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研究生:粘進發
研究生(外文):Chin-FaNien
論文名稱:鋼箱型柱電熱熔渣銲接區火害後拉力實驗之研究
論文名稱(外文):The Post-Fire Experiment of Steel Box-Column ESW JointsUsing Small-Scale Tension Specimens
指導教授:鍾興陽
指導教授(外文):Xing-Yang Zhong
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系專班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:火害後電熱熔渣銲背襯板水冷斷裂固有裂縫
外文關鍵詞:Post-FireElectroslag WeldingBacking PlateWater-CoolingFractureInherent Crack
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本研究將實尺寸鋼箱型柱電熱熔渣銲接(Electroslag Welding,ESW)區域之柱板與內隔板接頭,加工製作成小型柱板與內隔板之十字試體,以進行火害後的拉力實驗。採用SN490B建築結構用鋼板,分為柱板、內隔板與背襯板,以電熱熔渣銲接組合成十字試體,其中試體背襯板有「不做開槽」、「外側開槽」與「內側開槽」等三種型式合計三組試體;每組試體再以「未受火害」和「火害後水冷」兩種方式進行處理,「未受火害」試體為對照組,不做任何熱處理,「火害後水冷」試體則是以電爐加熱至900°C,持溫30分鐘後置入水中冷卻,來模擬火災時以消防水柱灌救,對ESW接頭所造成淬火之影響。本研究將以上六種組合之試體分別進行硬度試驗、腐蝕巨觀金相試驗、標準拉伸試驗與拉力實驗,藉以探討不同開槽型式的ESW接頭於火害後水冷之相關機械性質之變化。拉力實驗之結果,背襯板不開槽的ESW接頭試體於火害後水冷,其抗拉強度提升50%、延伸率減少65%、韌性模數減少51%;背襯板外側開槽的ESW接頭試體於火害後水冷,其抗拉強度提升51%、延伸率減少62%、韌性模數減少46%;背襯板內側開槽的ESW接頭試體於火害後水冷,其抗拉強度提升41%、延伸率減少58%、韌性模數減少43%。試體破壞模式顯示:「未受火害」的6支對照組試體皆斷裂在內隔板母材處,為韌性破壞模式;「火害後水冷」試體有5支斷裂在ESW銲道熱影響區與內隔板母材交界面,為脆性破壞模式,1支斷裂在ESW銲道與柱板交界面,亦屬於脆性破壞模式。
This study made the small-scale tension specimens from the full-scale electroslag welded (ESW) box-column joints to perform post-fire tensile experiments. Two SN490B steel diaphragm plates were connected to an SN490B steel column plate by electroslag welding with backing plates to make a cruciform specimen. Three groups of cruciform specimens were manufactured by three different backing plate types, including normal type, inner-cut corner type and outer-cut corner type. In addition, each group of specimens was divided into two groups, separately treated as “non-fire damaged” and “water-cooling.” “Non-fire damaged” group was the control group without any heat treatment. The specimens in “water-cooling” group were heated to 900°C, kept in 900°C for 30 minutes, and then cooled down to room temperature rapidly in water. This heat treatment was used to simulate the water quenching action executed by firemen for ESW joints in a steel structure on fire. This study performed hardness test, metallographic etching test, standard tensile test and tensile experiment for the six combination specimens to investigate the mechanical property variations of the fire-heated and water-cooled ESW joints with three types of backing plates. The tensile experiment results showed that the tensile strength increased 50%, ductility decreased 65% and toughness modulus decreased 51% for the water-cooled ESW joints with the normal type backing plates. For the ESW joints with the outer-cut corner type backing plates, the tensile strength increased 51%, ductility decreased 62% and toughness modulus decreased 46%. For the ESW joints with the inner-cut corner type backing plates, the tensile strength increased 41%, ductility decreased 58% and toughness modulus decreased 43%. All the six specimens in the “non-fire damaged” group broke at the diaphragm plates with the failure mode of ductile fracture. The five specimens in the “water-cooling” group broke at the junction between the HAZ of electroslag weld and the diaphragm with the failure mode of brittle fracture. One specimen in the “water-cooling” group fractured at the junction between the electroslag weld and the column plate with the failure mode of brittle fracture.
摘要…..…………………………………………………………………..I
Abstract….……………………………………………………………..III
誌謝…......................................................V
目錄….…………………………………………………………………………………..VII
表目錄…..………………………………………………………………………………...IX
圖目錄…..………………………………………………………………………………...XI
符號表….……………………………………………………………………………….XIII
第一章 緒論…..…………………………………………………………………………..1
1.1 研究背景與動機…..……………………………………………………….1
1.2 研究目的…..……………………………………………………………….4
1.3 研究方法…..……………………………………………………………….4
1.4 論文架構…..……………………………………………………………….5
第二章 文獻回顧…..……………………………………………………………………11
2.1 前言…..…………………………………………………………………...11
2.2 電熱熔渣銲接相關研究…..……………………………………………...11
2.3 火害後鋼材相關研究…..………………………………………………...12
第三章 鋼箱型柱電熱熔渣銲接接頭十字試體規劃與製作…..………………………15
3.1 前言…..…………………………………………………………………...15
3.2 試驗規劃…..……………………………………………………………...16
3.2.1 試體規劃…..…………………………………………………………16
3.2.2 鋼材熱處理…..………………………………………………………17
3.3 試體鋼板材料與銲接材料簡介…..……………………………………...18
3.3.1 SN490B鋼板…..…………………………………………………….18
3.3.2 KW-6銲材…..……………………………………………………….19
3.4 試體製作…..…………..………………………………………………….19
3.4.1 試體製作流程…..……………………………………………………20
3.4.2 試片編號…..…………………………………………………………22
第四章 硬度試驗、巨觀與標準拉伸試驗…..…………………………………………37
4.1 前言…..…………………………………………………………………...37
4.2 硬度試驗與腐蝕巨觀試驗….....…………………………………………38
4.2.1 硬度試驗…..…………………………………………………………38
4.2.2 硬度試驗儀器介紹…..………………………………………………39
4.2.3 硬度試驗流程…..……………………………………………………40
4.2.4 腐蝕巨觀試驗….……………………………………………………40
4.2.5 腐蝕巨觀試驗流程…..………………………………………………41
4.2.6 腐蝕巨觀試驗結果…..………………………………………………41
4.3 標準拉伸試驗…..………………………………………………………...44
4.3.1 標準拉伸試驗設備介紹…..…………………………………………45
4.3.2 標準拉伸試驗流程…..………………………………………………45
4.3.3 標準拉伸試驗結果…..………………………………………………45
第五章 拉力實驗…..……………………………………………………………………63
5.1 前言…..…………………………………………………………………...63
5.2 試驗設備介紹…..………………………………………………………...63
5.3 試驗流程…..……………………………………………………………...64
5.4 試驗結果…..……………………………………………………………...64
第六章 試驗結果討論…..………………………………………………………………87
6.1 前言…..…………………………………………………………………...87
6.2 依不同熱處理方式試驗結果之比較…..………………………………...87
6.3 依不同背襯板開槽型式試驗結果之比較…………………………….....93
第七章 結論與建議…..………………………………………………………………..109
參考文獻…..…………………………………………………..113

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