FRP 橋面版試驗結果

30%衝擊力所產生之撓度，以小於跨徑的 1/300 為 宜，但附有人行道者以不超過 1/375 為宜。

由於此試驗因只考慮單邊之輪荷重，即試體乃以原大小的 1/4 來 作為試驗，因此長度與寬度均符合設計限制的要求。而最小版深厚 度，其 3 次試驗的有效跨徑均為 1.4 m，又 s＝1.4m，(1.4+3) / 300＝

0.156 m，因此以 0.17 m 為依據：第一次﹝GFRP 積層厚度＝4 ㎜﹞的 最小版深厚度為 0.188 m 大於 0.17 m，第二次與第三次（含 CFRP 版 厚度 8.4 ㎜）上下層總厚度均為 12 ㎜，版深厚度均為 0.204 m，亦大 於 0.17 m，故三次的最小版深厚度均符合設計限制的要求。

根據以上的條件限制，以下是三次試驗結果對『載重－位移』做 一簡單的評估：

（一） 第一次試驗結果評估

第一次試驗 GFRP 積層厚度＝0.4 ㎝：由第一次試驗結果的載重

─位移圖﹝圖 4-3﹞觀察之，很明顯地，當荷重施加到約 7 頓時，試體受載的能力有趨近於極限的狀態，無法再提 升乘載能力，似乎開始無法將受力傳遞至其他構件來平均 承受，此時在現場試驗時有聽到類似爆裂聲，發現已有脫 層現象產生，這時已進入非線性破壞階段，且在 7000 ㎏ 時的撓度已經約 13 ㎜ > 4.67 ㎜﹝S/300，S=1400 ㎜﹞，

位移明顯過大，不符合設計限制之撓度限制要求，這表示 過於不保守估計上下 GFRP 積層的厚度，導致上下層的 GFRP 積層厚度太薄，致使強度不足，剛度也不足，在線 彈性範圍內只能承受約 7 頓，無法將荷重有效地傳遞至各 構件上以承受更大的載重，且此時的撓度已過大；又該次 試驗由於擺設鋼板的方向為長向與車行方向平行，與實際

情況不符，加上鋼板太薄導致有翹曲現像發生（圖 4-1.1 與 4-1.2），造成鋼板接觸面積處與附近有應力集中破壞的 現象（圖 4-2），所以本次試驗可算是不成功！

圖 4-1.1 第一次試驗施壓情況

圖 4-1.2 鋼板產生翹曲

圖 4-2 應力集中導致中間 FRP 管構件嚴重破壞

圖 4-3 第一次試驗之載重─位移圖

（二）第二次試驗結果評估

第二次試驗 GFRP 積層厚度＝1.2 ㎝：經過第一次失敗的例子，

將矛頭指向 GFRP 上下積層太薄，導致強度不足，受載後 無法將力量有效的傳遞至其他構件。因此本次將 GFRP 積 層積至 12 ㎜後，比較此次（圖 4-4）與第一次試驗結果之 載重─位移圖，在位移＝13 ㎜時，此時受載的能力已達 約 48 噸，加上在 9490 ㎏（7300×1.3，30﹪為衝擊荷重）

時的撓度為 3.421 ㎜＜4.67 ㎜﹝S/300，S=1400 ㎜﹞，又 3.421 ㎜＜3.73 ㎜（S/375，S＝1400 ㎜），也符合撓度限制 的要求；當撓度到達 4.67 ㎜時，承載能力達 14.2 噸，受 載能力比第一次高出許多，可看出強度明顯有增強，載重 力量似乎已有效的分散傳遞至各管件來平均承載，這也是 我們預期所希望的效果。最後繼續施加載重到似乎有破壞

現象，即停止施壓，發現載重能力可達近 60 噸！表示增 加上下版厚度確實能提升承載能力。

圖 4-4 第二次試驗之載重─位移圖

（三）第三次試驗結果評估

第三次試驗 GFRP 積層厚度＝1.2 ㎝ （內含 6 片 CFRP 版×0.14

㎝，共 0.84 ㎝）：此次試驗由於希望藉提升剛度來觀察其 承載能力與位移情形，因此該試驗在上下 GFRP 積層裡各 加入了 6 片 CFRP 版，來觀察其能否改善剛度不足的效 果。而此試驗在施壓 FRP 橋面版試體時，先是觀察在 9490

