改良彎鉤設計與數值模型

快手式彎鉤組合屋之牆板與間板間主要以彎鉤系統接合，彎鉤接合 系統是將鋼製的彎鉤盒預埋入三明治夾板心材中，各個獨立的三明治板 材由一公一母的彎鉤緊扣在一起（圖 3.2）（圖 3.3），達到接合效果，彎 鉤系統藉著心材與彎鉤盒間的握裹力抵抗拉拔力，原始彎鉤接合系統僅

能承受拉力，受力時鋼製彎鉤盒本身並不會造成破壞或明顯變形，但拉 力限度受彎鉤殼外 PU 強度的限制，原始彎鉤之公彎鉤組件預埋入 PU 層 之深度為 7 cm，比母彎鉤多了 2 cm，所以原始母彎鉤拉拔強度較弱於原 始公彎鉤，彎鉤破壞模式主要是母彎鉤盒被拉出 PU 心材導致脫離。

前人研究發現原始的彎鉤系統平均最大拉拔力約為 1300 N（約 132.5 kgf），改良前三明治夾板整體試體材料的勁度平均值為 451.2674 N/mm

（文，2010），為了有效提升彎鉤系統的強度，著手反思如何運用既有的 材料達到預定的強度目標，從原有的三明治夾板（圖 3.4）與原始彎鉤（圖 3.5）外觀發現兩者可以做個搭配，圖 3.5 所示之翼板，只要延伸其尺寸 向上抵住圖 3.4 圈選處之頂層鋼板，延伸之翼板能增大彎鉤盒與 PU 心材

圖 3. 2、原始公彎鉤盒圖 圖 3. 3、原始母彎鉤盒

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之間的握裹力，翼板延伸末端抵住頂層外覆鋼板，讓頂層外覆鋼板分擔 部分拉拔力，如此設計勢必能增加彎鉤系統拉拔強度，如下圖 3.6。

原始彎鉤系統有限元素模型，因為對稱關係只模擬其中一半，使用

剛性金屬板殼元素 1848 個，彈塑性 PU 立體元素 44768 個，另外有限元 素模型也對應到改良設計後的彎鉤系統進行修正，依據原始彎鉤的有限 元素模型（圖 3.7）增加延伸翼板的部分進行模擬分析（圖 3.8）。

圖 3. 6、改良後彎鉤系統設計圖

圖 3. 4、外覆鋼板頂層收頭圖 圖 3. 5、彎鉤盒底層翼板

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一般常用的鋼板降伏強度大約在 210MPa 至 260Mpa，在 HyperMesh 視覺化參數設定上，保險起見將鋼板最大應力值設定在 200MPa，顏色越 藍 就 代 表 受 到 的 應 力 越 少 ， 顏 色 達 到 紅 色 就 表 示 受 到 的 應 力 超 過 200MPa。圖 3.8 有限元素模擬之結果顯示改良後之彎鉤最大應力在彎鉤

圖 3. 7、原始簡化彎鉤有限元素模型

圖 3. 8、改良簡化彎鉤有限元素模型

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盒與延伸的翼板間，且無元素超過 200ＭPa，所以本設計在數值分析結果 是可行的 。

根據力量與位移圖(圖 3.9) ，看出修正後的彎鉤強度會比原始的強度 高，數值分析後的結果與先前假設一致，彎鉤系統攸關組合屋的結構安 全，於下一節將進行此新型彎鉤試體的實驗驗證，確保組合屋在其結構 上安全無誤。