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研究生:張為舜
研究生(外文):Wei-Shun Chang
論文名稱:火害後鋼筋混凝土柱的力學性質與破壞模式分析
論文名稱(外文):The Mechanical Properties of Reinforced Concrete Columnsand Failure Mode Analysis after the Fire
指導教授:林誠興林誠興引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:143
中文關鍵詞:火災損害FDS軟體鋼筋混凝土柱
外文關鍵詞:Fire DamageFDSReinforced Concrete Columns
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台灣地區的建築物大多為鋼筋混凝土所建,而鋼筋混凝土受火害後,由於溫度會因為受火面位置而有極大的差異,此外,溫度的變化和力學性質有極大的關聯,因此,火害後建築物構件的溫度與力學性質分析是不可或缺的。台灣內政部建築研究所也對建築物受火害後的溫度與熱力學性質做一系列的實驗研究分析,透過實驗,我們可以確實了解建築物構件損害的情形,另外,當構件無法在承受應力時,即開始產生破壞。一般受火害後的建築物,只要火害溫度不高,可以使用補強的方式,英國混凝土協會便對受火害後建築物結構與修建評估提出完整的程序。
過去火害實驗耗時繁雜且需要投入大量的經費,因此不易施行,但由於現代科技的快速發展加上電腦軟體的進步,透過電腦軟體,能有效率並快速的重現模擬實驗。本研究透過兩種軟體進行火場模擬,利用FDS建構並擷取火場所需資訊,再透過熱流計算模擬軟體PHEONICS進行溫度與力學性質的分析,透過與文獻資料的比對,提供鋼筋混凝土柱體溫度與力學性質分析。


In Taiwan, most of the buildings were built of reinforced concrete (RC). After the fire damage, temperature of the RC components are different in location face to fire, in addition, the mechanical properties are relative to temperature. Therefore the analysis of temperature in building components after fire is necessary. The fire experiment and research institute in Taiwan also has done through a series of experiments and analyses in order to understand the damage of RC building structures totally. Furthermore, when components cannot withstand stresses, it will be beginning to damage, destruction, such as deflection, collapse and other phenomena of stress concentration. Generally, the RC building structure still can be use after fire damage if the temperature is not so high. The British Concrete Association has proposed the inspect procedure of reinforced concrete building structure after fire damage.
Formerly the fire experiment is time-consuming and cost a lot of funding, but the rapid development of modern technology coupled with advances in computer software has made the reproduce simulation more efficiently and quickly. This study is using three kinds of software for fire simulation: retrieved the required information by FDS, calculate and analysis the mechanical properties by PHEONICS. Finally, to compare with technical literature and provide a reference for temperature and mechanics properties analysis of reinforced concrete column.


目 錄
中文提要 ………………………………………………………………i
英文提要 ………………………………………………………………ii
誌謝 ……………………………………………………………………iii
目錄 …………………………………………………………………iv
表目錄 …………………………………………………………………vii
圖目錄 …………………………………………………………………ix
符號說明 ………………………………………………………………………xiv
第一章 前言
1.1 緒論 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究規劃流程 4
第二章 火災數值模擬軟體與鋼筋混凝土簡介
2.1 數值軟體簡介 5
2.1.1 PHOENICS軟體 5
2.1.2 FDS軟體 10
2.2 鋼筋混凝土之介紹 13
2.2.1 優缺點論述 13
2.2.2 竹節鋼筋分類表 14
2.3 挫曲現象(Buckling) 15
2.3.1 挫曲現象介紹 15
2.3.2 長柱挫曲現象 16
2.4 熱傳遞方式 19
2.4.1 熱傳導 19
2.4.2 熱對流 20
2.4.3 熱輻射 21
2.5 混凝土之熱學性質 21
2.5.2 比熱 22
2.5.3 混凝土外觀改變 22
2.6 混凝土裂縫 23
2.6.1 混凝土裂縫變化 23
2.6.2 混凝土爆裂機制 23
2.6.3 影響混凝土爆裂的因素 24
2.7 火害後建築物之安全評估 25
2.8 防火構造之建築物相關法規 29
2.8.1 建築構件的耐火性能 29
2.9 火害後鋼筋混凝土樑柱構件模擬研究 30
2.9.1 相關文獻探討 30
第三章 鋼筋混凝土火害後力學性質變化
3.1 鋼筋混凝土之力學性質探討 34
3.1.1 混凝土抗壓強度折減之變化 34
3.1.2 混凝土極限應變折減之變化 38
3.1.3 混凝土抗拉強度折減之變化 40
3.1.4 鋼筋降伏強度折減之變化 41
3.1.5 鋼筋抗拉強度折減之變化 41
3.2 柱體破壞模式 42
3.2.1 破壞模式之平衡破壞 42
3.2.2 破壞模式之斷面受壓力破壞 44
3.2.3 破壞模式之斷面受拉力破壞 45
3.2.4 熱劣化深度破壞 47
3.2.5 鋼筋高溫下黏結力破壞 48
3.3 研究流程與模擬軟體驗證 49
3.3.1 研究流程 49
3.3.2 模擬Case分析 51
3.3.3 模擬Case規劃圖 52
3.3.4 模擬軟體驗證 53
第四章 結果與討論
4.1 火源熱釋放率大小之設計(CASE A) 54
4.1.1 熱釋放率3MW之變化 54
4.1.2 熱釋放率5MW之變化 55
4.1.3 熱釋放率7MW之變化 55
4.2 鋼筋主筋直徑大小之設計(CASE B) 56
4.2.1 主筋直徑大小設計之鋼筋溫度變化 57
4.2.2 主筋直徑大小設計之鋼筋降伏強度變化 59
4.2.3 主筋直徑大小設計之混凝土抗壓強度變化 61
4.3 柱體混凝土保護層厚度之設計(CASE C) 63
4.3.1 混凝土保護層之鋼筋與混凝土溫度變化 63
4.3.2 混凝土保護層之鋼筋降伏強度變化 65
4.3.3 混凝土保護層之混凝土抗壓強度變化 66
4.4 柱體外型之設計(CASE D) 67
4.4.1 柱體外型設計之鋼筋與混凝土溫度變化 67
4.4.2 柱體外型設計之鋼筋降伏強度變化 69
4.4.3 柱體外型設計之混凝土抗壓強度變化 70
4.5 柱體混凝土保護層厚度之設計(CASE E) 71
4.5.1 混凝土保護層之鋼筋與混凝土溫度變化 72
4.5.2 混凝土保護層之鋼筋降伏強度變化 75
4.5.3 混凝土保護層之混凝土抗壓強度變化 76
4.6 柱體外型之設計(CASE F) 78
4.6.1 柱體外型之鋼筋與混凝土溫度變化 78
4.6.2 柱體外型之鋼筋降伏強度變化 80
4.6.3 柱體外型之混凝土抗壓強度變化 81
第五章 結論
5.1綜合討論 112
5.2 建議 114
參考文獻 126
論文審查意見 131
附錄 …………………………………………………………………………..132
作者簡歷 142



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