第二章 梁柱接頭火害實驗規劃
第三節 梁柱接頭試體製作
3.1 普通彎矩接頭試體製作
圓弧切削試體 D 屬於普通彎矩接頭，其箱型柱製作、鋼梁加 工與梁柱接頭製作皆委由中國鋼鐵結構公司高雄廠製作，試體均 通過UT 檢驗並經中國鋼鐵結構公司品管合格。試體製作程序分別 分為箱型柱製作、鋼梁製作與梁柱接合製作，細節如下列所述。
箱型柱製作:
(1) 鋼板放樣及切割。
(2) 組立 U 型鋼柱，如圖 2-6(a)所示。
(3) U 型鋼柱內部隔板電銲。
(4) 氬銲內部熱電耦線，如圖 2-6(a)所示。
(5) 鋼柱蓋板組立。
(6) 銲道打底。
(7) 潛弧銲，銲接鋼板角偶處，如圖 2-6(b)所示。
(8) UT 檢驗。
(9) 電熱氣體電弧銲(EGW)位置鑽孔。
(10) 電熱氣體電弧銲(EGW)，銲接箱型柱內隔板，如圖 2-6(c) 所示。
(11) 端銑箱型柱上下端，如圖 2-6(d)所示。
(12) 透氣孔開孔，如圖 2-6(e)所示。
(13) 組立上下端板，如圖 2-6(g)所示。
耐震補強式接頭火害行為研究
(14) 組立加勁板，如圖 2-6(h)所示。
梁製作:
(1) 型鋼鋼梁裁切。
(2) 梁腹板鑽孔及上下翼板開槽，如圖 2-7(a)所示。
(3) 梁加勁板組立，如圖 2-7(b)所示。
梁柱接合製作:
(1) 於鋼柱上放樣，組立剪力連接片，如圖 2-6(f)所示。
(2) 吊放鋼梁於柱上定位。
(3) 定位後，鎖斷高拉力螺栓，如圖 2-7(c)、(d)所示。
(4) 銲接背墊板，如圖 2-7(e)所示。
(5) 上下翼板開槽銲，如圖 2-7(f)、(g)所示。
3.2 托梁式彎矩接頭試體製作
試驗之試體 A、B、C 均屬於托梁式彎矩接頭，其箱型柱製作、
鋼梁加工與梁柱接頭製作皆委由中國鋼鐵結構公司(CSSC)高雄廠 製作，試體均通過UT 檢驗並經中國鋼鐵結構公司品管合格。試體 製作程序分別分為箱型柱製作、鋼梁製作與梁柱接合製作，細節 如下列所述。
箱型柱製作:
(1) 鋼板放樣及切割。
(2) 組立 U 型，如圖 2-6(a)所示。
(3) U 型內部隔板電銲。
(4) 氬銲內部熱電耦線，如圖 2-6(a)所示。
(5) 蓋板組立。
(6) 銲道打底。
(7) 潛弧銲，銲接鋼板角偶處，如圖 2-6(b)所示。
(8) UT 檢驗。
(9) 電熱氣體電弧銲銲(EGW)位置鑽孔。
(10) 電熱氣體電弧銲(EGW)，銲接箱型柱內隔板，如圖 2-6(c) 所示。
(11) 端銑箱型柱上下端，如圖 2-6(d)所示。
(12) 透氣孔開孔，如圖 2-6(e)所示。
(13) 組立上下端板，如圖 2-6(g)所示。
(14) 組立加勁板，如圖 2-6(h)所示。
鋼梁製作:
托梁式接頭試體製作部份，分為普通鋼托梁與耐火鋼托梁兩 部份。其中普通鋼托梁的製作過程同普通彎矩接頭試體梁製作。
而耐火鋼部份，因國內尚未生產耐火鋼材質之 H 型鋼，故採鋼板 以銲接方式組立H 型鋼梁組成所需托梁。
製作過程為：
(1) 鋼板裁切。
(2) 組立 H 型梁。
(3) 鋼梁鑽孔與開槽，如圖 2-8(a)與圖 2-9(a)所示。
梁柱接合製作: 如圖 2-8、圖 2-9 所示。
(1) 托梁定位。
(2) 上下翼板及腹板全滲透銲。
(3) 續接鋼梁吊放定位。
(4) 螺栓鎖斷。
(5) 背墊板點銲。
(6) 托梁與續接鋼梁上下翼板全滲透銲。
所有試體尺寸圖與細部圖如圖2-10~圖 2-18 所示。
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3.3 試體量測計劃 3.3.1 量測點位說明
在本試驗中，為量測梁柱接頭在加載下所產生之變形，架設 多種感測儀器以量測試體之變形。受限於在高溫環境下，感測儀 器無法直接碰觸試體，因此採用耐熱陶瓷管直接碰觸試體，再架 設感測儀器於陶瓷管後方，使感測儀器能量測得陶瓷管之移動，
以此間接方式量測試體之變形。
高溫試驗，架設多組位移計以量測試體梁、柱之變形；並另 外設置位移計量測上下柱端板之變形；溫度量測則佈設 83 個點 位。高溫試驗量測點位如表2-10 所示。本文中使用 δ 表示變形量，
各測點編號及所求位移量如下列小節所述。
