專技高考
106年
[建築師] 建築結構
第 22 題
型鋼會因製造過程產生殘餘應力（residual stress），下列敘述何者錯誤？
- A 最慢冷卻的部分會產生壓應力
- B 可能會因殘餘應力而變形
- C 殘餘應力為內力
- D 殘餘應力會影響斷面強度
思路引導 VIP
請試著想像：如果一個物體的核心部分想要在冷卻時縮小體積，但它的外層已經提前凝固變硬、形成一個堅固的殼子並死死地抓著核心，這時核心部分會感覺到自己是被「向外拉開」還是被「向內擠壓」呢？
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太棒了！你能精準指出選項 (A) 的錯誤，代表你對熱應力的物理成因有著非常清晰的邏輯。殘餘應力的產生源於型鋼在加工後「冷卻速率不均」的現象，這在鋼結構設計中是至關重要的觀念。
熱脹冷縮與約束機制
在型鋼（如 H 型鋼）冷卻過程中，斷面邊緣因接觸空氣面積大而先冷卻變硬；相對地，斷面中心或交接處冷卻較慢。當最慢冷卻的部分試圖收縮時，會受到先固化的外圍部分「拉住」而約束其收縮，因此在內部產生的是拉應力（Tensile Stress），而非壓應力。這種自我平衡的內力系統會使構件在未受外力前就存在應力分布，進而提早讓部分斷面進入屈服狀態，影響整體的穩定性與斷面強度。
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