試驗設備

本所建築材料實驗群大型力學實驗室中，由美國 MTS 公司所製造之 3000 噸萬 能材料試驗機於 96 年底建置完成，將成為國內可供進行大尺寸組件實驗之最大容 量材料試驗機，該試驗機可提供最大抗壓能量為 3000 噸、最大抗拉能量為 1500 噸。

由於國內現有之萬能材料試驗機，其測試容量大多無法滿足大尺寸或高強度材 料的組件試驗需求，實在是國內建築土木力學實驗的一大憾事，有鑑於此，本所於 台北市景美之建築組件實驗室設置大容量之萬能材料試驗機，可供進行實尺寸組件 實驗，其壓力荷重為 30MN，拉力荷重為 15MN，目的在於提供國內研究單位與業 界得以進行大型結構組件之試驗或檢測所用。

3000 噸萬能材料試驗機係為國內首見，本研究以該試驗機針對國內 RC 柱繫筋 配置實際的工程問題，進行大尺寸試體軸壓試驗及研究，期使試驗機能發揮其功 效。以下將就本試驗機的規格、附屬設施及容量，做詳盡的介紹。

(1) 試驗機規格

第三章 實驗試體之規劃設計及設備介紹

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本試驗機總高度為 20.271 m，可進行拉力試驗、壓力試驗與彎曲試驗，利用二 支油壓桿將橫軛上下移動，並採用四支鍍鉻圓柱導桿以輔助橫軛之升降，每支鍍鉻 圓柱導桿之直徑為 42.5 cm，當橫軛移動至適當實驗位置時可利用油壓系統將橫軛 加以鎖固於四支鍍鉻圓柱導桿，再利用橫軛上之油壓制動器，加壓力或拉力於試體 上，故本試驗機可直接對試體施以壓力與拉力之重覆載重，如圖 3-7 及圖 3-8 所示，

本系統之橫軛固定方式與日本大學、日本獨立行政法人土木研究所(PWRI)以及美國 加州柏克萊大學(University of California at Berkeley)所採用螺牙鋼棒之升降與固定 方式不同。

圖 3-7 本所 3000 噸萬能材料試驗機

(資料來源：本研究)

繫筋細部對大尺寸鋼筋混凝土短柱行為影響之先期規劃研究

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圖 3-8 本所 3000 噸萬能材料試驗機設計圖 (資料來源：本研究)

本試驗機橫軛油壓制動器之總衝程為 1000 mm，以油壓制動器於 500 mm 的衝 程計算時，該油壓制動器之接合板與底座之淨間距為 15 m，故可提供長度 15 m 以 下試體之實驗，但是由於四支鍍鉻圓柱導桿於底部設有防撞保護裝置，故此時油壓 制動器之接合板與底座之最小淨間距為 2.463 m，故最小可供實驗之試體為 2.463 m，若考量油壓制動器仍有 500 mm 之衝程時，最大與最小之試體可再各增減 500 mm，如圖 3-9 及圖 3-10 所示。

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圖 3-9 橫軛降至最低位置 (資料來源：本研究)

圖 3-10 試驗機各間距尺寸圖

(資料來源：本研究)

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為解決短試體時實驗之限制問題，並彌補垂直向加載淨空間之不足，本所另行 設置一輛輪軌式運載台車設備，高度為 90 cm，其承壓能力大於 3000 噸，可提供試 體迅速與穩定之運載，增進相關之試驗效率，提高結構組件試驗與檢測之品質，該 台車之載重包含最大試體載重 20 噸與鞍座機構自重 25 噸，並規劃有增設鞍座機 構，作為日後壓力實驗試體為小於 110 cm 以下之較短試體時，彌補垂直向加載淨 空間不足之機構之結合機制。

試驗機橫軛油壓制動器上設有一組球座軸承之抗壓接合板，重量約為 6575 kg，該圓形接合板之直徑為 1.5m，於接合接圓周上等距離設置 12 個直徑 75 mm 的 螺栓孔提供試體接合使用，同時該球座軸承之抗壓接合板可提供正負 2.5 度之微 調，如圖 3-11 所示。

圖 3-11 球座軸承之抗壓接合板圖 (資料來源：本研究)

試驗機底座之淨空間為 3 m × 1.2 m，底座上共設置 64 個直徑 60 mm 之螺栓

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孔，孔距為 300 mm，該底座上並附有一個厚 10.2 cm 且直徑為 1.7 m 之圓形抗壓接 合板，如圖 3-12 所示。

圖 3-12 基座與螺栓孔圖 (資料來源：本研究)

本試驗機之橫軛上兩側設置有兩組吊籠，每組吊籠之荷重為 500 kg，可藉由吊 索吊至適當高程，讓工作人員站於吊籠內，可供人員架設量測儀器以及輔助試體之 架設工作，如圖 3-13 所示。

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圖 3-13 吊籠細部圖 (資料來源：本研究)

(2) 試驗機之附屬設施

萬能材料試驗機於進行實驗時，從試體之製作、搬運、設置、固定、試驗、撤 離，以及試體上各種量測儀器與輔助工具之裝設，皆要靠其他的設施與設備協助，

而較大型的附屬設備，如固定式起重機(天車)及吊籠，以下將針對相關附屬設施加 以介紹。

(A) 固定式起重機

固定式起重機又名為天車，於進行實驗時將試體或相關設備吊升並將其作水平 搬運，本所於實驗室中設置有二部固定式起重機，該固定式起重機之吊升荷重分別 為 40/10 噸與 20 噸，其中 40/10 噸之主吊機額定荷重為 40 噸，副吊機額定荷重為 10 噸，跨距為 18.16 m，主機揚程為 23.5 m；另一部 20 噸之額定荷重為 20 公噸，

跨距為 18.16 m，主機揚程為 25 m，詳如圖 3-14 及圖 3-15 所示。

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圖 3-14 40/10 噸之固定式起重機 (資料來源：本研究)

圖 3-15 20 噸之固定式起重機

(資料來源：本研究)

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(B) 吊籠

本所於 3000 噸萬能材料試驗機兩側設置有二組吊籠，專供載運人員上下移 動、安裝試件及觀察試驗使用，該吊籠之積載荷重為 500 kg，尺寸大小為寬度 280 公分、深度 95 公分、高度 145 公分，詳如圖 3-16 所示。

圖 3-16 吊籠圖 (資料來源：本研究)

(3) 試驗機之容量

本試驗機之總重量約 273 噸，最大壓力荷重為 30 MN，最大拉力荷重為 15 MN，如果加上輪軌式運載台車設備所彌補之垂直向加載淨空間，則可以提供 15 m 以下試體之壓力試驗與拉力試驗，試驗時可直接對試體施以壓力與拉力之重覆載 重，由於底座水平淨間距為 3 m × 1.2 m，故進行彎矩試驗時，當試體跨距不超過 底座時，最大可加載之力量等於油壓制動器所提供最大容量，當試體跨距超過底座 時，最大可加載之壓力等於本試驗機之總重量約 273 噸，詳細之規格如表 3-2 所示。

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表 3-2 試驗機規格

項目 規格

試驗機總高 20.271 m

最大壓力能量 30 MN

最大拉力能量 15 MN

最大試體長度 15 M

垂直柱間距 3 m × 1.2 m

油壓最大衝程 1000 mm

(資料來源：本研究)

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