第四章 實驗數據結果
4.2 立柱輪盤抗拉強度試驗
圖 4-17 立柱輪盤抗拉強度實驗體 A 抗拉試驗施加 200kg 之應力圖
圖 4-18 立柱輪盤抗拉強度實驗體 A 抗拉試驗施加 200kg 之應變圖
圖 4-19 立柱輪盤抗拉強度實驗體 B 抗拉試驗施加 200kg 之應力圖
圖 4-21 立柱輪盤抗拉強度實驗體 C 抗拉試驗施加 200kg 之應力圖
圖 4-22 立柱輪盤抗拉強度實驗體 C 抗拉試驗施加 200kg 之應變圖
由分析結果可以發現，當立柱輪盤兩端孔洞各受到 X 方向的拉力，其最大應力與 應變皆為孔洞施力端處，在將模擬數據整理如下表 4-5 至 4-7。
表 4-5：立柱輪盤抗拉強度實驗體 A 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力（kgf/mm2） 7.398 14.8 29.601 59.198 88.798 118.394
應變 4.62E-06 9.25E-06 1.85E-05 3.70E-05 5.55E-05 7.40E-05 實驗體 A 在模擬分析時拉拔強度參數為 40.789kgf/mm2，所以施加力大約在 275.67kg 時應力值已達到 40.789kgf/mm2，因此推估當施力為 275.67kg 時，將會達到降 伏，再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
表 4-6：立柱輪盤抗拉強度實驗體 B 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力（kgf/mm2） 2.256 4.512 9.025 18.049 27.074 36.099
應變 1.41E-06 2.82E-06 5.64E-06 1.13E-05 1.69E-05 2.26E-05 實驗體 B 在模擬分析時拉拔強度參數為 40.789kgf/mm2，所以施加力大約在 904.01kg 時應力值已達到 40.789kgf/mm2，因此推估當施力為 904.01kg 時，將會達到降 伏，再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
表 4-7：立柱輪盤抗拉強度實驗體 C 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力（kgf/mm2） 3.07 6.14 12.279 24.56 36.841 49.121
應變 1.92E-06 3.84E-06 7.67E-06 1.54E-05 2.30E-05 3.07E-05 實驗體 C 在模擬分析時拉拔強度參數為 40.789kgf/mm2，所以施加力大約在 664.32kg 時應力值已達到 40.789kgf/mm2，因此推估當施力為 664.32kg 時，將會達到降 伏，再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
4.2.2 立柱輪盤抗拉強度實驗數據
因為三種實驗試體之輪盤型式不相同，且其使用材質與厚度亦有所差異，經實際 測試後發現，會有剪斷與擠壓開裂之不同破壞方式，實驗之數據結果如表 4-8 所示。
表 4-8 輪盤抗拉強度實驗數據
強度(kg) 破壞方式 平均值(kg)
A1 4982 剪斷(下方孔洞)(圖 4-23)
5017.667
A2 4711 剪斷(下方孔洞)
A3 5360 擠壓開裂(上方孔洞)(圖 4-24)
B1 6138 剪斷(下方左側孔洞)(圖 4-25)
6087.333
B2 5939 剪斷(下方右側孔洞)(圖 4-26)
B3 6185 剪斷(下方右側孔洞)
C1 4371 剪斷(上方孔洞)(圖 4-27)
4621
C2 4462 剪斷(上方孔洞)
C3 5030 剪斷(下方孔洞)
圖 4-23 A1 試體輪盤下方孔洞剪斷破壞 (圖片來源：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)
圖 4-24 A3 試體輪盤上方擠壓開裂破壞 (圖片來源：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)
圖 4-25 B1 試體輪盤下方左側孔洞剪斷破壞
圖 4-26 B2 試體輪盤下方右側孔洞剪斷破壞 (圖片來源：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)
圖 4-27 C1 上方孔洞剪斷破壞
(圖片來源：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)
