實驗方法

一、 彎矩補強實驗設計

本項實驗目的為探究以CFRP 彎矩補強受損（模擬蟲蛀腐朽）木梁構件 之可行性，參照CNS454 木材靜曲試驗法進行試驗，試材為正方體橫斷面柱 體，斷面邊長（a）＝20~40mm，長度（L）＝跨距＋2a，跨距為 a 之 14 倍。

採中央集中載重（三點載重）方式進行抗彎測試。

彎矩補強試驗之試材尺寸為長×寬×高等於 48 cm×3 cm×3 cm，實驗變因 包含在木材縱向全長進行不同孔徑大小之鑽孔以及採用不同CFRP 層數貼覆 在木材之張力側，探究木梁構件在斷面損失狀況下，彎矩補強所提昇之效能。

彎矩補強受損（模擬蟲蛀腐朽）木構件實驗規劃如表3-4 所示，對照組以及 補強組示意圖如圖3-2~圖 3-6 所示。

表 3-4CFRP 彎矩補強受損（模擬蟲蛀腐朽）木構件實驗規劃表

組 別

內 容 B-A B-B B-C B-D B-E

孔徑 （cm） 0 1.2 1.5 1.8 2.2

斷面面積損失

百分比 （%） 0 13 20 28 42

斷面慣性矩損

失百分比 （%） 0 1.5 3.8 7.7 17

CFRP 張力側

貼覆層數 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 試材數量 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

圖 3-2 B-A 組實驗變因示意圖

（a） 末貼覆 CFRP

（b） 引張側貼覆 1 層 CFRP

（c） 引張側貼覆 2 層 CFRP

（d） 引張側貼覆 3 層 CFRP

圖 3-3 B-B 組實驗變因示意圖

（a） 末貼覆 CFRP、鑽孔直徑 1.2 cm 貫穿全長

（b） 引張側貼覆 1 層 CFRP、鑽孔直徑 1.2cm 貫穿全長

（c） 引張側貼覆 2 層 CFRP、鑽孔直徑 1.2 cm 貫穿全長

（d） 引張側貼覆 3 層 CFRP、鑽孔直徑 1.2 cm 貫穿全長

圖 3-4 B-C 組實驗變因示意圖

（a） 末貼覆 CFRP、鑽孔直徑 1.5 cm 貫穿全長

（b） 引張側貼覆 1 層 CFRP、鑽孔直徑 1.5 cm 貫穿全長

（c） 引張側貼覆 2 層 CFRP、鑽孔直徑 1.5 cm 貫穿全長

（d） 引張側貼覆 3 層 CFRP、鑽孔直徑 1.5 cm 貫穿全長

圖 3-5 B-D 組實驗變因示意圖

（a） 末貼覆 CFRP、鑽孔直徑 1.8 cm 貫穿全長

（b） 引張側貼覆 1 層 CFRP、鑽孔直徑 1.8 cm 貫穿全長

（c） 引張側貼覆 2 層 CFRP、鑽孔直徑 1.8 cm 貫穿全長

（d） 引張側貼覆 3 層 CFRP、鑽孔直徑 1.8 cm 貫穿全長

圖 3-6 B-E 組實驗變因示意圖

（a） 末貼覆 CFRP、鑽孔直徑 2.2 cm 貫穿全長

（b） 引張側貼覆 1 層 CFRP、鑽孔直徑 2.2 cm 貫穿全長

（c） 引張側貼覆 2 層 CFRP、鑽孔直徑 2.2 cm 貫穿全長

（d） 引張側貼覆 3 層 CFRP、鑽孔直徑 2.2 cm 貫穿全長

二、實驗設備

（1） 10 噸萬能強度試驗機及支承反力座（圖 3-7）。

（2） 資料記錄器以及實驗資料顯示器（圖 3-7）。

（3） 鑽孔設備（圖 3-8）。

圖 3-7 萬能強度試驗機以及資料記錄器

圖 3-8 木材縱向鑽孔設備

三、 CFRP 貼覆木構材施工流程

本實驗參考工法為工研院工業材料研究所參照國外的補強工法與經驗以 及國內成功案例之經驗歸納後，所研發之碳纖維貼片補強混凝土結構物之規 範，此工法應用於木構件時，稍做變化，其步驟如下（CFRP 貼覆施工流程圖 如圖3-9），並以文字說明如後。

圖 3-9 CFRP 貼覆施工流程圖

準備工程

木構件表面FRP貼附之定位

底層處理工程 斷面復舊工程

不平整面整修 底層處理工程

底漆工程

表面不平整之再修復

CFRP補強貼附附工程

養護工程

實驗測試

• 準備工作

試驗前各種材料及工具之準備，使用之材料包括木材、CFRP 貼片、底漆 及積層樹脂等，使用工具包括剪刀、毛刷、滾筒、砂紙、攪拌容器、紙杯、

手套以及尺等，如圖3-10 所示。

圖 3-10 材料準備

• 底層（面層）處理

(1) 使用砂紙或磨光機將木材表面的劣化層除去（圖 3-11）；

(2) 研磨完後以毛刷或高壓空氣鎗將粉塵及已鬆動的物質去除掉；

(3) 若補強施工之構件為具有銳利的隅角時，必須將其磨成圓弧 R 角，目的為 使應力能夠傳遞，但若補強位置僅為單面時可不需磨成R 角。

圖 3-11 去除劣化層（砂磨）

• 底漆（Primer）工程

底漆工程係採用工研院所研發生產之MRL-A2 底漆主劑及 MRL-B2 環氧 樹脂硬化劑，主劑：硬化劑配比為100：35（圖 3-12）。

圖 3-12 上底漆

• CFRP補強貼覆工程

本研究CFRP 補強貼覆工程係採用工研院所研發生產之 MRL-A3 積層樹 脂主劑及MRL-B2 環氧樹脂硬化劑，主劑：硬化劑配比為 100：35，貼覆照 片如圖3-13 所示。

圖 3-13 上積層樹脂

• 養護工程

室外施工時為不使雨水、砂、灰塵等附著於貼片上，須使用塑膠布養護。

溫度20℃時須養護 1 週，溫度 10℃時須養護 2 週，平均溫度在 20℃以上，初

期硬化養護時間約1 天，本研究之試材於台大森林系林產館二樓之調濕室進 行養護（圖3-14）。

圖 3-14 試材之養護