一、試驗材料 (一)柳杉
本研究使用材料為羅東林管處和平事業區 94 年度柳杉疏伐木進行 研究，選取羅東林管處之原木造材長度約370cm、末口直徑約 25±2cm 之原木 300 支。經製材、乾燥、四面鉋光加工成 3.8×8.9×360cm 及 3.8×14×360cm 兩種規格尺寸，乾燥後含水率約為 15%，做為集成材之 集成元。
(二)膠合劑
膠 合 劑 為 日 本 大 鹿 公 司 製 造 間 苯 二 酚 － 甲 醛 樹 脂 (Resorcinol
formaldehyde resin, RF)，主劑型號為 D-40，固形份含量 50~60%，黏
度(P/25℃) 2.0~3.5，pH 7.9~9.1；硬化劑為粉狀低臭型甲醛除臭硬化 劑。使用時硬化劑配合比為 100%：15%。常溫硬化時間約 2 小時。配合實際作業考量且為防止膠合劑於塗佈時過快硬化，故主劑與硬化 劑之比例調整為100%：10%。
二、研究流程與檢測參數 (一)研究流程
本研究流程主要分為二個部分，分別為1.以柳杉作為集成元，製 成實大尺寸大、中、小斷面集成材之各項性質檢測；2.於集成材進行 抗彎強度破壞後，取集成材端部為試材，製作膠合剪斷強度試驗之樣 材，以進行膠合性能之測定。各項流程如下圖所示：
圖 1 研究流程圖 Fig. 1 Flow chart of this study.
(二)檢測參數
本研究過程中所得之數據，由各項數值分析，評估柳杉製作集成 材應用於結構之可行性。檢測之參數及其應用如下所示：
1.柳杉集成元經超音波檢測後，以超音波傳遞速度推估集成元動彈 結果分析與討論
結論 集成元基本性質
量測
集成元配置，膠合
集成材基本性質 量測
集成材強度試驗 (非破壞及破壞)
數據整理，結果計 算
原木取得，製材，
乾燥，鉋光
樣本調濕
樣本尺寸量測
膠合強度檢測
數據整理 樣本製作 二、膠合性能檢測 一、集成材強度檢測
性模數。
2.利用集成元動彈性模數推估集成材預測彈性模數與集成材實測 動彈性模數、靜彈性模數間之關係。
3.集成材彈性模數推估值與實測動彈性模數之比較。
4.集成材彈性模數與抗彎強度之關係。
5.不同配置方式集成材強度性質比較。
6.不同斷面尺寸集成材強度性質比較。
7.經調整修正後之動彈性模和實測彈性模數比較。
8.膠合剪斷性質檢測。
三、試驗方法
(一)原木材積及製材利用率之計算
1.柳杉原木材積之計算式依照 CNS4749 木材之測計，進行原木、
製材材積之計算，材積以立方公尺(m3)為單位。
原木材積(Vlog)=(末端直徑+定數)2×0.79×材長
定數：其末徑為40cm 未滿者，就其材長每公尺加算 0.7cm，
材長以實際長度計算。
2.製材品之材積
製材品材積(Vlam)=厚度×寬度×長度(m3) 3.原木利用率
每支原木之利用率(%)= 100
log
V
×V
lam --- (1)原木製成集成元粗製品平均利用率(%)=
100
log
∑ ×
∑
V Vlam
---(2) (二)柳杉集成元之分等方法
本項試驗採用超音波非破壞試驗技術所測定之彈性模數，進行集 成元之應力分等，利用一脈波發生器及一接收器直接貼附於集成元兩
端，使音波傳遞通過試材之縱向，測定其傳遞時間，依下式計算超音 波傳遞速度：
