第二章 摩擦阻尼器之率定與元件測試
2.2 扭力係數之率定
如前所述，摩擦阻尼器成功關鍵之ㄧ在於精確控制施予摩擦介面 之正向力。透過螺栓扭力係數之率定，可由其施加之扭力推算摩擦阻 尼器所受之正向力，並供吾人由元件測試得到之出力計算摩擦係數。
根據「鋼結構設計-極限設計法與容許應力法」【16】，控制高強度 螺栓施加拉力之常見方法包括：(1)扭力控制法，(2)旋轉螺帽法，(3) 直接張力控制法及(4)螺栓斷尾法。
(1)扭力控制法:
利用人工扳手或電動扳手鎖緊螺栓時，以扭力扳手檢驗扭力 值，扭力扳手須先以張力計校正，以確定其扭力係數值。
(2)螺帽旋轉法:
螺帽旋轉法為控制高強度螺栓張力最廣為使用的方法，乃依
據螺帽旋轉時螺栓因承受軸力而伸長之原理，由螺栓直徑、長度 及伸長量計算其所受之張力。螺栓之旋轉角與伸長量成正比。
(3)直接張力法
儘管螺帽旋轉法被廣泛使用，事實上，由旋轉螺帽之角度來 推算螺桿伸長量及其引致之軸力並不夠精確。直接張力量測提供 了最直接的檢測方法，採用之特殊墊片如圖 2.3 所示，墊片上有 預設之突出部，當螺栓鎖緊時此墊片因承受壓力而逐漸被壓平，
其壓縮量與螺栓軸力有關，當施加扭力於螺帽上時造成特殊墊片 上之矩形突起物下壓，並量測其壓縮後螺帽和突起物是否仍有間 隙，即可判斷是否已達所需之預力。
(4) 螺栓斷尾法
為因應高強度螺栓鎖緊之要求，目前最廣為使用的是扭力控 制斷尾螺栓，此種螺栓在其尾部有一凹槽設計，當扭力所造成螺 栓內之軸力達到預設之拉力時，其尾端將被扭斷，螺栓安裝作業 即告完成，相當方便。
由於螺帽旋轉法僅可得到粗估之螺栓軸力，不夠精準；直接張力 控制法和螺栓斷尾法無法調整出力或重複使用，不符需求，故本研究 乃採「扭力控制法」，首先設計一類似張力計之測試機構，利用扭力
扭力係數。
2.2.1 扭力係數
依據內政部營建署公佈之「鋼構造建築物鋼結構施工規範」
【17】，高強度螺栓之扭力係數（K）建議公式為：
DP T
K=1000 (2.1)
其中，
K為扭力係數;
T為扭力（kgf-m）;
D為螺栓之標稱直徑（mm）;
P為螺栓張力（kgf）。
扭力係數值(K)與螺栓/螺帽接觸表面性質有關，規範之建議值整 理如表 2.1 所示。以螺栓與螺帽接觸面無潤滑處理者為例，扭力參考 建議值為 0.15~0.19，標準偏差為 0.013 以下。規範中並未說明扭力係 數是否與螺栓尺寸有關，本研究將針對不同直徑的螺栓進行扭力係數 之率定測試，以建立對應的扭力係數，作為將來摩擦阻尼器之設計依 據。
2.2.2 扭力率定機構之設計
螺栓扭力率定測試機構如圖 2.6 所示。該率定機構係以兩塊厚 30mm 之鋼鈑扣住二荷重元（Load Cell；±2 tf ）如圖 2.7 所示，並以 一組 A325 高強度螺栓（牙條）貫穿上、下鋼鈑及 H 型鋼基座（固定 於強力地板），再以扭力扳手控制所需之扭力。為避免螺栓施加扭力 時，荷重元與上、下鋼鈑產生滑動及扭轉，乃利用 M16 牙條將二荷 重元固定於下鋼鈑與 H 型鋼基座上，並於上鋼鈑兩側開挖兩圓形凹 槽以圍束住 Load Cell。圖 2.8 為組裝完成之率定試驗裝置，進行試驗 時僅需以扭力扳手施加扭力於螺栓上達目標值，並由荷重元讀取張力 值，由公式(2.1)轉換計算即可得到對應之扭力係數(K)值。
2.2.3 率定結果討論
本系列試驗針對 M10、M20、M22 及 M24 等 4 種不同直徑之 A325 高強度螺栓進行扭力率定試驗，因對應於不同螺栓直徑須使用不同之 套筒施加扭力，M10 螺栓係採用如圖 2.4 所示之小型扭力扳手(扭力 範圍為 1 ~ 3 N-m)，其餘尺寸之螺栓均使用較大型之扭力扳手(扭力範 圍為 80 ~ 560 N-m)如圖 2.5 所示。針對 M20、M22、M24 三種螺栓之 率定試驗，將考慮施加 80N-m、95 N-m、110 N-m 等不同程度之扭力；
力，每一試驗組合均重複進行七次測試。
M20、M22、M24 三種螺栓率定試驗結果如表 2.3 所示；M10 螺 栓率定試驗結果如表 2.4 所示。由 M10、M20、M22、M24 螺栓率定 試驗所得之扭力係數平均值分別為
K
10= 0 . 26
、K
20= 0 . 26
、K
22= 0.25
及K
24= 0.25
，顯示扭力係數與螺栓直徑無關；此外，四種螺栓率定 試驗之統計分析結果顯示，M10
、M20
、M22
及M24
螺栓扭力係數 之 標 準 差 分 別 為σ =
100.0002
、σ =
200.0002
、σ =
220.0001
及24
0.0001
σ =
，變異性都相當小。综合扭力係數率定試驗結果發現，不同螺栓直徑所對應之扭力係
數都介於
0.25~0.26
之間，惟此係數值明顯大於「鋼構造建築物鋼結構施工規範」所建議之扭力係數