5-1 前言
為了驗證ㄇ型夾式位移計在量測混凝土梁撓曲作用下之變形變 位之可靠度，本研究分別對鋁梁與三種不同鋼筋數量與號數之鋼筋混 凝土矩形梁作三點彎矩實驗。實驗結果包含集中載重對應變計、線性 差動位移計、ㄇ型夾式位移計與理論值所推算的中間點垂直位移結果 並相互比較，實驗量測結果說明如下。
5-2 鋁合金梁實驗驗證
在鋁合金梁三點彎矩實驗中，本研究使用手動式載重架做為加 載工具，並分別運用四組應變計、三支線性差動位移計以及四支ㄇ型 夾式位移計來作擷取鋁梁的上下應變與中間點垂直位移的資訊，實際 配置圖如圖 5.1 至圖 5.5 所示。實驗過程中將鋁梁加載至 1600kgf，
並利用資料擷取系統，同時擷取資料並顯示在電腦螢幕內（圖 5.6）。
如圖 5.7 所示，在加載過程中應變計與ㄇ形夾式位移計分別裝設 於梁 L/2、3L/8、L/4 與 L/8 位置，同時運用應變計與ㄇ形夾式位移 計量測鋁梁上下端的應變，量測結果再利用兩次積分求得中間點垂直 位移，並與線性差動位移計直接量測的中間點垂直位移、Load sell 量測之重量利用理論公式所算出的中間點垂直位移相互比較，實驗結 果顯示這四種量測方式所獲得的中間點垂直位移均為一至。
由圖 5.8 所示，應變計、線性差動位移計、ㄇ型夾式位移計所計 算的中間點垂直位移與 Load cell 所推算之中間點垂直位移比較，可 得知初始量測時，由於訊號過小，量測訊號較不穩定，但是當位移加 大後，量測結果就處於穩定狀態，其主要原因在於中間點垂直位移在
0.5mm 之內，鋁梁變形與變位較小導致感測器所產生的對應訊號較微 小，受限於量測系統的解析度所造成監測資料不穩定之現象。
由圖 5.9～圖 5.12 所示，分別為ㄇ型夾式位移計裝置於鋁梁左 下、左上、右上、右下不同位置量測中間點垂直位移的結果，可得知 四個方向由ㄇ形夾式位移計、應變計與線性差動位移計所量測中間點 垂直位移結果都與 Load cell 所推算之中間點垂直位移幾乎一致。由 圖 5.13 所示，ㄇ型夾式位移計四個不同方向量測中間點垂直位移結 果與 Load cell 所推算之中間點垂直位移比較，可得四個方向誤差量 幾乎一致，並且兩條曲線為正，兩條曲線為負，正好為左上與右上、
左下與右下之分別。
5-3 混凝土梁實驗驗證
在混凝土梁實驗中，本研究同時使用手動式載重架做為加載工 具，並運用線性差動位移計量測混凝土梁兩端與中間點的垂直位移、
ㄇ型夾式位移計量測混凝土梁 L/2、3L/8、L/4 與 L/8 位置的上下應 變，實際配置圖如圖 5.14 至圖 5.17 所示。為了了解ㄇ型夾式位移計 之可靠性，本研究分別對三種不同鋼筋數量與號數之鋼筋混凝土梁進 行三點彎矩實驗，利用手動式載重架對三支梁加載至 1100kgf。
由圖 5.18 至圖 5.20 為對主筋三號四根、主筋四號三根、主筋六 號一根之筋混凝土梁加載實驗情形。利用圖 5.21 與圖 5.23 實驗所示，
ㄇ型夾式位移計與線性差動位移計所量測之中間點垂直位移有時較 大有時較小，原因在於混凝土梁承受載重時，混凝土梁開裂裂紋經過 的位置對量測結果有極大的影響，如裂紋經過ㄇ型夾式位移計所量測 範圍內時，ㄇ型夾式位移計量測應變結果較大；反之，如裂紋途徑未 經過ㄇ形夾式位移計量測範圍，混凝土應變量測值較小。
在載重為 550kgf 時為數值模擬開裂之載重，由圖 5.21 與圖 5.22 所示，三號主筋四根與四號主筋三根之鋼筋混凝土梁受載重時裂縫為 緩緩發生，並未和數值模擬一次開裂相同。原因在於鋼筋數量多時，
使梁下部混凝土受到鋼筋握裹力之約束，裂紋發展速度較緩慢，並產 生較多的細微裂縫。反之鋼筋數量少時，如圖 5.23 所示，混凝土開 裂時由於沒有鋼筋握裹力的約束，裂紋會快速的走向中性軸的位置，
因此混凝土梁破壞時僅產生少數但裂縫較大的裂紋，因此六號主筋一 根的鋼筋混凝土梁承受載重時，載重對梁中間點垂直位移的力學行為 與數值模擬相近。
此外混凝乾縮造成混凝土梁中的鋼筋承受壓力與混凝土承受張 力對實驗結果亦造成極大的影響，由圖 5.24 所示，六號主筋一根的 混凝土梁因第一次加載時受初始殘留應力影響，ㄇ形夾式位移計與 LVDT 量測結果有較大的差異，然而在反覆加載時，因為初始殘留應 力以釋放出來，所以ㄇ型夾式位移計與 LVDT 所量測中間點垂直位移 結果較為一致。
5-4 結論
鋁梁因均質並且一體成型，並不像鋼筋混凝土梁使用多種材料 灌製而成，而且無乾縮所產生的初始殘留應力，由實驗得知ㄇ型夾式 位移計量測鋁梁中間點垂直位移與其它感測器所計算的中間點垂直 位移均為一至，並且在不同量測位置都可以量測相同的結果，證實了 ㄇ型夾式位移計有非常好的可靠性。
