7 萬能材料試驗機協助安裝試體之滑車

圖2.2 日本 PWRI 3000 噸萬能材料試驗機尺寸規格圖

表2.4 日本 PWRI 3000 噸萬能材料試驗機規格表

照片2.8 日本 Nihon University 3000 噸萬能材料試驗機

綜合以上所列舉的萬能材料試驗機型式，再整合國內專家學者的 意見，未來設立之萬能材料試驗機，必須要具備同時進行拉力與壓力反 覆載重試驗之能力。此外，考慮實驗室的空間運用問題，若萬能材料試 驗機可進行梁三點彎矩試驗，將會佔去實驗室極大的用地空間，故規劃 中暫不考慮可進行梁試驗之功能。建築組件實驗室主要以進行大型結構 試驗為主，其中更以 3000 噸萬能材料試驗機為重心，因此本研究團隊 花費許多心力在研商討論萬能材料試驗機之規格及功能，期望能以合理 且可接受的價格將此萬能材料試驗機安裝建置完成。

在參考日本以及美國之萬能材料試驗機規格之後，本研究團擬出了 四種萬能材料試驗機之設置方案，期望藉此以最合理的價格購得功能性 較佳之機種，四種規劃方案如表2.6 所示，說明如下：

表2.6 萬能材料試驗機規劃方案表

遺憾；美國廠商則表示 PWRI 系統之萬能材料試驗機，其昂貴之處在於 四支升降横軛用之螺芽鋼棒，因此MTS 開出之報價亦不在可接受的範圍 之內，至此，若不考慮更改主架構系統(及横軛之移動方式)，則 CASE2 幾乎確定不可行。

在CASE3 中，本研究團隊與連結機械公司接洽，該公司技術人員表 示有能力製造，且採用的方式與 PWRI 以及連福橡膠製品公司不同之機 械系統，其横軛亦可做升降至試體安裝之最佳高度，但是是採用跳躍式 而非連續式之升降模式，亦即無論是上升或是下降，都必須以最小單位 (約 1m)做移動，無法像 PWRI 之螺芽鋼棒可將横軛升降至任意的位置，

雖然功能性較差，但亦屬於可接受之範圍，且其報價亦屬合理，目前仍 在與連結機械公司做進一步之接洽，等待其設計以及進一步之詳細報 價。連結機械公司設計之萬能材料試驗機如圖2.3 所示。

圖2.3 連結機械公司設計之萬能材料試驗機

其主要規格為：

(5)橫軛採油壓系統負責控制升降及定位，並在試驗機近距離範圍內配置 一控制面板以便於掌控。

(6)裝設於橫軛的油壓致動器滿足以下條件：

(a)拉力能量為 30 MN，壓力能量為 20 MN。

(b)拉力及壓力反覆加載中無間隙及鬆動現象。

(c)位移容量為 1000 mm。

(d)油壓伺服閥(servovalve)具備三階且流量 940 l/min 的特性，且可因 應日後之動態需求升級。針對所有不同規格的油壓伺服閥需提供 其對應之性能曲線圖。

(f)提供油壓分歧座(HSM)負責控制油壓開關及高低壓力的調整。

選擇配件如下：

(1)一組(兩個)抗壓接合板，上抗壓接合板接合於油壓致動器軸端，下抗 壓接合板接合於底板上，其中在上抗壓接合板包含有一球座軸承，採 特殊包覆以減低摩擦力。

(2)設計一便於工作人員安裝試件及觀察試驗之可自由升降平台。

(3)設計一安裝試件之設備，滿足便利性及準確性，例如利用一試件插入 梁或行走在軌道上之工作台車。

(4)須能控制油壓分歧座及油壓供應源，在不影響其他試驗的情況下，控 制器可獨立且安全地開啟或關閉欲進行試驗之油壓。即在操作大型萬 能試驗機的同時，在硬體及實驗場地許可下，可在同一台控制器進行 其他反力牆試驗。

