫度作為主要變數。分別以0.4fy、0.6fy、0.8fy、1.05fy及1.1fy模擬結構中鋼材實際受力情況;火害溫度方面則有200℃、300℃、400℃、500℃及600℃五組;至於加熱時間與卸溫時間皆為1小時。
研究結果顯示,鋼材承受應力愈大、溫度愈高,鋼材所產生的最大應變及殘餘應變亦愈大。當鋼材承受的應力及溫度到達一個極限時,鋼材便產生破壞,但其破壞的型式並非為潛變所成之沿晶破壞,而是因為Overload所造成的微孔型穿晶破壞(dimpled rupture)。而由於鋼材在破壞時所造成的變形相當小,所以在微觀組織內,微孔(dimple)小且淺。另外對於火害後鋼材的耐火性能,經由本研究發現,在性能上並沒有折損,還是維持相當好的耐火性能。
The purpose of this research is to simulate the behavior of steel within real structure in fire. This research can be divided into four parts: macroscopic behavior, fire-resistant property of post-fire steel, analysis of the cross-section of fracture and SEM microscopic structure analysis. The main variables for this study are the stress sustained of steel and the fire temperature. 0.4fy, 0.6fy, 0.8fy, 1.05fy and 1.10fy will be applied to simulate the real stress sustained in real structure. As for the fire temperature, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃ and 600℃are used as variables.
The study results show that the heavier the stress sustained of steel and the higher the temperature, the bigger the maximum strain and strain remain. And when the combination of stress and temperature reach a limit, the steel will fracture. But the fractured mode is not due to the inter-granular rupture of creep but the dimpled rupture of stress overload. Because the fractured deformation is quite small, the dimple in microscopic structure is small and shallow. Besides, for the fire-resistant property of post-fire steel, the study shows that the characteristic of the post-fire steel doesn’t weaken through a fire.
總目錄
摘要 ………………………………………………………………………...Ⅰ
總目錄 ……………………………………………………………………...Ⅱ
表目錄 ……………………………………………………………………...Ⅵ
圖目錄 ……………………………………………………………………...Ⅶ
第一章 緒論
1.1 研究動機及研究背景 …………………………………………………1
1.2 研究目的 ………………………………………………………………2
1.3 研究方法及流程 ………………………………………………………2
第二章 文獻回顧
2.1火災的歷程 ……………………………………………………………..4
2.2 火災昇溫熱傳概念 …………………………………………………….4
2.3 鋼鐵材料之基本組織 ………………………………………………….7
2.3.1純鐵 ………………………………………………………………7
2.3.2 鐵碳平衡圖 ……………………………………………………...8
2.3.3 鋼 ………………………………………………………………...9
2.3.4鋼鐵材料之相組織種類及構成 …………………………………9
2.4鋼鐵材料之強化機理 ………………………………………………….13
2.5影響鋼鐵材料性質之機理 …………………………………………….14
2.5.1 碳含量 ………………………………………………………….14
2.5.2 晶粒尺寸 ……………………………………………………….15
2.5.3 差排 …………………………………………………………….16
2.5.4 合金元素 ……………………………………………………….17
2.6 鋼材於高溫重要性質探討 ……………………………………………17
2.7 潛變 ……………………………………………………………………18
2.7.1 潛變簡介 ……………………………………………………….18
2.7.2 發生潛變的機制探討 ………………………………………….20
2.8 鋼材延性破壞探討 ……………………………………………………21
2.8.1微孔型斷裂過程 ………………………………………………..22
2.8.2微孔型斷裂斷口的微觀特徵 …………………………………..24
第三章 試驗計畫
3.1 試驗流程 ………………………………………………………………35
3.2 試驗參數 ………………………………………………………………35
3.2.1 應力效應 ……………………………………………………….36
3.2.2 溫度效應 ……………………………………………………….36
3.2.3 火害後鋼材耐火試驗 ………………………………………….36
3.3試驗材料 ……………………………………………………………….37
3.3.1 鋼材 …………………………………………………………….37
3.3.2微觀試片準備之相關耗材 ……………………………………..38
3.4 試驗設備 ………………………………………………………………38
3.4.1 鋼材加溫設備 ………………………………………………….38
3.4.2巨觀機械性質試驗設備 ………………………………………..39
3.4.3微觀組織分析試驗設備 ………………………………………..39
第四章 試驗結果與分析
4.1 試驗結果圖表說明 ……………………………………………………46
4.1.1 試驗變數表格 ………………………………………………….46
4.1.2 圖形說明及定義 ……………………………………………….47
4.2 未破壞鋼材巨觀行為分析 ……………………………………………49
4.2.1 應力效應 ……………………………………………………….49
4.2.2 溫度效應 ……………………………………………………….52
4.3火害後鋼材耐火性能分析 ……………………………………………..54
4.4 破壞鋼材巨觀行為分析 ………………………………………………55
4.5 破斷面探討 ……………………………………………………………57
4.6 SEM微觀組織探討 ……………………………………………………58
第五章 結論
5.1 結論 …………………………………………………………………100
5.2 建議 …………………………………………………………………100
參考文獻 ………………………………………………………………103
參考文獻
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