St re ngt h r at io
圖23 柳杉集成材體積對強度性質的影響
Fig. 23 Effect of volume on strength ratio of MOR for Japanese cedar glulams.
Cv = (Vo/V)0.102
根據柳杉集成材MOR 結果，利用最小二乘法探討相對體積與強度 比之關係，結果如圖24，與三層小斷面柳杉集成材抗彎強度相較，各 種體積之集成材強度比值為(Vo/V)0.235。
y = 1.0768e
-0.0956xR
2= 0.9871
0 0.5 1 1.5 2
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
st re ngt h r at io
圖24 調整後柳杉集成材體積對強度性質的影響
Fig. 24 Adjustments of strength properties of Japanese cedar glulam according to volume effects.
圖24 中可知，根據 Cv=(Vo/V)0.235因子，試驗所得之柳杉集成材抗 彎強度值皆能符合此因子預測模式。但柳杉強度性質隨著集成材體積 增大而降低的幅度較南方松及花旗松為高，原因為利用柳杉小斷面集 成材為基準時，其本身抗彎強度因細長比較小的緣故，其抗彎強度較 高，因而相對較中斷面及大斷面集成材抗彎強度高出許多，因而增加 抗彎強度下降幅度。因此，亟需建立一標準體積之柳杉集成材強度值，
以推算其他尺寸集成材抗彎強度。
在彈性模數方面亦有相同之結果，彈性模數和抗彎強度皆隨體積增 加而降低，不同處為彈性模數實際降低幅度較推測值大，各不同等級 彈性模數與相對體積如圖25 所示。將各等級體積強度比結果平均後如 圖26 所示。
Cv = (Vo/V)0.235
L110 MOE
Relative volume
MOE ratio
L100 MOE
0 0.5 1 1.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
MOE ratio
L90 MOE
0 0.5 1 1.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
MOE ratio
L80 MOE
0 0.5 1 1.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
MOE ratio
L70 MOE
0 0.5 1 1.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
MOE ratio
圖 25 柳杉集成材體積對彈性模數的影響
Fig. 25 Effect of volume on MOE of Japanese cedar glulam beams.
Average MOE
0 0.5 1 1.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Relative volume
MOE ratio
圖26 不同斷面相對體積平均彈性模數比
Fig. 26 The average MOE ratio coused by relative volume of different Cv = (Vo/V)0.102 Cv = (Vo/V)0.102
在彈性模數的預測上，其結果不若 Yang 等(2007)利用應變片法評 估集成材層積結構中所得到的彈性模數預測結果準確，在小斷面中除 L100 抗彎彈性模數約為預估值之 96%之外，其他大約為預估彈性模數 103~109%，結果較為準確；而中斷面抗彎彈性模數大約為預估值的 80%~86%，預測精確準度不如小斷面準確。Yang 等利用應變片法評 估集成材抗彎彈性模數中，是以應變片附著於膠合後各集成元上，用 以各層集成元在膠合狀態下之應力及應變來預估集成材彈性模數，而 本研究則為各層集成元間未膠合之狀態下推估集成材膠合後彈性模 數，兩者比較後可發現，本研究利用集成元彈性模推估之集成材彈性 模數，較不能反應於5 層結構上，原因可能在進行彈性模數推算時，
