第三章 鋼筋續接組件試驗
第一節 單向拉伸及滑動試驗
本 研 究鋼 筋 續 接 組 件 單 向 拉伸 及 滑 動 試 驗 依 CNS 15560 第 9.3 及 9.7 節 之 規 定 辦 理，其 指 定 負 載 及 加 載 程 序 如 圖 1-3 及 表 3-1 所 示。加 載 應 力上 限 有 0.60𝑃𝑦或 0.95𝑃𝑦兩 種 版 本， 其 中𝑃𝑦 = 𝐴𝑏𝑓𝑦對 應鋼 筋 規 定 降 伏 強度 之 拉 力；而 每 一 件試 體 執 行 兩 回 合 拉 伸試 驗，各 減 載 至 0.02𝑃𝑦 量 測 殘留 滑 動 量𝛿𝑠， 最 後 再 拉斷 試 體 量 測 被 續 接 鋼筋 之 伸 長 率 。
依 表 3-1 程 序 測 試，假 若 鋼筋 續 接 組 件 之 螺 紋 接合 不 完 全 密 合 時，
理 論 上在 第 1 回 就 該 檢 測 出較 顯 著 的 滑 動 量，續接 處 經 過 一 次 拉 伸後 螺 紋 接合 處 應 該 會 被 拉 緊 而密 合，理 論 上 第 2 回合 的 滑 動 量 檢 測 值應 該 較 小。
本 研 究之 目 的 在 於 檢 討 試 驗方 法 及 程 序，並 非 測試 鋼 筋 續 接 器品 質 ， 為 了 減 少 變 數 ， 本 研 究 就 近 採 用 蘭 州 (詮 新 )工 程 股 份 有 限 公 司 彰 化 工 廠製 作 鋼 筋 續 接 器 試 樣如 圖 3-1 所 示，一 件 鋼 筋 兩 端摩 擦 銲 接 具 有 公 螺紋 及 母 螺 紋 之 續 接 器 元 件，將 一 段 試 樣 鋸切 成 三 段，中 央 段 留 作 鋼 筋母 材 對 照 組 試 驗，而左 右 兩 段 公 母 螺 紋 接頭 對 接 組 成 試 體，所 有 試 樣以 同 一 批 母 材 鋼 筋 製作，換 言 之，母 材 鋼筋 之 機 械 性 質 是 控制 不 變 的。 試 驗 目 的 在 於 檢 討試 驗 程 序 之 可 靠 度 及合 理 性 。
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試 樣 摩擦 壓 接 型 續 接 器 型 號為 BLC-FW-S-2-T， 母 材 鋼 筋號 徑 有
#8-D25 及 #11-D36 為 台 中 豐興 鋼 鐵 製 造 之 SD420W 等 級。摩 擦 壓 接 型 之 公 母螺 紋 接 頭 須 以 扭 力 板手 鎖 合，學 理 上，螺紋 接 頭 鎖 合 之 扭 矩值 T 以 下 式 計 算
T = μ𝐷𝑛𝜎𝑣𝐴𝑟 (3-1) 其 中μ為鋼材間摩擦係數因螺紋為 CNC 車床加工取 0.09；𝐷𝑛為螺 紋 節 徑 (mm)等於 公 螺 紋 接 頭 中 間外 徑−螺牙高度/8；𝜎𝑣為 螺 紋預 應 力 (MPa)；
𝐴𝑟為 螺 紋節 徑 斷 面 積π𝐷𝑛2/4。
本 批 試樣 續 接 器 螺 紋 接 頭 材質 為 JIS G4051 S45C 經 熱 處 理 後 規 定 抗 拉強 度 為 690 MPa， 原廠 設 計 螺 紋 預 應 力𝜎𝑣取強 度 之 20%。 本 批 試 樣 牙距 為 2.5 mm，螺 牙 高度 為 2.165 mm，#8 續接 器 螺 紋 節 徑𝐷𝑛=21.7 mm， #11 續 接 器 螺 紋 節 徑𝐷𝑛=31.8 mm， 代 入 上 式 得 #8 續 接 器 扭 力 值 為 100 N-m， #11 續 接 器 扭力 值 為 311 N-m。 注意 不 同 廠 商 製 造 之 螺 紋 接 頭 材 質 、 外 徑 、 螺 牙 高 度 跟 牙 距 不 同 ， 所 需 之 鎖 合 扭 矩 值 不 同 。 實 際 工程 使 用 之 扭 矩 值 應 依廠 商 送 審 資 料 或 試 驗報 告 決 定 之 。