美商MTS 設計之萬能材料試驗機如圖 2.4、圖 2.5、圖 2.6 與圖 2.7 所示。

圖2.4 MTS 設計之萬能材料試驗機

圖2.5 MTS 設計之萬能材料試驗機（立面圖）

圖2.6 MTS 設計之萬能材料試驗機搭配之選擇配件

圖2.7 MTS 設計之萬能材料試驗機搭配之選擇配件（立面圖）

除此之外，MTS 公司尚設計另外兩種型式之萬能材料試驗機提供業

如此垂直致動器則僅需提供動態力量即可驅動振動臺。

油壓泵提供油壓動力以驅動致動器，兩部電動油壓泵及三部柴油油 壓 泵 共 可 提 供流量 1,325 gpm，而液壓油之工作壓力為 210 kg/cm² (3000psi)。油壓泵僅提供系統所需之平均流量，而尖峰流量所需之差額 則由蓄壓器提供。致動器驅動振動臺時所需之反力係由反力質塊來提 供，反力質塊之尺寸為16 公尺（長）× 6 公尺（寬）×7.6 公尺（深），

質量約於 4,000 公噸。此外，為了要進一步改善工作環境與實驗環境之 品質，以隔震系統將反力質塊與固定基礎分隔開，此時反力質塊即成為 浮動基礎，隔震系統係由96 組空氣彈簧及 80 組阻尼器所組成。

照片2.9 國家地震工程研究中心之振動臺

由此可知，因為驅動振動臺需要龐大的電力與動力，故它的造價與 維護費必然不緋。國立台灣科技大學營建系有一座單向的振動臺，如圖 2.8 所示，振動臺面 3 公尺 × 3 公尺，因為維護經費短缺與使用者不多，

已有一段時間沒有使用，因此有專家學者建議，向國立台灣科技大學營 建系認養其振動臺，初步經由台灣科技大學營建系同意。但在後續幾次 會議中，考慮大型力學實驗室空間的限制，並且規劃將 3000 噸萬能材 料試驗機作為實驗室設備重點，最後在專家學者與研究團隊的共識之 下，新設立之大型力學實驗室將不考慮設置振動臺。

圖2.8 國立台灣科技大學營建系振動臺尺寸圖

(四) 油壓系統與控制系統規劃

1,600,000 2 3,200,000

50 噸致動器

1,000,000 2 2,000,000

表2.8 油壓及冷卻系統之規格與粗估價格

--含 Pressure, Return & Drain

50,000 4 200,000

表2.9 電腦控制系統之規格與粗估價格

設備名稱 規格 單價 數量 總價

MTS Flextest GT Controller

--可為獨立 8 個模組 --各別獨立控制面板 -- 6 頻道類比輸出 --16 頻道數位輸入 --MTS MPT Software --多模組電腦連線軟體

5,000,000 1 5,000,000

資料擷取系統 --電腦 x 4

--印表機 x 1 200,000 1 200,000

(五) 其他儀器設備規劃

除了進行實驗時操作設備所需之軟硬體外，實驗室配置固定式起重 機兩部，吊升荷重分別為40 噸含 10 噸，以及 20 噸起重機各乙部，用於 試體吊裝與搬運之用，此兩部固定式起重機之設置經開會決議後併入土 建工程發包，因此經費在此不考慮編列。此外，尚須配置 2.5 噸電動式 堆高機乙部，以及技術人員操作之垂直升降機乙部，用來搬運小型夾具 以及方便工作人員進行高空作業之用。至於相關實驗所需之量測儀器與 量測系統等，可考慮實驗室需求以逐年擴充為原則，在實驗室正式運作 之前，先編列部分預算以利執行採購作業。所規劃之規格如表2.10 所示。

表2.10 其他儀器設備之規格與粗估價格

設備名稱 規格 單價 數量 總價

堆高機 --容量 2.5 ton 1,500,000 1 1,500,000

垂直升降機 待 定 1,000,000 1 1,000,000

量測儀器

--資料擷取系統 Data Logger 乙部 --接線箱 Switch Box (100 channels) 兩部 --位移計 (±10mm ~ ±100mm ) x 25 --角度計 (±3°, ±5°及±10° ) x 25 --應變計