超音波傳遞速度(m/s) V=
Δl
t
---(3)l
：試材長度(m)Δ
t：超音波傳遞時間(sec)超音波儀器為波蘭Unipan 公司製造，型號為 CT3，超音波探頭直 徑為40mm，頻率為 20 kHz 的縱波。試驗時，將探頭及接收器置於集 成元兩端斷面之中心位置，且為避免超音波探頭與接收器和集成元接 觸表面間之縫隙造成能量損耗，以凡士林作為耦合劑，並在試驗表面 被覆一層非常薄的玻璃紙以免凡士林滲入試材內。各試材之彈性模數 依(4)式計算。
E=
V
2×ρ
---(4)E：彈性模數(Pa，1 kgf/cm2=0.098 MPa)；
V：超音波傳遞速度(m/s)；
ρ
：試材密度(kg/m3)。柳杉集成元以超音波檢測後進行分等後，依彈性模數區分集成元 等級，參考CNS 11031 結構用集成材標準中所規定集成元合格標準規 定分成6 級：11.0-12.5 GPa 為 L110 級材；10.0-11.0 GPa 為 L100 級材；
9.0-10.0 GPa 為 L90 級材；8.0-9.0 GPa 為 L80 級材；7.0-8.0 GPa 為 L70 級材；7.0 GPa 以下在本研究中列為級外材。分等後依預定之集成材彈 性模數做集成元位置配置。
(三)集成材之集成元配置方法
本研究之集成材試材依CNS 11031 結構用集成材標準中集成元配 置之規定，依集成元機械應力等級配置同等級及對稱異等級集成材兩
別有5 種：L70、L80、L90、L100、L110，相關樣本數如表 1。
集成元配置方法採用層積系統中所使用之預測集成材(glulam)的 力學性質計算式 (Bodig and Jayne, 1982)並配合膠合層影響加以計算 (王松永、卓志隆，1985)。計算式如(5)。
將上列(5)、(6)、(7)式整理後可得(8)式：
Fig.2 Configuration laminae of Japanese cedar glulam.
將(8)式中 b、h 及 d 參數代入後如(9)式所示，試中各項中均含有 b 參
以360(長)×8.9(寬)×3.8(厚) cm 之集成元和 360(長)×14(寬)×3.8(厚) cm
( ) ( )
之集成元先行側向膠合成 360(長)×22.9(寬)×3.8(厚) cm 之集成元後，
再行刨光至3.5(厚)cm，再膠合成斷面為 22.9(寬)×17.5 (厚) cm 之五層 大斷面結構用集成材，長度為360 cm。斷面尺寸如圖 3 所示。
試驗材料類型為同等級及對稱異等級兩種，同等級集成材為所有 集成元皆為同一等級進行配置之集成材，對稱異等級集成材則為集成 元層積之相對位置為同一等級之集成元配置之集成材。其中同等級集 成材及異等級對稱集成材樣本數量如表1。
圖3 不同斷面尺寸集成材配置
Fig. 3 The lay-up of laminae for various type glulam with different cross-sections.
小斷面 中斷面 大斷面
11.4cm 8.9cm
8.9cm 8.9cm
19cm 17.5cm
14cm
表1 結構用集成材試驗樣本數 Table 1 Specimens of structural glulam.
