率定試驗結果

2.2.3.1 不同強度螺栓之影響

本試驗採用之高強度螺栓為美規 ASTM A325 及 ASTM A490。A325 螺栓為焠回火處理之中碳鋼，A490 螺栓則為焠回火處理之合金鋼，

其強度等級皆遠超過目前一般使用之結構用鋼。高強度螺栓之安裝作 業應分為二次鎖緊至其規定之最小預拉力，A325 螺栓之預拉力大小

針對不同直徑之 A325 及 A490 高強度螺栓進行扭力率定試驗，使 用不同直徑之螺栓，將扭力扳手(扭力範圍為 60N-m~320N-m；圖 2.6) 安裝對應尺寸之套筒(圖 2.7)後，施加扭力於不同直徑之螺栓上。本 試驗分為 A325 及 A490 兩種材質，每種皆使用 M20、M22 及 M24 等三 種不同直徑之螺栓，各施加 80N-m、95N-m、110N-m 及 125N-m 等四種 不同程度之扭力，每一試驗組合均重複七次測試。螺帽與鋼鈑間放置 一片白鐵(鍍鋅鐵)墊圈，每次測試時均將螺帽卸除後再重新栓上，以 維持每組試驗之ㄧ致性。

A325 螺栓率定試驗結果如表 2.3~表 2.5 所示，對應於 M20、M22 及 M24 螺栓之扭力平均值分別為 K²⁰=0.244、K²²=0.257 及 K²⁴=0.235，

標準差分別為σ²⁰=0.0029、σ²²=0.0009 及σ²⁴=0.0014；A490 螺栓率 定試驗結果如表 2.6~表 2.8 所示，對應於 M20、M22 及 M24 螺栓之扭 力平均值分別為 K²⁰=0.241、K²²=0.247 及 K²⁴=0.247，標準差分別為σ

20=0.0005、σ²²=0.0008、σ²⁴=0.0006。A490 螺栓除了本試驗所進行 M20、M22 及 M24 三種直徑外，另進行其他尺寸如 M10、M12 及 M16 之 扭力係數率定試驗，其試驗結果分別整理於表 2.9~表 2.11。

由扭力係數率定試驗結果得知，扭力係數與螺栓直徑無關，此與 李羿廷【13】之研究結論一致。本研究更進一步發現，扭力係數與螺 栓強度無關，A325 與 A490 高強度螺栓之扭力係數十分接近，其扭力

係數整理於表 2.12。

2.2.3.2 放置不同墊圈之影響

一般進行螺栓鎖緊作業時，在螺帽與欲鎖物件間會放置墊圈 (washer)或彈簧墊圈(spring washer)。一般市售墊圈分為白鐵(鍍鋅 鐵)墊圈(圖 2.8(a))與鋼製墊圈(圖 2.8(b))，為探討放置不同墊圈對 於扭力係數之影響，故針對放置不同之墊圈組合亦進行扭力係數率定 試驗。本系列試驗係使用本研究後續之實尺制震壁之元件測試所使用 的 A490 M22 高強度螺栓，針對白鐵墊圈與鋼製墊圈，各進行放置一 及兩片墊圈之試驗，施加 80N-m、95N-m 及 110N-m 等不同程度之扭力；

另針對縮尺元件測試所使用的 A490 M10 螺栓進行放置一片及兩片白 鐵墊圈試驗，使用不同扭力範圍之兩種小型扭力扳手(圖 2.9，扭力 範圍為 1N-m~3N-m；以及圖 2.10 扭力範圍為 10N–m~50N-m)，每一試 驗組合均重複七次測試。

M22 螺栓率定試驗結果如表 2.13~表 2.16 所示，當放置一片白鐵 墊圈、兩片白鐵墊圈、一片鋼製墊圈及兩片鋼製墊圈時螺栓之扭力平 均值分別為 K^1w=0.244、K^2w=0.205、K^1s=0.205、K^2s=0.175，標準差分 別為σ^1w=0.0053、σ^2w=0.0057、σ^1s=0.0003、σ^2s=0.0026；M10 螺栓 率定試驗結果如表 2.17 至表 2.18 所示，放置一片白鐵墊圈及兩片白

別為σ^1w=0.001、σ^2w=0.0012。

經試驗過程發現，施加較大之扭力時，鋼製墊圈較白鐵墊圈不易 受損，兩片墊圈則比一片墊圈有較佳的耐久性。同一墊圈進行多次試 驗後會有磨損(圖 2.11)，因力量傳遞不佳導致扭力係數增加。對於 受力較小之螺栓，如 M10 螺栓，因其扭力係數與使用之墊圈數量無 關，試驗數據如表 2.19 所示。為避免墊圈磨損，建議使用全新之墊 圈以發揮最佳性能。

扭力係數率定試驗結果顯示，一般而言，不同材質及不同數量之 墊圈將影響扭力係數。以 M22 螺栓為例，扭力係數由大到小依序為一 片白鐵墊圈、一片鋼製墊圈、兩片白鐵墊圈及兩片鋼製墊圈，扭力係 數 越 小 者 ， 其 力 量 傳 遞 效 果 越 好 ， 亦 越 接 近 施 工 規 範 建 議 值 (0.15~0.19)，不同墊圈之扭力係數整理於表 2.20。由於「鋼構造建 築物鋼結構施工規範」並未載明扭力係數的率定試驗方法、扭力加載 型式、螺栓型號及有無放置墊圈等資料，故無從具體比較。該施工規 範規定同一批製造批號之螺栓至少取 5 支進行測試，求其扭力係數平 均值作為施工之依據，即應以實際測試之扭力係數值為準。本系列率 定試驗所得之扭力係數將應用於本研究後續之摩擦阻尼元件測試結 果，作為扭力與正向力轉換關係之計算依據，進而求得摩擦阻尼器之 摩擦係數。