TW536577B - A method for proving the safety against collapse of load-bearing systems under fire load - Google Patents

Description

536577 五、發明說明（1) 承受靜態負射之建物在設計時通常需使建物至少可在一 段時間内承受住負面的環境影響，如出現火災時的高溫度 員荷0 為達此目的隧道結構表面於是被覆蓋隔熱墊，以在火災 時延遲隧道襯砌的增溫。 近年來由隧道火災損傷因素發現，未鎧裝混凝土結構以 及鋼筋混凝土支承物對燃燒作用都有一定的支承儲備。但 迄今仍未出現以證明山脈壓力等負荷之原理證明此種支承 儲備的適當計算方法。

由於國家機構在核准時提出出示此種證書的要求日增， ，本發明之目的在於提供一種計算方法，其不使用複‘的 ΐ Ϊ ί ί Ϊ:—安全分析用以證明承受靜態負荷之混 凝土建物在燃燒時及燃燒後的支承安全性。 為此給收集可靠資井斗 π 1 — & & 鹿俨I W雜并夕ί + 付在燃燒負荷時混凝土建物 t羽 隹持夕久穩定。該資料甚為重要，因可知if 發生後有多少時間可疏散人員，或滅火人員=逼火火 進入。 4鐵人八貝何時起不可再 所有靜態負荷的 道中的混凝土。此 特別重要，該處隨 如隧道拱頂與地表 會更加明顯。 建物都有此問題。但 種支承安全性證明對 道襯彻的破裂會延伸 距離只有數公尺時， 此處係特別針對隧 城市中的隧道設施 至有建物的表面。 例如7至1 5公尺，

燃燒負荷及其對支承結 分： 構的影響分析需分成 三大重要部

第5頁 536577 五、發明說明（2) -定義燃燒負荷 一計算組件内部溫度梯度 -證明建物支承安全性 »疋義燃燒負荷可使用預先定義的燃燒程序 异出的燃燒負荷曲線，此處並考量交通的種 物。燃燒負荷曲線決定時間溫度曲線。 以定義的燃燒負荷可由微分方程式的解求 時間溫度梯度。此處可以計算程式解決此導 隧道襯砌標準負荷，如自身重量、水負 使用負荷，的計算通常在開始設計時即已進 大多精助線性柱靜力（架構分析的線性理論） 證明同樣使用該系統。 w ^ 孓：ί::，如鋼筋混凝土隧道的材料 二7 ^以及鋼筋的燃燒特性及燃繞後的 處=先決條件為内部4豈裝處被適當保護。如 過：：J ’則無殘餘強度，故亦無支承能力 可以適當大小的覆蓋物達此 梳纖％斟II女L西 & _日孝1皮姜豆 焯、截、、隹對防止覆蓋板剝裂甚為重要。 ^日守間t的斷面溫度T而定，斷面每— 性卜故斷面每一點的彈性模數》 位置 Em = f(T(f(t))) ，、平性模數為溫度的函數，該溫度函數χ 數。混凝土及鋼強度亦適用《 山數又 sigma， m =f(丁（f(t))) 〇 或各個 類及運 出組件 熱問題 、土壤 行。這 ° 溫度 十生質值 殘餘強 内部鎧 。鎧裝 t或加 案所計 輸的貨 内部的 〇 壓力及 些計算 負荷之 。並且 度。此 裝處無 保護只 入聚丙 具不同的材料 是 時間的函