3.3.1.1 溫度點位
試驗中的溫度量測點位佈置乃依據 CNS12514 規定外並另外 按照試驗需求增加量測溫度點位，梁點位佈設38 個，柱點位佈設 45 個，總共設置 83 個溫度點位，詳細點位如表 2-11、圖 2-19 所 示。
3.3.1.2 梁端點位
梁的量測點位分為 4 個，分別量測加載點變位、梁中段變位、
柱中間處變形，如圖2-20 所示。梁端測位點編號為 DB1－DB4，
位移量編號
δ
DB1、δDB2、δDB3、δDB4。 3.3.1.3 柱端點位柱的量測點位分為 4 個，分別量測柱上部變位、梁柱接頭區變 位及柱下部變位，柱端測位點編號為 DC1－DC4，位移量編號為
δ
DC1、δDC2、δDC3和δ
DC4。並另外使用 4 組位移計量測上下柱端板 之變形量，端板測點編號為DE1－DE4。位移量編號為 δDE1、δ
DE2、δ
DE3和δ
DE4，如圖2-20 所示。3.4 試驗設備儀器介紹 3.4.1 加載設備與反力鋼架
本試驗之加載設備主要包含2000 噸油壓千斤頂 1 具、100 噸 油壓千斤頂1 具、油壓設備、反力鋼架與萬用球座。
3.4.1.1 2000 噸油壓千斤頂
2000 公噸千斤頂係使用於進行柱加載，該裝置設於高溫試驗 爐下方，透過油壓設備供應油的進出以控制千斤頂之衝程。試體 柱所受荷載值則經由裝設於反力鋼架上方荷重元(Load Cell)讀取 加載值，如圖2-21 所示。
3.4.1.2 100 噸油壓千斤頂
100 噸油壓千斤頂則使用於梁加載，該千斤頂裝設在一加載鋼 架上方，千斤頂下方裝設加載桿，加載桿桿頭為球形。100 噸油壓 千斤頂之加載，由位於高溫試驗爐下方之油壓設備供應油的進出 以控制千斤頂之衝程，試體梁荷載值則由裝置千斤頂中的荷重元 (Load Cell)讀取。
3.4.1.3 油壓設備
本油壓設備是由數個油壓單元所組成，設置於高溫試驗爐下 前方，於本試驗中分別供應1 具 2000 噸千斤頂與 1 具 100 噸千斤 頂操作，其最大供應能量可同時提供 1 具 2000 噸千斤頂與 4 具 50 噸千斤頂進行加載。該設備可選擇於現場控制台手動操作或是經 由控制室遠端電腦操作，電腦操作則可設定加載時間、加載流程 與加載荷重值等。此油壓設備僅能進行力控制試驗。
3.4.1.4 反力鋼架
此平衡反力鋼架由Ｈ型鋼與Ⅱ型組合斷面型鋼所組成，其中 梁的部份採用Ⅱ型組合斷面型鋼，並增加縱向加勁板與橫向加勁 板；柱的部份採用大尺寸之Ｈ型鋼以承受加載時之反力荷載，另 外主要承受2000 噸千斤頂反力之主柱採雙柱加設橫梁之方式以因
耐震補強式接頭火害行為研究
應試驗之需求。該構架見圖2-22 所示。
3.4.1.5 萬用球座
此球座各設置於 2000 噸千斤頂上方與 2000 噸反力鋼架上 方。該球座可模擬鉸接與固接狀態，提供試驗所需之邊界條件。
3.4.2 大型複合實驗爐
本試驗所使用之複合高溫實驗爐，如圖2-23 所示，其加熱方 式係為燃燒瓦斯之方式，可進行CNS12514 或 ISO 834 標準升溫曲 線試驗或ASTM –E119 標準升溫曲線試驗。該爐內部全長為 8 公 尺，寬度為 4 公尺，高溫爐內部又分為柱爐與梁爐兩部份，其中 柱爐部份尺寸：高度3.63 公尺，長 4 公尺，寬 4 公尺；梁爐部份 尺寸：高度2.43 公尺，長 4 公尺，寬 4 公尺。爐體外部係由鋼架 及鋼板所組成，內部以耐火磚、耐火棉及耐火水泥，構成高溫爐 內牆面及高溫爐底部。
3.4.3 感測儀器
本 試 驗 所 使 用 之 感 測 儀 器 主 要 有 位 移 計 (potentiometer) 、 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)、熱電耦式(Thermal Couple)溫度計分別量測試體位移、溫度。
3.4.3.1 位移計(potentiometer)
試 驗 使 用 兩 種 不 同 廠 牌 位 移 計 以 量 測 試 體 位 移 。 使 用 NOVOtechnik 公司生產之 LWH 系列位移計用以量測梁與柱變 位，如圖 2-24 所示。LWH 系列位移計使用 225mm、400mm 及 900mm 三種規格共 8 組，規格如表 2-20 所示。另外使用 Midori 公司生產LP-400FX 位移計量測上下柱端板變位，如圖 2-25 所示。