1. 實驗體 A 在輪盤上烙焊標誌，可發現此行為導致兩種破壞方式（擠壓開裂 與剪斷），推估為此輪盤為鑄鐵方式製造，使之輪盤每一部位材料性質略有 所不同（雜質分布因素）或因在輪盤表面上烙焊廠牌名稱，令輪盤表面有 凹陷，使之出現兩種破壞模式，擠壓開裂結果荷重位移所示。
2. A 與 C 輪盤孔洞皆具有大小一致性，而 C 輪盤孔洞有分大洞與小洞，因此 可以從圖中發現長洞之強度相對於短洞來的小。
3. 實驗體 B 輪盤厚度比實驗體 A 輪盤與實驗體 C 輪盤薄 2mm，C 強度亦比 A 與 C 試體輪盤強度大，因此從這可判斷出 B 試體材料強度比 A 與 C 好。
4. 實驗體 A 與實驗體 C 立柱輪盤抗拉強度數據與實際試驗出來之數據是相符 的。
第五章 各規格立柱輪盤拉拔模擬比對
由立柱輪盤強度試驗與立柱輪盤拉拔試驗與數值模擬比對中可看出，其破壞方式 與數據模擬皆吻合，因此由此參數推討，如表 5-1 所示以 O1 為基準值，以輪盤孔洞數、
孔洞規格、輪盤外觀、輪盤厚度、孔洞據外端之距離、有無烙焊標籤來做比較。
表 5-1 數值模擬模型規格(尺寸、距離單位 mm)
O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9
孔洞數 2 2 2 4 6 8 2 2 2
孔洞形 狀
方型 方型 方型 方型 方型 方型 方型 方型 方型
孔洞呎 吋
10
*10
*6
10
*10
*6
20
*10
*6
10
*10
*6
10
*10
*6
10
*10
*6
10
*10
*6
10
*10
*6
10
*10
*6 輪盤樣
式
圓盤 圓盤 圓盤 圓盤 圓盤 圓盤 方盤 圓盤 圓盤
孔洞至 外端之 距離
10 15 10 10 10 10 10 10 10
輪盤厚 度
6 6 6 6 6 6 6 8 6
烙焊標 籤
無 無 無 無 無 無 無 無 有
5*10*1
此模型參數設定如下：
1. 材料選擇：SS400，一般鐵 2. 柏松比：0.3
3. 彈性係數:2.08*106 kg/mm2 4. 單位設定:kg、mm
5. 輪盤外觀規格：圓（直徑 1200mm）、方型（120mm*120mm）
6. 拉拔強度：4700kg 7. 模擬方式：線性
在邊界條件之設定上，在輪盤孔洞 X 軸相對兩端孔洞施加應力，因未對試驗體做 邊界條件之限制，會使數值模擬試驗體產生扭轉之效果，導致位移量暴增，因此位移 量在此不做考慮。下列為立柱輪盤拉拔使用有限元素分析，進行分析後之結果如圖 5-1~5-18 所示。
圖 5-1 立柱輪盤抗拉強度 O1 抗拉試驗應力圖
圖 5-2 立柱輪盤抗拉強度 O1 抗拉試驗應變圖
圖 5-3 立柱輪盤抗拉強度 O2 抗拉試驗應力圖
圖 5-4 立柱輪盤抗拉強度 O2 抗拉試驗應變圖
圖 5-6 立柱輪盤抗拉強度 O3 抗拉試驗應變圖
圖 5-7 立柱輪盤抗拉強度 O4 抗拉試驗應力圖
圖 5-8 立柱輪盤抗拉強度 O4 抗拉試驗應變圖
圖 5-10 立柱輪盤抗拉強度 O5 抗拉試驗應變圖
圖 5-11 立柱輪盤抗拉強度 O6 抗拉試驗應力圖
圖 5-12 立柱輪盤抗拉強度 O6 抗拉試驗應變圖
圖 5-14 立柱輪盤抗拉強度 O7 抗拉試驗應變圖
圖 5-15 立柱輪盤抗拉強度 O8 抗拉試驗應力圖
圖 5-16 立柱輪盤抗拉強度 O8 抗拉試驗應變圖
圖 5-18 立柱輪盤抗拉強度 O9 抗拉試驗應變圖
由分析結果可以發現，當立柱輪盤兩端孔洞各受到 X 方向的拉力，其最大應力與 應變皆為孔洞施力端處，在將模擬數據整理如下表 5-2 所示。
表 5-2 數值模擬應力應變表
應力(kg/mm2) 應變 與 O1 應力差
O1(基準) 205.307 0.135e-3 0
O2(孔洞距離外端 15mm)
198.703 0.134e-3 6.604
O3(孔洞規格 (20*10*6)
221.885 0.148e-3 16.578
O4(4 孔) 202.371 0.133e-3 2.936 O5(6 孔) 210.706 0.141e-3 5.399 O6(8 孔) 219.175 0.144e-3 13.868
O7(方盤) 205.597 0.137e-3 0.29
O8(盤厚 8m) 151.037 0.1e-3 54.27 O9(標籤 5*10*1) 288.919 0.192e-3 83.612
由表 5-2 中可以得知以下結果：
(一) O1 與 O3 中之差異可得知輪盤孔洞大小會影響輪盤抗拉之強度。
(二) 由 O1、O4、O6 中之差異可瞭解四方孔強度大於兩端方向孔洞與八方向孔洞。
(三) 從 O1、O7 可瞭解輪盤外型不會大幅影響其抗拉強度。