536577 是以斷面高 體特性。 先定義之極 負荷。於是 荷曲線。 線，各斷面 容許混凝土 度負荷斷面 承能力下降 之斷面的材 許混凝土壓 於，雖然邊 土壓力較高 備。 剛性亦隨溫 下降，另一 所致，因斷 五、發明說明（3) 此斷面上不同的材料性質於 該時間之溫度負荷下的斷面整 藉助一電腦程式，可整合預 各斷面性質及計算各可能支承 化所構成的包絡線得到支承負 一如鋼筋混凝土支承負荷曲 限延伸的定義左右，其中尤以 主。極限延性的定義尤其對溫 溫度負荷通常會導致斷面支 面的支承不對稱，因幾何對稱 稱。可預期的是，提高最大容 承能力亦明顯升高。其原因在 的有效混凝土應力，但當混凝 冷卻的内部可有較大的負荷儲 如斷面的支承負荷，斷面的 降低，其一方面係因彈性模數 度過載所造成的斷面高度縮減 度負荷高於7 0 0 °C時皆會剝落c 如同支承負荷的決定，可在 的定義而求出其在整個斷面剛 如已述，本發明方法使用線 為確保之，必須轉換斷面的溫 在線性柱靜力學中只容許線 期的是，真正溫度梯度曲線強 度整合，而得到 限延伸狀態下的 可由邊緣延性變 的支承能力受極 壓力的提高為 有影響。 ，同時並導致斷 料性質已不再對 力會使得斷面支 緣不會產生較高 時，於斷面較為 度負荷的增加而 方面則係由於溫 面所有部分在溫 斷面每一位置使用彈性模數 性中所佔部分。 性柱靜力學（有限元素法）。 度負荷。 性的溫度梯度曲線。但可預 烈偏離線性。邊緣區段通常

C:\2D-CODE\92-Ol\9]123098.ptd 第7頁 / / 五、發明說明（4) _ 具南溫度負荷，斷面較内部分及斷面 幾乎或完全無溫度負荷。 不朝向燃燒的部分則 同樣地只有溫度負荷高的區段降低 斷面其餘部分仍適用原來的材料性質料性質才有意義， 如同支承負荷的決定，每一溫度負Y。^ , 狀態，每一位置的内應力狀態由個二可定義出一内應力 延性決定。且可定義出每一點材料性的溫度及出現的 可由溫度梯度計算出總負荷。 貝人溫度的關係，故 内力可再換异成相當的外溫度参， 產生此内力。 員何该外溫度負荷正可 於是可以此相當的溫度負荷藉助 削變量，該結果可從彎曲力矩盥}疔力子而求出切 曲線所界定。 力矩㈣力所得被與支承負荷 步驟於是創造出提出支承負荷證明的所有先 % ^ 破δ十本來的負荷中，並藉助線 性柱静力求出切削變量。士 Α丨料曰_ 义里切削變置的交互作用被與各斷面 支承負f線界定，於是可得到支承安全證明。 如a也明系統在燃燒後仍須以一規定的安全性維持穩 疋直到採取適田的整頓措施之後，則燃燒後亦需提出一 支承安全性證明。 忒也明與7刀析混凝土及鋼筋因燃燒負荷導致的材料性質 降低有關。在設定需要的鎧裝時，不需以燃燒負荷但需以 改變之剛性求出切削變量。 以下將依據一實施例及附圖詳細說明本發明。

第8頁 91123098.ptd 536577 五、發明說明（5) 以下為一般彈性基底隧道斷面之斷面測量： 襯彻斷面=40 cm 内外錯裝二5 c m2 / m 混凝土等級B3 00 鋼等級S T 5 5 基底模數1 0 0, 0 0 0 Kn/m2 内徑約6m 疊加=1 0 m 鬆底面 水平面GOK下2 m 外混凝土蓋板=5 cm 内混凝土蓋板=1 0 c m 内保護鎧裝，d = 3 cm (用於限制溫度影響時的剝裂）。 燃燒負荷持續地分佈在隧道斷面上。隨燃燒時間增加， 溫度負荷增加地穿透截面。 圖1顯示一組件，如隧道壁，内部的時間溫度曲線。水 平轴為與暴露表面的距離，單位為公分。垂直軸為攝氏溫 度，各溫度曲線分別為開始暴露後3分鐘、6分鐘、9分鐘 、3 0分鐘、6 0分鐘、1 2 0分鐘及1 8 0分鐘的溫度曲線。 由自身重量、土壤壓力及水等負荷可得到内力，其中最 低鎧裝的設置為必要的。圖2顯示時間t = 0，亦即燃燒負荷 開始前時隧道輪廓的内力曲線。 圖3顯示燃燒開始後1 8 0分鐘的内力，此處由溫度負荷而 來的内力被疊加。 以不同的時間t計算後顯示，系統中正壓力可持續增