集成材種類 集成材 斷面
預測彈性模數 等級
各試驗 重複數 小斷面
同等級
結構用集成材 中斷面
L110、L100、
L90、L80、L70
4
小斷面 中斷面 異等級
結構用集成材
大斷面
L110、L100、
L90、L80、L70
4
集成材製程中，採雙面布膠，佈膠量條件為250g/m2，以水平 加壓夾具台進行集成材膠合作業，加壓壓力為10kgf/cm2，加壓時 間為24 小時。
(五)結構用集成材動彈性模數、剪斷模數試驗方法 1.彈性模數試驗
非破壞試驗採用自由振動法，試材兩端的邊界條件為自由狀 態。測試項目為彎曲振動。彎曲振動時於距試材兩端0.224L(L：
試材長度)處固定，因此位置是發生基本共振時的節點位置。以 下所使用到的三樣儀器都由Brüel & Kjær 公司所製造的；採用的 測試平台是振動分析儀Pulse 3560C，用敲擊鎚(modal hammer；
型號為2302-50)由試材一端敲擊產生振動，在另一端以 2250A 型 之加速規接收振動訊號(由於加速規之重量相對於集成材之重量 非常小，故可忽略不計)，振動訊號之時間域波形再經由快速富 利葉轉換(FFT)分析為頻率域波形，由此求出各振動時之基本頻
率，並由其基本頻率計算動彈性模數，計算方式如(12)式。
4 2 42 24
i n
l E fn
×
×
×
= ×
β
ρ
π
---(12)其中
E
：動彈性模數(Pa)fn
：各共振模態時之共振頻率(Hz)l：試材長度(m)
ρ
：試材密度(kg/m3)β n
： 各 共 振 模 態 係 數( β1=
4.73 ， β2=
7.853 ，β
3 = 10.996 ，4
=
β
14.137，β
5 =17.279，β
6 =20.42，…..)i
：斷面迴轉半徑
圖4 彎曲振動試驗法配置圖 Fig. 4 Diagram of bending vibration test.
2.剪斷模數試驗
由彎曲振動試驗法中，除記錄各彎曲振動模態頻率外，亦記錄 扭轉振態頻率，以計算剪斷模數，並利用剪斷模數調整彎曲動彈 性模數，以得到理論之彈性模數值。剪斷模數計算方法如(13)式：
Brüel & Kjær 振動分析儀3560C
FFT 分析
360cm 81
cm
81 cm
敲 擊 槌 加速規
t 倍。測試時載重速度為8mm/min，記錄撓度、破壞時最大載重及集成 材之破壞情形。測定在破壞時之抗彎強度(MOR)，及比例限度內之抗 彎彈性模數(MOE)，並分別依(17)、(18)式計算：
MOE(GPa)=
( ) ( )
式中，Δ
P
為比例限度內上限載重與下限載重值之差(N)；Δ
y
：與ΔP
相對應之撓曲差值(mm)；l：跨距(mm)；
P
b：最大載重(N)；s：兩載重點間距(mm)；
b：集成材寬度(mm)；
h：集成材厚度(mm)；MOR 則使用 cm 為單位。
(七)膠合剪斷強度試驗 1.試材製作
柳杉集成材於強度試驗破壞後，於試材兩端切取約30cm 長度 之集成材，依照CNS 11031 之標準製備剪斷強度試驗材料。試材 型式及尺寸如圖5 所示。沿著膠合層在測定部位若有節、脂囊及 其他缺點存在之試片，須先將予以排除，被排除者之膠合層，可 從該膠合層之其他部位採取試片再予以試驗，作為試驗結果。
2.試驗方法
試片分成三組，分別以沸水煮沸處理、溫水浸水處理及常態三 種。熱水處理為將試片放置於熱水浴中，煮沸4 小時，再以 60±3
℃乾燥20 小時，再浸入沸水中 4 小時後，放置於冷水中冷卻至常 溫，在溼潤狀態下進行膠合性能試驗；溫水浸水則先將試片浸入 溫度60±3℃水中 3 小時，然後放置於冷水中冷卻至常溫，在溼潤 狀態下進行膠合性能試驗；常態則在常態下作膠合性能試驗。將 試片之剪斷面與載重軸成平行，載重速度為每分鐘約9800 N (1000 kgf/min)，直至試片破壞為止。由(19)式求出膠合剪斷強度並記錄 木破率，木破率為膠合層破壞後，木材破壞與膠合面積的比率。
膠合剪斷強度(MPa)= ---(19)
圖 5 膠合剪斷之試材
Fig. 5 Dimension requirement of specimen for shear test.
單位：mm
t 25 t
30
5 30
5 層
積 方 向 之 膠 合 層
t：集成元厚度 試片破壞時之載重
膠合面積