㎏（7300×1.3，30﹪為衝擊荷重）時的撓度，再觀察撓度 到達 4.67mm（1400 ㎜/300 ㎜）時的載重，最後本想施加 載重到有破壞現象發生即停止試驗，卻發現一直未有破壞 現象發生，於是試驗停止於約撓度為 11 ㎜左右。結果顯 示（圖 4-5）在 9490 ㎏時撓度＝1.63771 ㎜小於 4.67 ㎜

﹝S/300，S=1400 ㎜﹞，亦小於 3.73 ㎜（S/375，S＝1400

㎜）；而當撓度到達 4.67 ㎜時，此時載重到達近 38.5 噸，

最後試驗停止時，受載能力已達約近 75 噸。與第一次、

第二次比較後，顯示在 GFRP 上下各版內加積壓 CFRP 版 後，除了強度又更進一步的提升外，載重力量也可更有效 的分散至各構件來分擔，剛度也有顯著的增加效果，這是 我們預期達到的目標，也改善了剛度不足的問題。

圖 4-5 第三次試驗之載重─位移圖

將三組圖形合在一起後（圖 4-6），更可比較出上下層厚度，及 增加 CFRP 版對承載能力的改善效果。由撓度 4.67 ㎜為準，第一次 試驗在此時的承載力為 2.22 噸，增加上下層厚度後承載力增加為 14.2 噸，加入 CFRP 版後更是可達 38.5 噸，且線彈性範圍也比較廣，再 根據能量守恆法則，外力所做的功等於此彈性體的內部應變能，因此 第三次試驗結果之應變能較大，亦即抵抗外力的能力也較強，故未來 在做類似此試驗時，若想提升承載能力，除了增加上下層厚度外，加 入 CFPR 版的方法更是能有提升的效果。

圖 4-6 三次試驗之載重-位移圖之比較

而再由 7 組應變規所測得的三次試驗各別的應變量（圖 4-7、圖 4-8、圖 4-9）觀察後，雖然無扭轉現象發生，但是比較後可看出，由 第一次與第二次試驗所得到的位移-應變圖觀察到，第二次增加上下 層 GFRP 厚度後，相對應變與位移明顯比第一次小很多；而在上下層 裡增加 CFPR 版後，相對應變與位移更是比前兩次小很多，不僅上述 提到有提高強度的效果，對於 FRP 材料在剛度方面比 RC 或鋼構橋面 版較為不足的情形，亦能有所改善。

圖 4-7 位移-應變圖－試驗一

2.22

圖 4-8 位移-應變圖－試驗二

圖 4-9 位移-應變圖－試驗三

最後再以三次試驗以 LVDT 量測到的位移與實際位移量來比較 討論（圖 4-10）（圖 4-11）（圖 4-12），第一次因為強度不足導致位移 過大，使得實際位移值與 LVDT 量測值無法滿足趨近理論值的線性變 化；而第二次與第三次試驗所得到的結果，位移值與 LVDT 值的相對 關係就很趨近理論值的線性變化。

由以上的結果得知，上下 FRP 層厚度對整體橋面版的承載力確 實有影響，這與試驗初步假設的理論一樣，並且對於剛度的不足在經 過第三次試驗後，以加入 CFRP 版來測試是否有所提升，結果也得到

了驗證。但是碳纖維版成本較高，在考慮經濟成本效益下，不可能上 下層完全用 CFRP 材質，甚至整體均採 CFRP 材質，因此只能以添加 一些 CFRP 版來強化整體橋面版的強度，故製造成本較低但是又能促 使強度與剛度增加的 FRP 材質，是往後推廣此類 FRP 橋面版的新工 法必須克服的難題。

圖 4-10 實際位移值-LVDT 值關係圖－試驗一

圖 4-11 實際位移值-LVDT 值關係圖－試驗二

圖 4-12 實際位移值-LVDT 值關係圖－試驗三

4 .2 ANSYS 模擬 FRP 橋面版試驗結果與試驗結果之比較