試驗設計介紹

本試驗之目的為了解管線系統之強度與失效之性能點，因此以破壞反覆載重

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試驗來測試，於破壞反覆載重試驗中，以一組壓力容量為 1000 kN 之油壓致動器施 力於質量塊(MOV)，直至管線系統失效。試驗進行中，必須對試體注水，維持滿 水狀態並穩定水壓，並於試驗過程中觀察試體之水壓狀態，至壓能力喪失或試體 異常變形，判定為失效為止。

試驗裝置包含施力設備、施力夾具、水壓控制系統、感測計(角度計、荷重計、

應變計、影像量測系統)以及資料擷取系統，其配置將於以下小節詳細介紹。試驗 過程中，以油壓致動器內建之荷重計與位移計，分別量測總施力(P)及施力處之位 移量(D)。試體邊界處均設置荷重計(Load cell)，以監測受力情形並以各感測器接測 試驗過程中試體之變形行為。以上所有量測數據均統一由資料擷取系統進行全程 之資料擷錄。以下各別介紹循環載重試驗各裝置之說明：

5.4.1 施力設備

試驗之施力設備採用 MTS 公司之 243.7 油壓致動器，壓力容量為±1000 kN，

位移容量為±500 mm。根據初步數值分析結果進行施力位置、施力角度及力量大小 之配置，其配置方式為方式為油壓致動器與牆面夾角 22 度施力於管線之質量塊。

由於油壓致動器與反力牆面之夾角並非垂直，因此油壓致動器與反力牆之間須以 適當之轉接板連接，以配合所需施力角度，轉接板配置情況如圖 5.8 所示，油壓 致動器以四支螺桿與轉接板連接，轉接板以預力螺桿固鎖於反力牆面；與質量塊 (MOV)連接之夾具為國家地震中心固定尺寸之 280-C 板作為轉接板，C 板主要為 H 型鋼，以四支 M30 螺桿固鎖於 1000 kN 之油壓致動器且以四支 M30 螺桿加預力固 定於試體之質量塊，配置如圖 5.9 所示；施力設備之整體配置圖如圖 5.10 所示。

5.4.2 水壓控制設備

本試驗必須藉由水壓控制系統維持試體之滿水狀態，並進行水壓控制，使之 維持於試驗水壓，並於試驗過程中記錄水壓變化情況。試驗過程中，若因接頭螺 栓鬆脫、損壞或管體變形導致試體漏水而無法維持試驗水壓時，即視為已喪失其

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功能性並中止試驗。

由於核電廠 RHR-C 串管線於平常狀況下，管線內為滿水狀態，只有靜水壓，

即不同高層承載不同的水壓，較難預測試驗管線段水壓為何。故本研究保守採用 7 kgf/cm²作為試驗水壓，容許變化範圍取為±0.5 kgf/cm²測試試體漏水狀態。試驗 過程中，試體之持壓能力無法維持於此範圍時，視為失效。

由於試體為有限容積之密閉容器，對試體進行加載時，即使是試體保持完好，

仍可能導致其容積發生變化，進而水壓產生變化。因此，水壓控制系統須具備自 動增壓或洩壓之機制。本研究採用國家地震工程研究中心水壓控制系統，如圖 5.11 所示，可提供試驗壓力之上限值為 10 kgf/cm²。

該系統以壓力感測計，如圖 5.12 所示，可即時偵測水壓值，當水壓不足時，

壓力感測器會啟動加壓馬達進行補壓，以補足水壓力至試驗壓力後，壓力感應器 即停止馬達運轉；反之，當水壓過大時，壓力感應器會啟動電磁閥，如圖 5.13 所 示，進行洩壓動作，至到達試驗壓力為止。試驗過程中，試體容積變化(水壓變化) 為一連續之過程，為避免在此過程中發生加壓馬達(或電磁閥)頻繁啟動，本水壓控 制系統設定一容許值(±0.5 kgf/cm²)，當水壓變動超出容許值時，加壓馬達(或電磁 閥)才會進行動作。

5.4.3 試體規格說明

本試驗試體標稱管徑包含 D300 SCH40、D250 SCH40 及 D250 SCH80 之 A333 低溫無縫鋼管，外徑分別為 323.85 mm 與 273.05 mm，管壁厚度分別為 10.31 mm、9.27 mm 與 15.06 mm。管體包含兩處彎轉段，其一為垂直管線段過渡至水平

管線段之 90 度彎管轉接頭，另一彎轉段為兩組水平管線段之間的 100 度彎轉，兩 彎轉段將試體分為垂直管線段及兩個水平管線段三個部分，如圖 5.14 所示。

垂直管線段總長為 2745 mm，包含法蘭接頭與頸縮接頭，接頭下緣分別位於

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750 mm 及 2106 mm 高程處，法蘭接頭構造兩端均與 D300 SCH40 管材對銲連結，

中間夾至法蘭墊片與流量計，並採用 ASME A193 GR B7 之螺桿與兩顆 A194 GR7 螺帽對鎖固定，數量為 16 組。頸縮接頭構造兩端為銲接形式分別與 D250 SCH40 及 D300 SCH40 管材連結，材料為 A420 WPL6，各部實體如圖 5.15 所示。

與垂直管線段相連之水平管線段總長為 2100 mm，於距垂直管 574 mm 處以彈 簧支撐架懸吊，彈簧支撐架以鉸接方式懸吊於水平管段上方 1230 mm 處之鋼構支 撐架上，提供 533.3 N/mm 之垂直勁度值，支撐架之外觀與配置如圖 5.16 所示。

第二段水平管線段總長為2645 mm，於距上述水平管445 mm及2347.5 mm處配 有進水孔與排水孔裝置，於845 mm處銲接一組長度為787 mm之三通管模擬電廠內 閥門，三通管之標稱管徑包含D250 SCH40及D250 SCH80，三通管垂直段位於三通 管水平段中央，高度為400 mm，並與代表電動馬達之質量塊連接，如圖 5.17，此 質量塊之重量與實際電動馬達閥門相同且以勁度值較高之金屬材質鑄成，實驗中 視為一剛體，質量塊與三通管之間的止水法蘭以12支螺桿連接，如圖 5.18所示，

本試驗其中一組油壓致動器施力於質量塊，為避免三通管因應力集中而降伏，三 通管中銲接H型鋼與剪力釘並灌入高強度混凝土加勁，如圖 5.6所示。水平管線段 之整體樣貌如圖 5.19所示。