C:\2D-CODE\92-01\91123098.ptd 第9頁 536577 五、發明說明（6) , 加，但該正壓力隨燃燒時間增加而扁平而且受基底的剛性 左右。 相反地，斷面的力矩負荷首先急遽上升，但在一最大值 後再度強烈下降。其係由於燃燒開始時溫度梯度產生的内 部負荷極不正常’在一段燃燒時間後雖然溫度負荷繼 力口，但已較為正常。 、 負荷旎力的女全s析可由相關負荷曲線而得。在所每 例中顯示，斷面在1 8 0分鐘的燃燒負荷後支承安全性仍貝 〉1 〇 圖4顯示一圖表，其中水平軸為正壓力’單位為Κη， 直軸為彎曲力矩，單位為kNm。 故可證明斷面即使不採取任何措施，在燃燒時具 安全性> 1之斷面的穩定度係可被確保。 、 承 此處尚須注意的是’溫度負荷高於7 〇 〇它的斷面部八 計算時被排除，此對應於被定義的材料性質。 刀 本發明計算模型未使用複雜的數值列式， 、 而《ΙίΛ基$全痒 原理及鋼筋混凝土結構為基礎藉助線性柱靜力學而雈=度 承系統在燃燒負荷下的支承安全性證明。 千 ^得支 圖5流程圖顯示本發明模型的計算程序。步、 負荷，步驟2計算斷面溫度負荷，步驟3計算：義燃燒 然後在步驟4計异所有時間步驟，以便在步驟$ 二％ t i 狀態。如此可在步驟6導出設計要求。少、定燃燒後 步驟3可被視作子程序，首先在一循環的步驟3 統剛性，在步驟32測定溫度及等效負荷， d疋糸 、 “、、、後在步驟33計

C:\2D-CODE\92-0] \9Π23098.ptd 第10頁 536577 五、發明說明（7) 算柱拉伸，在步驟34測量組件，在步驟3 5詢問是否可許可 支承能力，如是，程序回復，如否，回到步驟31。 本計算模型可輕鬆地加入規劃時大多缺少的承載負荷計 算步驟，並研究隔熱裝置及其他設施的影響。故可捨棄純 經驗式的方法安排。隔熱塾及隔熱塗料或保護混凝土的設 置成為替代設施，其只為達到運用鎧裝鋼筋混凝土支承物 之原理。

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種證明燃燒負荷下支承 " 藉助線性柱靜力學所得資料而f，支承安全性之方法，其 及燃燒後的剩餘強度，該資 $异燃燒時材料性質的改變 得，且與作為標準負荷情彤的在建構組件在構築時即已獲 情形為本身重量、水負荷、y 土 設計有關，該標準負荷 為’計算組件溫度作用的初值=:?使用負荷，其特徵 _定義燃燒負荷 卜水传· Φ 0又疋一任意時間t，計翼兮^士 p日. •設定溫度影響及燃燒作用;:心：：：斷面的溫度負荷 以這些設定資料考晉各—你吳 、 性質由各時間步件：不同的非線性材料 態下求出…'，且件各…度在設定的極限延性狀 •該時間之斷面支承負荷曲、線’其係藉支承負荷曲線 %’曲力矩與正壓力交互作用而求出斷面支承能力、、、于 ❿由溫度負荷得到的内力換算成相當的外溫度負荷， _測疋断面之系統剛性，即彎曲強度及彈性係數° 使用柱拉伸計算得到的内力考量改變的剛性 π 負荷而與支承負荷曲線界定。 及酿度4效 2·如申請專利範圍第i項之方法，其中支承系統支承安 全性證明為負面時，改變設定的材料性質重複申請專利_ 圍第1項之方法，直到達到理想的支承安全性為止。乾 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中可藉提高鎧裝及/ 或提高混凝土含量及/或計算中加入塑膠鏈而改變材^性 質。 / 91123098.ptd 第13頁 536577 函句_ /.Λ編立’ ， 六、申請專利範圍夂： 无 4. 一種申請專利範圍第1項$應用，其特徵為，欲 構築一靜態負荷建物時，在製計圖後使用柱靜力學所 得資料求亥建物在火災發生時的支承安全性，該資料在 建構組件在構築時即已獲得，且與作為標準負荷情形的元 件設計有關，該標準負荷情形為本身重量、水負荷、土壤 壓力及使用負荷的設計資料，必要時可修改設計，以使燃 燒負荷時可達到支承安全性或燃燒後可達到需要的殘餘強 度。

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