試 驗 佈置 及 照 片 如 圖 3-2 及圖 3-3 所 示 ， 量 測續 接 處 之 伸 長 量的 伸 長 計對 稱 佈 置 於 試 體 兩 側， 標 點 距 離 及 夾 持 距離 符 合 圖 1-6 規 定 ； 所 有 試體 上 下 兩 段 鋼 筋 稱 之 為 A 件、B 件，中 央 續 接 處 簡稱 C 件，滑 動 量 檢測 對 象 為 C 件 ， 而韌 性 指 標 取 被 續 接 兩段 鋼 筋 A 件 或 B 件 之 伸 長 率(標 點 距離 3d)較 大 者。所 有 試 驗 的 軸 力-變 形 曲 線 圖整 理 於 附 件 光 碟 。本 節 擇 要 報 告 如 下 。
首 先 依 表 3-1 執行 鋼 筋 母 材拉 伸 試 驗 (零 滑 動 對照 組 )至 0.60𝑃𝑦再 減 載至 0.02𝑃𝑦量 測 殘留 滑 動 量𝛿𝑠，重 複 二 回 。 理 想 上一 連 續 的 鋼 筋 母 材 是 零滑 動 的 ， 本 次 試 驗 標點 距 離 #8-D25 鋼 筋 為 200 mm， #11-D36 鋼 筋 為 230 mm， 理 論 上 鋼筋 受 拉 力 0.02𝑃𝑦時 之 理論 伸 長 量 為 0.0084 至 0.0096 mm， 大 約 0.01 mm， 故 表 3-2 是 十 支#8-D25 鋼 筋 及 十支
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#11-D36 鋼 筋 各 執 行 兩 回 合 拉 伸 試 驗 檢 測 之 滑 動 量 ， 滑 動 量 比 較 如 圖 3-2 及 3-3 所 示，大 多 數 量 測 值 變 動 範 圍 在 0.01 mm±0.007 mm 內。由 於 加 載 至 0.60𝑃𝑦再 減 載 至 0.02𝑃𝑦量 測 殘 留 滑 動 量𝛿𝑠合 格上 限 僅 有 0.1 mm，就 表 3-1 之 母 材 鋼 筋 零 滑 動 試 驗 結 果 而 言，光 是 背 景 值 (0.01 mm) 就 佔 了 允 收 值 (0.1 mm) 的 10% ， 注 意 還 有 量 測 不 確 定 變 異±0.007 mm。
接 著 我們 按 表 3-1 第 一 列 0⟶0.60𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦程 序 測 試 SD420W D25 及 D36 鋼 筋 續 接 組 件 各 十 件 ， 所 有 試 體 均 採 用 各 自 標 稱 扭 力 值 (100 N 或 311 N-m)以 扭 力 板 手 鎖 緊。每 件 試 體 共 執 行 2 回 拉 伸 試 驗 量 測 滑 動量，理 論 上 第 1 回 會 測出 續 接 處 滑 動 量，而 經 過 第 1 回 拉 伸 後 續 接 處將 密 合 且 試 片 將 被 拉直，因 此 第 2 回 之 滑動 量 理 論 上 應 該 要接 近 零 滑動 試 體 之 背 景 值 (約 0.01 mm)。 試 驗 結 果如 表 3-3 所示 ， 第 1 回 與第 2 回 滑 動 量 比 較 如圖 3-6 及 3-7 所 示 。 有下 列 幾 點 觀 察 ：
1. 這 批 D25 鋼 筋 續 接 組 件 第 1 回 加 載 0⟶0.60𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦滑動 量 平 均值 為 0.023 mm， 第 2 回重 測 之 滑 動 量 平均 值 為 0.016 mm。大 部 分 續 接 試 體 第 1 回 滑 動 量 大 於 第 2 回 但 是 差 距 不 顯 著 。
2. 這 批 D36 鋼 筋 續 接 組 件 第 1 回 加 載 0⟶0.60𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦滑動 量 平 均值 為 0.031 mm， 第 2 回重 測 之 滑 動 量 平均 值 為 0.022 mm。大 部 分 續 接 試 體 第 1 回 滑 動 量 大 於 第 2 回 但 是 差 距 不 顯 著 。