鋼筋混凝土方面，雖然因為混凝土受載重時造成混凝土內部應力 所產生裂縫，使得ㄇ型夾式位移計與 LVDT 有些許不同，但仍然可顯 示出混凝土梁中間點垂直位移變化，當反覆加載量無內部應力影響時，
ㄇ型夾式位移計與 LVDT 約為一至，代表ㄇ型夾式位移計用於量測混 凝土梁變形時擁有高度可靠性。
第六章 結論與建議 6-1 結論
1. 鋁梁垂直位移經由持續的研究努力，本研究獲得下列結論：大於 0.5mm 時，ㄇ型夾式位移計可提供足夠強度的量測訊號，因此可 有效的量測梁承受彎矩時的垂直變位。
2. 由實驗結果可發現用運 LVDT、應變計與ㄇ型夾式位移計量測梁的 垂直變位時，接獲得一致的量測結果，表示這三種方法皆可用於 量測梁承受彎矩時的中間點垂直變位。
3. 與應變計相比，ㄇ型夾式位移計不但裝設容易，且可重複使用，
因此在量測較大應變時足可取代應變計使用。
4. ㄇ型夾式為移計量測寬度為 10cm，可有效的量測混凝土構件的受 力之應變，並可避免混凝土受彎矩時裂縫所產生的變位所造成的 變形集中的問題。
5. 本研究所製做的ㄇ型位移感測器，原料加上工廠加工，每組花費 約 3000 元台幣，並擁有極佳的精度，對於須要做長期監測的混 凝土橋梁和混凝土結構，提供更方便且更便宜的監檢測的解決方 案。
6-2 建議
在ㄇ型夾式位移計的輸出靈敏度是否良好，主要取決於感測彈 性體的變形能力。在實驗中發現幾點影響ㄇ型夾式位移計所量測的 值：
1. 在本研究導線配置時，發現導線形狀、長度，如何焊接在應變計 上有極大影響，如果導線過短，ㄇ型夾式位移計受力變形時會導 致焊接點受力較大，會使焊接點發生脫離而且不易發覺，且銅線
的勁度亦會影響感測器的精確性。
2. 本研究覺得結構材質越是複雜，接合處越是多的情況下，所產生 的遲滯效應越是明顯，因本研究只能製做此一成品，無法直接驗 證。
3. 焊接導線後，必須仔細檢查是否焊接完好，如有焊接缺陷，會導 致感測器電阻不穩定，若有稍微脫離現象，導致量測數據漂移。
本人建議感測器內的相關元件最好一體加工成型，可避免接合處 磨擦產生遲滯效應，為了提高感測器之精確度，亦應做測試與補償校 正之工作，感測器的特性測試乃關係製品之品質管制，可進行線性度、
遲滯性、重現率、零點飄移、靈敏度飄移、熱零點飄移、熱靈敏度飄 移等等之特性測試，以明瞭製品之實際品質。
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表 4.1 作用力為控制分析表一（單位 kgf、M）
作用力 感測厚度 側桿高度 端點位移 感測片應變 1.1 0.0003 0.01 0.00339 0.0051 1.2 0.0003 0.01 0.00370 0.0055
1.3 0.0003 0.01 0.00392 0.0060 1.4 0.0003 0.01 0.00420 0.0065 1.5 0.0003 0.01 0.00448 0.0069
1.6 0.0003 0.01 0.00490 0.0074 1.7 0.0003 0.01 0.00520 0.0078
表 4.2 作用力為控制分析表二 （單位 kgf、M）
作用力 感測厚度 側桿高度 端點位移 感測片應變 0.7 0.0003 0.015 0.00486 0.0048 0.8 0.0003 0.015 0.00554 0.0055
0.9 0.0003 0.015 0.00609 0.0062 1 0.0003 0.015 0.00672 0.0069
1.1 0.0003 0.015 0.00758 0.0076 1.2 0.0003 0.015 0.00825 0.0083 1.3 0.0003 0.015 0.00892 0.0090
表 4.3 作用力為控制分析表三 （單位 kgf、M）
作用力 感測厚度 側桿高度 端點位移 感測片應變 0.5 0.0003 0.02 0.00617 0.0046 0.6 0.0003 0.02 0.00739 0.0055
0.7 0.0003 0.02 0.00841 0.0065
0.8 0.0003 0.02 0.00981 0.0074 0.9 0.0003 0.02 0.01101 0.0083 1 0.0003 0.02 0.01219 0.0092 1.1 0.0003 0.02 0.01337 0.0102
表 4.4 作用力為控制分析表四 （單位 kgf、M）
作用力 感測厚度 側桿高度 端點位移 感測片應變 13 0.001 0.01 0.00109 0.0054 14 0.001 0.01 0.00118 0.0058