並未加入體積影響因子。在相同載重下，3 層結構及 5 層結構集成材 最下層引張側相同變形量下所造成之應力，以5 層結構較大，如此便 造成集成材抗彎彈性模數下降，此為體積因子考量的重點。於推算公 式中，主要以集成元彈性模數來計算，造成應力與應變較無法反應於 推算的彈性模數中。另外的原因為集成材中天然之缺點所致。因在使 用集成元超音波應力分等時，這些天然特點無法有效的檢測出來，所 造成預測上和實測上之不同。再者，不論配置或是彎曲振動所使用之 彈性模數值皆是利用整體之木材來計算，而於抗彎試驗時，其集成材 抵抗彎曲應力並非為整體，主要為支撐點和施力點所承受，故會造成 彈性模數值不一致，此亦為重要之考量點。另外，由於體積不同，強 度性質會有增、減低現象，在計算需求強度時，需加入此因子。由上 述可知，在集成材或是木材之預測強度和使用時的實際狀況還存在著 一些差距，如何克服將是木材利用領域的一大重點。
(四)柳杉集成材做為結構用之可行性
同等級集成材與異等級集成材的試驗結果中，可發現在相同斷面尺 寸下異等級集成材實測彈性模數較同等級集成材高。由此可知，配置 集成材時，以異等級集成材配置方式較佳，不論是在強度性質或是製 材品利用率方面，都能達到較經濟的結果。
根據 CNS 對結構用集成材檢驗合格標準規定，同等級結構用集成 材可分為 2 片、3 片及 4 片以上集成之集成材，本研究中同等級集成 材則使用3 層及 5 層結構。對照 CNS 中合格標準，4 層以上結構，至 少需符合E65-F255 強度等級才得作為結構用途，即抗彎彈性模數平均 值需在6.5 GPa 以上、5%下限值必需在 5.5 GPa 以上、抗彎強度則為 25.5MPa 以上。3 層結構同等級集成材最低需符合 E65-F240 強度等 級，即抗彎彈性模數平均值需為6.5GPa 以下，5%下限值為 5.5GPa，
抗彎強度需為24.0MPa 以上。由表 4 中可知，不論為小斷面或中斷面 皆能符合CNS E65-F240 或 E65-F255 中之標準，故柳杉做為同等級結 構用集成材具有可行性。
CNS 11031 對於異等級結構用集成材檢驗合格標準，最低需符合 E65-F225 之標準，方得以用於結構用，即抗彎彈性模數平均值需在 6.5 GPa 以上、5%下限值必需在 5.5 GPa 以上、抗彎強度則為 22.5MPa 以 上。表5 中指出，對稱異等級結構用集成材的抗彎彈性模數及抗彎強 度於小斷面及中斷面皆能符合CNS 結構用標準，但在大斷面中，則至 少需在預測為L100 以上之集成材才得用於結構用，低於 L100 預測配 置之集成材，雖抗彎強度能符合規範，但在抗彎彈性模數則無法用於 結構用途。
本研究中，同等級、異等級各斷面尺寸集成材之等級配置，符合 CNS 11031 結構用集成材等級之情況如表 9 所示。
表9 柳杉集成材等級結果。
Table 9 The results of glulam levels in Japanese cedar.
集成材型
等級差異極大。同等級及異等級中斷面集成材中，等級較低的原因主 要與抗彎彈性模數有關，中斷面集成材抗彎彈性模數較預測值為低，
固未能符合預期之等級。小斷面集成材和中斷面集成材主要之差異在 於厚度的不同，在不同厚度情況下，產生相同變形量所需的載重亦不 同。在相同變形量下，中斷面集成材產生相同變形量所需的載重並非 和小斷面集成材所需載重呈線性關係，因木材並非等方性材料，而會 在相同變形量下，載重較線性關係為低的情況，但在預測彈性模數中，
並未考慮此一關係，故會成中斷面集成材彈性模數預測值較抗彎試驗 彈性模數低的情形。在大斷面集成材中，彈性模數預測值較實測值的 差異又較中斷面為高，主要的原因在於大斷面集成材厚度較中斷面集 成材低，而在寬度方面則較中斷面大出許多，兩者斷面尺寸的差異主 要在於寬度的不同，寬度的差異在撓曲彎形的抵抗上，效果較厚度所 提供的抵抗能力低。因此，在厚度差異不大的情況下，大斷面集成材 產生和中斷面集成材相同的變形量所需的載重，雖較中斷面為高，但 和斷面尺寸增加的比例相比，載重增加的比例會較低，故造成大斷面 集成材預測彈性模數與抗彎彈性模數的精確性又較中斷面集成材為 低。
四、不同檢測方式之集成材彈性模數比較
試驗中使用三種不同方式進行檢測彈性模數，分別為超音波檢測、彎 曲振動法及抗彎試驗，其中超音波應用於集成元檢測，並依集成元彈性模 數預測配置成集成材後之預測彈性模數值。三種方式所求得之彈性模數之 間有明顯的不同，但若以不同之等級來看，雖中斷面集成材及大斷面集成 材未能達到預期之 L70-L110 設計等級，卻能達到和設計等級隨等級增加 而彈性模數亦增加的趨勢，其趨勢和圖27、28、29 所示。
y = 1.05 x + 0.28 R2 = 0.62
y = 0.79 x + 0.79 R2 = 0.67
5
7 9 11 13 15 17
5 6 7 8 9 10 11 12 13
Predicted MOE