3. 第 1 回 與 第 2 回 滑 動 量 差 距 不 明 顯 ， 這 表 示 圖 1-3 加 載 程 序 0⟶0.60𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦並 不 能 有 效 地 測 試 出 續 接 處 之 密 合 程 度 ， 因 為 其應 力 比 不 夠 高 。
4. 實 驗 室 經 驗 顯 示 ， 續 接 組 件 組 裝 後 可 能 同 軸 度 跟 直 線 度 不 若 一 連 續鋼 筋 母 材 ， 滑 動 量 量測 結 果 將 包 含 試 樣 之初 始 瑕 疵 。
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接 著 我們 按 表 3-1 第 二 列 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦程 序 測 試 SD420W D25 及 D36 鋼 筋 續 接 組 件 各 十 件 ， 所 有 試 體 同 樣 採 用 其 標 稱 扭 力 值 (100 N 或 311 N-m)以 扭 力 板 手 鎖 緊。每 件 同 樣 執 行 2 回 拉 伸 試 驗 量 測 滑 動 量，結 果 如 表 3-4 所 示，第 1 回 與 第 2 回 試 驗滑 動 量 比 較 如圖 3-6 及 3-7 所 示。 有 下 列 幾 點 觀察 ：
5. 這 批 D25 鋼 筋 續 接 組 件 第 1 回 加 載 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦滑動 量 平 均值 為 0.042 mm， 第 2 回重 測 之 滑 動 量 平均 值 為 0.015 mm。 大 部 分 續 接 試 體 第 1 回 滑 動 量 明 顯 大 於 第 2 回 。 6. 這 批 D36 鋼 筋 續 接 組 件 第 1 回 加 載 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦滑動
量 平 均值 為 0.079 mm， 第 2 回重 測 之 滑 動 量 平均 值 為 0.032 mm。 大 部 分 續 接 試 體 第 1 回 滑 動 量 明 顯 大 於 第 2 回 。 7. 第 1 回 與 第 2 回 試 驗 之 滑 動 量 差 距 較 顯 著 ， 這 表 示 提 高 應 力
比，將 加 載 程 序 改 為 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦較能 有 效 地 測 試 出續 接 處 之 密 合 程 度 。
8. 觀 察 試 驗 圖 形 發 現 ， 加 載 至 0.95𝑃𝑦過 程 在 第 1 回 試 驗 時部 分 試 體 出 現 跳 躍 不 連 續 (滑 動 )多 出 現 在 應 力 超 過 0.60𝑃𝑦以 上 ， 以 此 程序 較 能 測 出 續 接 處 之瑕 疵 。
9. 若 將 加 載 程 序 改 為 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦，對 應 之滑 動 量 合 格上 限為 0.3 mm， 檢 測 背 景 值(大 約 0.01 mm)只 佔允 收 標 準 值 的 1/30， 量 測 可 靠 度 比 較 高 ， 可 以 避 免 因 為 續 接 組 件 之 初 始 不 完 美 而導 致 試 驗 無 效 。
總 結 來說，鋼 筋 續 接 組 件 單向 拉 伸 及 滑 動 試 驗 將加 載 程 序 修 改為 0⟶0.95𝑃𝑦 ⟶0.02𝑃𝑦量測 殘 留 滑 動 量 可接 受 值 定為 0.3 mm 是比 較 合 理 的 試 驗程 序 。 至 於 滑 動 量 可接 受 值 0.3 mm 對 於 構 件 勁度 及 裂 紋 寬 度 之 影 響， 將 於 下 一 章 的 梁 構件 試 驗 說 明 。
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