(四) 經 O1 與 O8 可以知道，當輪盤厚度越大，其抗拉強度越大。
(五) 在由 O9 與 O1 的應力差中得知，輪盤若在孔洞外端烙焊上標籤或廠牌，則會 使輪盤在該處產生弱面，導致 O1 與 O9 應力差遠大於其他模型。
第六章 結論與建議
6.1 結論
本研究主要是針對立柱輪盤強度試驗與立柱輪盤抗拉強度試驗以數值線性分析 方式進行模擬與探討，使實驗數據更加完善。再經由比對兩者破壞模式來確立模擬參 數，進而以此參數模擬不同輪盤孔洞數、孔洞規格、輪盤外觀、輪盤厚度、孔洞距外 端之距離、有無烙焊標籤來做比較，對輪盤之形式差異建立更明確的數據，供業界與 學術界做參考。本研究結論如下：
一、 厚度相同之輪盤，因其設計輪盤之孔洞大小、開孔處至鋼管與輪盤搭接觸的距離 而有所影響，使兩者同一處應力、應變數據不同。
二、 數值模擬顯示，輪盤最大應力於立柱與輪盤搭接處，可推估其破壞處為此，但因 焊材與母材兩者材料混合後產生之焊道，以焊材須符合 E60 級，焊道強度必定大 於 SS400 一般鐵，卻因材質混合無法推估焊道材料性質，因此只顯示鋼管之處應 力與其分部，發現與實驗破壞模式相同。
三、 數值模擬推估達降伏強度之荷重與實驗數據不符，其原因在於此分析以線性外差 法做為一推估值，但模擬出應力最大處與實際實驗破壞處相近，所以仍須以實驗 之方式來判定破壞強度為何。
四、 輪盤上烙焊標誌，可發現此行為導致兩種破壞方式（擠壓開裂與剪斷），推估為 此輪盤為鑄鐵方式製造，使之輪盤每一部位材料性質略有所不同（雜質分布因素）
或因在輪盤表面上烙焊廠牌名稱，令輪盤表面有凹陷，使之出現兩種破壞模式，
擠壓開裂結果。
五、 由立柱輪盤抗拉模擬中得知，輪盤孔大小會影響輪盤抗拉強度，孔洞越大者，其 抗拉強度越低。
六、 立柱輪盤抗拉強度模擬得知，同樣孔洞大小者四方向孔洞抗拉強度大於兩極端方 向孔洞與六方向孔洞和八方向孔洞。
七、 由立柱輪盤抗拉強度模擬可得，輪盤外部樣式如(八角、圓、方)不會大幅影響輪 盤抗拉強度。
八、 由立柱輪盤抗拉強度了解，SS400(一般鐵)之材質下，輪盤厚度越大，抗拉強度越
大。
九、 由實驗與數值模擬中，得到若在輪盤上烙焊標誌，會使輪盤抗拉強度降低與不可 預期之破壞模式(剪斷、擠壓開裂)。
十、 電腦數值模擬之強度僅可做為一推估值，因實際狀況如製程不同，皆可能產其差 異性。
6.2 建議
藉由本研究所得到之結果與過程，提供下列建議：
一、建議實驗時所使用之實驗體以新品來做為測試體為佳，若以舊品或缺陷(如生鏽、
焊道氣泡)則會造成強度折減，增加其變因。
二、建議實驗品壓測時，先行詢問製造商其產品之材質、製造方式(如鑄鐵、裁剪、碾 壓等)、工順、尺寸構造圖等，以增加建構數值分析之數據可靠度，減少與實物產 生之差異性。
三、建議各規格立柱輪盤拉拔模擬比對輪盤孔洞數、孔洞規格、輪盤外觀、輪盤厚度、
孔洞距外端之距離、有無烙焊標籤能以實體實驗來得到實際破壞數據。
四、可研究大型系統式施工架結構強度，建議以 SAP2000 等數值分析系統來做處理，
先以模擬估計其破壞情形，再以實物壓測瞭解其破壞情況，在比對兩者差異性進 而修改其搭接處剛性參數，來推演其破壞或缺失所導致之情況。
五、建議依照勞工安全衛生研究所所出刊之系統式施工架安全性評估與測試技術之建 立文內所建立之組拆流程來進行施作。
六、建議建立一套以專業組搭人員來進行組搭施工架證照，亦或購買施工架需附組搭 與安全配置之說明。
誌謝
在中華大學研究所四年內的學習，在實驗室的生活中，承蒙恩師 徐增興博士細心 教導，訓練我獨立思維之能力與教導我待人處事的道理，在這段期間內不斷的教導、
協助及指正之下，才能完成這本論文，在此對恩師敬上最誠摯的感激與無限之謝意。
另外也感謝張智奇博士在學生讀研究所的四年內，不斷的給予教導以及協助，使 學生在學習的過程中，能夠學習許多實務上的經驗，至此致上最衷心之感謝。
在論文鑽寫期間，感謝恩師、鎮華學長對學生提供許多寶貴意見，在論文校外口 試期間，感謝恩師、邱垂德博士及張智奇博士給予學生相當多寶貴之意見與指正，使 本論文缺失之處得以修正而趨近於完善，在此制上由衷之謝意。
實驗及求學階段，感謝泓勝學長、鎮華學長、彥熹學長、祐民學長對學業及實驗 不精之處給予指導；感謝同學明長、彥澤、舜友、駿朋在學業上的切磋與討論，並感 謝俊豪、家豪、國嘉、隆傑、岳民、沅鴻、士強學弟給予之幫助，我不會忘記在實驗 室所經歷之歡笑與淚水，並感謝所有曾經幫助過我的朋友們，僅此致上由衷之感謝。
最後，將此成果獻給於研究期間默默支持我的家人們，以及所有關心我的人，因 為你們在這段期間的關懷、體諒及激勵，令我在研究期間能無後顧之憂完成學業，在 此致上最深的謝意，謝謝你們!僅將此成果與你們共同分享。
謹致 2012.8