LP-400FX 位移計僅使用 400mm 規格共 4 組，規格如表 2-12 所示。
位移計作用原理為利用拉桿升長或縮短造成內部電阻改變進 而產生電子訊號，並透過資料截取器讀取該訊號轉成數值。
3.4.3.2 LVDT
試驗所使用之LVDT(Linear Variable Differential Transformer)
為
G. L.Collins
公司所生產之LMT 系列線性差動變壓器，如圖 3-42所示。LVDT 由一個圓柱形之不鏽鋼管及一個具透磁性之管狀鐵 心所構成，其運作原理為圓柱形之不鏽鋼管為一變壓器，其內部 包含了一個置於一對且相同之次級線圈中間的初級線圈，此初級 線圈和次級線圈之間具有對稱的行間。這些線圈是纏繞在一個中 空之熱塑性玻璃纖維的強化型聚合物上，為了防止受濕氣影響，
外部再包上一層高透磁性的隔離物，然後密封在一個圓柱形之不 銹鋼管內。而管狀鐵心為一可在不銹鋼管中移動之元件，透過管 狀鐵心的移動造成電壓差的改變，再經由電子回路的處理，轉換 為高準位的直流電壓或電流傳遞到資料截取器上。該 LVDT 最大 量測範圍為33 公分。
3.4.3.3 熱電耦式溫度計
試 驗 所 使 用 之 熱 電 耦 式(Thermal Couple) 溫 度 計 種 類 為 K-Type 型，其耐熱溫度最高可達 1260℃，因此廣泛地使用於工業 上。其正電耦元素含量為90％Ni 與 9％Cr，負電耦元素含量為 94
％Ni 和矽、錳、鋁、鐵、鈷的合金，而本試驗分別將單一熱電耦 溫度計上的正負兩端以敲擊入方式鑲接於試體表面之上，用以量 測試體表面溫度。
3.4.4 資料截取器
試驗所使用資料截取器為 PF-M2、SCXI-1000 及 DA-100，其 中SCXI-1000 配合 NI LabView 程式可同步進行資料截取和記錄。
DA-100 則與 PF-M2 搭配進行試驗資料收集與記錄；這三組資料 截取器主要使用於位移計資料截取、LVDT 資料截取及溫度資料 截取之用。
3.4.4.1 PF-M2 微電腦型數字設定錶
耐震補強式接頭火害行為研究
可用以量測交直流電壓、電流、電阻、壓力、荷重元件、溫 度(熱電耦)等信號如圖 2-26 所示，經由實驗前先行將所量得電壓 與實際 LVDT 變位進行轉換計算，於 DA-100 中納入比例常數設 定，便可得到即時變位數據。
3.4.4.2 SCXI－1000
SCXI-1000為美商NI公司生產之高效能訊號處理和切換資料 收集器，可選用各種類比輸入、類比輸出、數位 I/O和切換模組，
以選擇符合實際應用所需。本試驗採用之SCXI系統是採單一機箱 配置，搭配LVDT、位移計與熱電耦模組以進行試驗所需之資料截 取工作。運作方式為訊號經LVDT、位移計與熱電耦模組取樣後，
再經機箱整合訊號利用傳輸線及PCI介面資料截取卡將訊號傳至 個人電腦，結合LabVIEW程式進行讀取數值及資料記錄。
本試驗中搭配 SCXI-1540 LVDT 輸入模組、SCXI-1520 通用 應變規輸入模組與 SCXI-1102 熱電耦輸入模組做為讀取 LVDT、
位移計與熱電耦之訊號，如圖2-27 所示。
3.4.4.3 DA100
DA100 為日商 Yokogawa 公司生產之多功能資訊收集器，具 有量測溫度、應變、流速等多個項目能力。該資訊收集器之運作 係藉由電壓或電流的改變關係配合不同模組讀取電壓或電流值 後，再利用GPIB 介面與個人電腦聯接後，透過軟體讀取數值。本 試驗主要用來讀取溫度與位移計之試驗值。如圖2-28 所示。
3.4.5 輔助設備 3.4.5.1 側撐鋼架
側撐鋼架是由 RH400×400×13×21 之 H 型鋼組立而成，其功能 在於提供梁側向支撐，避免產生側向扭轉破壞。如圖2-29 所示。
高溫試驗時，為避免鋼架在高溫環境下強度與勁度衰退，鋼架除
原有之防火被覆外，更在鋼架外部以防火棉包裹以提供防火保護。
3.4.5.2 萬能角鋼
萬能角鋼為一種輕型角鋼，具有簡易組立、質輕之特性，在
萬能角鋼為一種輕型角鋼，具有簡易組立、質輕之特性，在