3,000,000 1 3,000,000

第三章 實驗室空間需求規劃

圖3.1 大型力學實驗室地下一樓空間配置圖

圖3.2 大型力學實驗室一樓空間配置圖

3.2 油管管路配置

的 目 的 。目 前 規劃 在 實 驗室 運 作初 期 動 力泵 室 所供 給 之 流量 約在

第四章 結論與建議

建築師及結構技師等保持密切聯繫，確保每一階段之作業均能適時 且適當。

參 考 文 獻

1. 內政部建築研究所研究計畫成果報告，建築材料實驗群實驗設備規 劃研究，民國九十年十二月。

2. 內政部建築研究所、營建署，建築技術規則，民國八十九年元月。

3. 內政部建築研究所，內政部建築研究所建築實驗設施設置計畫，民 國八十七年二月。

4. 財團法人台灣營建研究中心，營建研究機構檢驗測試設施規劃研 究，民國七十八年六月。

附錄 學者專家諮詢座談會議記錄

九十二年度建築組件實驗室實驗設施建置規劃研究

製造與設計，須綜合結構計算與機械設計，亦會牽動造價。

陳正誠 教授：

1.實驗室重點在 3000 噸材料試驗機，未來實驗室所配置之反力牆，建議 不須太長太大。

2.反力牆之形狀若為 L 型，其高度可以考慮在長向配置較高，短向配置 較矮。

3.短期內若無法順利將台科大之振動台納入建研所實驗室，不妨先預留 其所須空間，其造成之空洞暫時以板覆蓋。

4.若材料試驗機具有拉、壓力功能，其夾製具將會很大，且油壓缸須為 Double end。

5.當有需要時；L 型反力牆可以提供材料試驗機一些側向支撐。

6.强力地板之配置，希望由柱線 1 至柱線 5，在柱線 5 至柱線 6 之間，須 預留一開孔以供物品吊掛到地下室。

許協隆 教授：

1.實驗室通道反力牆與萬能試驗機應該分開，若共用一出入口，因為試 體吊高有危險性，容易發生危險，且可能會撞擊到萬能試驗機。

黃世建 教授：

1.反力牆的高度，可否考慮增高一層至 12m。

2.3000 噸材料試驗機之走向要留。

3.實驗室中有關控制室與討論室等僅有一個樓層高，是否考慮往上擴充 樓地板面積，以利將來實驗室運作時參觀之動線以及觀察試驗行為。

陳誠直 教授：

1.3000 噸材料試驗機之揚程頗高，其控制室的視野必須足以觀測完整的

試作業時引發與主建築產生共振現象。

結論：

1.初步規劃反力牆採 L 型，其預備與試驗結構物接合孔位均為 50cm，直 徑 5cm。

2.材料試驗機初步規劃之 Spacing 3×2m，壓力 3000 噸拉力 500 噸側向推 力 300 噸，整體高度必須低於 18m。

3.油壓伺服致動器初步規劃配置 100 噸 Stroke1000mm 四組及 50 噸 Stroke500mm 二組。

4.初步規劃油壓供應系統須具備 30GPM 馬達×2。

5.初步規劃採用 HSM x 2

6.初步規劃採用天車兩部，一部桁架上備 40ton 與 5ton 兩部吊車，另外 一部則備 20ton 吊車一部。

九十二年度建築組件實驗室實驗設施建置規劃研究 會議紀錄

時間：民國92 年 5 月 27 日 12:30~15:30 地點：國家地震工程研究中心四樓會議室

5/27 開會討論結果如下:

1. 國科曹副總已接洽國內南部一家鋼鐵廠(台灣機械，現名中鋼機械)，

對方目前有意願製造3000ton 萬能試驗機，總價約 4000 萬台幣(含 MTS 控制器及控制軟體)，副總希望在這兩個禮拜內，約中鋼機械廠商代表和 本研究團隊一起討論3000ton 萬能試驗機之設計需求並評估其可行性。

2. 若此方案經討論後可行，將著手進行設計製造並開始討論日後 3000ton

2. 若此方案經討論後可行，將著手進行設計製造並開始討論日後 3000ton