進階搜尋


 
系統識別號 U0026-0812200911104900
論文名稱(中文) 鋼材在高溫環境下之行為探討
論文名稱(英文) The Behavior of Structural Steel at Elevated Temperatures
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 92
學期 2
出版年 93
研究生(中文) 莊有清
研究生(英文) Yeou-Ching Chuang
學號 n6691115
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 106頁
口試委員 口試委員-朱聖浩
口試委員-王永明
指導教授-邱耀正
中文關鍵字 鋼材  鋼結構  曲線擬合  溫度  材料性質  試驗 
英文關鍵字 experimentation  steel sturcture  temperature  material properties  steel  curve fitting 
學科別分類
中文摘要   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。
英文摘要 None





論文目次 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
參考文獻 1. ASCE Manuals and Reports on Engineering Pratice No.78, “Structural Fire Protection, ” ASCE, New York, 1992.

2. ASTM E21-79, “Standard Test Methods for Elevated Temperature
Tension Tests of Metallic Materials, ” ASTM, Philadelphia, Pa., United States, pp. 190-196, 1988.

3. ASTM E21-03a, “Standard Test Methods for Elevated Temperature Tension Tests of Metallic Materials, ” ASTM, West Conshohocken, Pa., United States, pp. 1-8, 2003.

4. BISRA, “Physical constants of steels at elevated temperatures, ” British Iron and steel Research Association,1952.

5. BSI, “ Structural Use of Steelwork in Building, ” Part 8, Code of Practice for Fire Resistance Design, 1990.

6. ECCS--Technical Committee 3, “European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures, ” Elsevier Scientific, New York , 1983.

7. EUROCODE 3, “Design of steel structures---Part 1﹒2:General rules --- Structural fire design,” ( DD ENV 1993-1-2:2001 Corrected and reprinted September 2001 ).

8. Fessler H, Hyde TH, “Creep deformation of metals, creep of engineering materials, ” In: Pomeroy CD, editor. A journal of strain analysis monograph. Mechanical Engineering Publication Limited, pp.85-110, 1978.

9. Guo-Qiang Li, Shou-Chao Jiang, Ying-Zhi Yin, Kai Chen, and Ming-Fei Li, “Experimental Studies on the Properties of Constructional Steel at Elevated Temperatures,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 129, No. 12, pp. 1717-1721, December 1, 2003.

10. I. D. Bennetts, D. J. Proe and I. R. Thomas. “Guidelines for Assessment of Fire Resistance of Structural Steel Members,” AISC ( Australian Institute of Steel Construction ) , pp.3, 1990.

11. JIS G 0567, Japanese Industrial Standards Handbook, “Method of high temperature tensile test for steels and heat-resisting alloys, ” Japanese Standards Assoc., Tokyo, Japan, pp.392-395, 1978.

12. JIS G 3106, Japanese Industrial Standards Handbook, “Rolled steels for welded structures, ” Japanese Standards Assoc., Tokyo, Japan, pp.511-527, 1988.

13. K. W. Poh, “Stress-Strain-Temperature Relationship for Structural Steel,” Journal of Materials in Civil Engineering , ASCE, Sep/Oct, pp.371-379, 2001.

14. L. Song, B.A. Izzuddin, A.S. Elnashai, P.J. Dowling, “An integrated adaptive environment for fire and explosion analysis of steel frames — Part I: analytical models,” Journal of Constructional Steel Research, 53, pp.63 – 85, 2000.

15. Plem E. “Theoretical and experimental investigations of point set structures, ” Swedish Council for Building Research, Document, D9, 1975.

16. Song L, “Integrated analysis of steel buildings under fire and explosion, ” PhD thesis, Department of Civil Engineering, Imperial College, University of London, 1998.

17. Thor J. “Investigation of the creep properties of various types of structural steel when exposed to fire, ” Stockholm, 1973.

18. Y. Sakumoto, T. Yamaguchi, M. Ohashi, and H. Saito, “High-Temperature Properties of Fire-Resistant Steel for Buildings,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 118, No. 2, pp. 392-407, February 1992.

19.中國金屬學會理化檢驗學術委員會,上海市總工會滬西職工技術交流站,金屬力學性能(機械性能)試驗方法國內外先進標準匯編(上,下), 1985。

20.中國國家標準CNS 總號5336,鋼鐵及耐熱合金之高溫拉伸試驗法,
經濟部中央標準局,台灣,1998。

21.中國國家標準CNS 總號2112,金屬材料拉伸試驗試片,經濟部中央標準局,台灣,2000。

22.呂彤光,高溫下鋼筋的強度和變形試驗研究,清華大學碩士學位論文, 北京,1996。

23.孫金香、高偉 譯,建築物綜合防火設計,天津科技翻譯出版公司,天津,1994。

24.陸洲導,鋼筋混凝土樑對火災反應的研究,同濟大學博士論文,上海, 1989.
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2004-07-20起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2004-07-20起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw