高強度螺栓摩阻接合與銲接併用行為研究
61
0
0
全文
(2)
(3) 謝誌 非常感謝張惠雲教授在研究所期間耐心的指導與督促，讓我在學術研究上獲 益良多。也非常感謝林克強博士在實驗等部分不遺餘力的指導。因為有張惠雲教 授與林克強博士，我才能完成本研究。除此之外，也非常謝謝兩位老師關心學生 生活狀況。感謝口試委員邱建國教授對論文中的不足提出指教，讓論文更加完善。 同時也感謝廖硃岑老師在撰寫論文期間的鼓勵與建議。 感謝國家地震研究中心，莊勝智、闕慎佑及李昭賢先生在論文期間幫忙與協 助。感謝畢業學長劉琨泰在研究所期間無私的教導。 感謝室友陳炯豪、蘇昱庭、魏可傑、魏名翎在在生活與課業上的幫忙，讓這 兩年順利及有趣。感謝碩士班同學，吳政賢、吳秉諭、萬上銘、施華儒、鄭証文、 鄭健得、趙彥杰在課業上的幫忙。感謝實驗室的學弟妹，程淋鈞、梁希慈、阮玉 柔、林冠宏幫忙研究遇到的問題與處理實驗室的大小事。感謝朝陽同學及學弟妹， 汪柏諺、高鴻瑜、莊耿安，陳東佑，林哲瑋、黃祖宏在我受挫時給予我鼓勵及激 勵。研究所期間有幸獲得許多師長與朋友的協助，在此一併致謝。 最後感謝我的家人這兩年來不論我遇到甚麼挫折與困難皆是以支持與鼓勵 幫助我，讓我可以順利地完成學業。. II.
(4) 目錄 謝誌……………………………………………………………………....I 表目錄………………………………………………………………...…V 圖目錄……………………………………………………………..…...VII 第一章 緒論…………………………………..........................................1 1.1 研究動機與目的………………………………….......................1 1.2 文獻回顧…………………………………...................................2 1.2.1 設計規範…………………………………........................2 1.2.2 試驗研究………………………………………………....3 1.3 論文構成……………………………………………...………...6 第二章 併用接合變形能力與強度分析……………………………....7 2.1 前言…………………………………..........................................7 2.2 高強度螺栓接合……………………………………………......8 2.3 銲接接合……………………………………………………......9 2.4 高強度螺栓與銲接併用接合…………………………………11 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接併用接合………………………11 2.4.2 高強度螺栓與縱向銲接併用接合………………………14 2.4.3 高強度螺栓與兩向銲接併用接合………………….…..17 2.5 綜合討論………………………………………………….……22 III.
(5) 第三章 併用強度安全係數分析…………………………………........24 3.1 前言…………………………………........................................24 3.2 標稱強度計算………………………………………………....24 3.2.1. 銲接接合強度…………………………………….…...24 3.2.2. 螺栓滑動強度…………………………………….…...26 3.2.3. 螺栓與銲接併用接合強度…………………………....29 3.3 安全係數分析………………………………………………...29 3.3.1 計算方法說明………………………………………......29 3.3.2 縱向與橫向銲接併用………………………………......31 3.3.3 螺栓與橫向銲接併用………………………………......34 3.3.4 螺栓與縱向銲接併用…………………………………...34 3.3.5 螺栓與兩向銲接併用…………………………………...34 3.4 綜合討論………………………………….................................34 第四章 結論與建議…………………………………............................46 4.1 研究結果………………………………….................................46 4.2 建議課題………………………………….................................47 參考文獻…………………………………..............................................48. IV.
(6) 表目錄 表 2.2.1 螺栓滑動形…………………………………………………..8 表 2.2.2 螺栓滑動度…………………………………………………..9 表 2.3.1 銲接接合變形力……………………………………………..10 表 2.3.2 銲接接合破壞度……………………………………………10 表 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接併用接合變形能(mm) ………….…11 表 2.4.2 高強度螺栓與橫向銲接併用接合強度 (kN) ……………..13 表 2.4.3 高強度螺栓與縱向銲接併用接合變形 (mm) ………………14 表 2.4.4 高強度螺栓與縱向銲接接合強度比較 (kN) ……………..17 表 2.4.5 高強度螺栓與兩向銲接併用接合變形 (mm) ……………....17 表 2.4.6 高強度螺栓與兩向銲接接合強度比較 (kN) ……………...21 表 3.2.1 超高強度螺栓 F14T 標稱預力強度表……………..…...…….26 表 3.2.2 表面處理摩擦係數…………………………………...……….27 表 3.3.1 各文獻材料強度…………………….…………………...……30 表 3.3.2 銲接接合強度…………………….……………………...……30 表 3.3.3 螺栓設計滑動強度……………………………………...……31 表 3.3.4 銲接安全係數計算表 (length unit: mm; force unit: kN)……32 表 3.3.5 銲接安全係數計算表 (length unit: mm; force unit: kN)……32 表 3.3.6 銲接安全係數計算表 (length unit: mm; force unit: kN)……33 V.
(7) 表 3.3.7 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(length unit: mm; force unit: kN)………………………………………………..……..36 表 3.3.8 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(length unit: mm; force unit: kN)………………………………………………………38 表 3.3.9 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(length unit: mm; force unit: kN)………………………………………………………40 表 3.3.10 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(length unit: mm; force unit: kN)………………………………………………………43 表 3.3.11 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(length unit: mm; force unit: kN)………………………………………………………44. VI.
(8) 圖目錄 圖 1.2.1 working group on the combined joints(1969) 試體示意圖……4 圖 1.2.2 working group on the combined joints(1970) 試體示意圖……4 圖 1.2.3 Masuda et al (2001) 試體示意圖…………………………...….5 圖 1.2.4 Sato (2000) 試體示意圖…………………………………….....5 圖 1.2.5 Manuel & Kulak (1998) 試體示意圖……………………….…6 圖 2.2.1 試體 B1F2S2-16 概要及變形量測區間 (Masuda et al 2001)...7 圖 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接接合變形比較 BiF1S0…………….12 圖 2.4.2 高強度螺栓與橫向銲接接合變形比較 BiF2S0…………….12 圖 2.4.3 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S1……………..15 圖 2.4.4 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S2……………..15 圖 2.4.5 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S3……………..16 圖 2.4.6 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF1S1……………..18 圖 2.4.7 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF2S1……………..19 圖 2.4.8 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF1S2……………..19 圖 2.4.9 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF2S2……………..20 圖 2.4.10 螺栓接合試驗受力位移圖…………………………….....…21 圖 2.5.1 變形比與強比………………………………………………....22 圖 2.5.2 螺栓貢獻量與與強比…………………………………………23 VII.
(9) 圖 3.4.1 高強度螺栓與銲接併用安全係數與螺栓貢量………..…….45. VIII.
(10) 高強度螺栓摩阻接合與銲接併用行為研究 指導教授：張惠雲 國立雄大學土木與環境工程學系 學生：隋開元 國立雄大學土木與環境工程學系. 摘要. 目前美國(AISC 2010)與台灣的設計法規不建議高強度螺栓摩阻接合與銲接 併用，但日本(AIJ 2012)設計規範並無相關限制。本研究使用前人實驗資料進行 分析探討併用接合變形能力。與日本規範建議之螺栓滑動變形 0.2mm 比較後發 現，分析的 45 組試體皆有發生滑動變形，且半數以上變形能力大於銲接接合變 形能力。螺栓與銲接併用接合強度為個別接合強度加總的 0.9 倍，對照之下兩向 銲接接合的強度略大於銲接個別強度加總的 0.9 倍。強度安全係數分析依(AISC 2010)現行規範統一進行計算螺栓與銲接個別強度，再參照日本(AIJ 2012)建議併 用強度為螺栓滑動強度加上銲接強度，再跟併用接合試驗結果進行比較。結果安 全係數最大 2.75，最小 1.23，分析 119 組平均值為 1.92。. 關鍵字：高強度螺栓,摩阻接合,銲接,併用接合,變形能力,強度安全係數. IX.
(11) A study on high-strength bolts and slip-critical connections with welds Advisor: Assoc. Prof. Heui-Yung Chang Department of Civil and Environmental Engineering, National University of Kaohsiung. Student: Kai-Yuan Suei Department of Civil and Environmental Engineering, National University of Kaohsiung. Abstract As suggested by AISC (2010), Taiwan steel design regulations do not recommend slip-critical high strength bolts to use with fillet welds. No similar restrictions are set by AIJ (2012). This paper evaluates the deformation capacity and strength of slipcritical high strength bolts in combination with fillet welds. AIJ suggests that bolts may have sliding deformations of 0.2 mm. The analyzed 45 joints were found to have deformations greater than the sliding deformation, and even greater than the fracture deformations of fillet welds. The joint strength were found to approximate to 90% of the sum of bolt sliding strength and weld fracture strength. The percentage is slightly smaller than that for transvers and longitude welds. The nominal values of bolt sliding strength and weld fracture strength were calculated using AISC formula, and were then summed up to calculation the joint strength as suggested by AIJ. The ratio of test to calculation was taken as the factor of safety (S.F.). The S.F. values of the 119 analyzed. X.
(12) joints were found to have a maximum of 2.75, a minimum of 1.23, and an average of 1.92. Keywords: High-strength bolts, Slip-critical connections, Welds. XI.
(13) 第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 工程實務上有不少情況兩種扣件併用 (Miller 2001, 2002)。例如，補強既有 鋼結構接頭時，鉚釘改以高強度螺栓取代或加上銲接。考量工程實務的需求，各 國規範對於高強度螺栓與銲接併用於剪力接合，提供接合強度計算方式與施工建 議。例如，美國鋼結構協會 (America Institute of Steel Construction, AISC) 與美國 銲接學會(America Welding Society, AWS) 曾主張，施工順序先於銲接的前提下， 高強度螺栓摩擦接合可以與銲接接合一起分擔載重(AISC 1999; AWD 2002)。 Manuel & Kulak (1998)試驗報告指出，與銲接併用下A325 高強度螺栓無法發展 出預期的剪力強度及變形，也因此上述AISC 與AWS 強度計算規定可能偏不保 守，因此美國鋼構協會(AISC2005)更改規範為不建議使用。 日本建築學會(AIJ)對於建築鋼結構所用高強度螺栓只考慮摩擦接合，與銲接 接併用時剪力強度，無論是降伏強度或極限強度，都可以用螺栓滑動強度與銲道 強度直接相加求得 (AIJ 2006)。Masuda et al (2001)日本試驗也觀察到與銲接併用 時高強度螺栓無法完全發揮預期的強度，但整體接合強度與AIJ 計算值比較後仍 有1.5 倍以上的安全係數，故結論AIJ 可以使用高強度螺栓與銲接併用 (AIJ1969, 1970; Masuda et al 2001 )。 上述試驗研究採用的試體設計與結果相近，都是由橫向銲接破壞控制接合 極限強度與變形能力，但因為分析方法之差異最後導致美日規範有很不同的發 展。本研究重新分析上述試驗結果，特別是高強度螺栓滑動變形與併用接合變 形能力，以期釐清橫向銲接是否限制高強度螺栓發展滑動強度等問題。. 1.
(14) 1.2 文獻回顧 1.2.1 設計規範 台灣鋼構造建築物鋼結構設計技術規範 (內政部，民國 99 年) 主要參考美國 鋼構協會 (AISC2005) 規定，不建議高強度螺栓與銲接接合併用。規範規定，下 列所述接合應使用高強度螺栓或銲接：. (1) 高度在 60m 以上之多層立體構架中之柱續接。 (2) 高度在 30m 至 60m，而其最小水平尺度小於其高度 40%之多層立體構架中之 柱續接。 (3) 高度在 30m 以下而其最小水平尺度小於其高度 25%之多層立體構架中之柱續 接。 (4) 在結構高度超過 36m 時，所有梁與柱之接合及梁，之接合。 (5) 承載 5 噸以上吊車之結構物：屋頂桁架之續接、桁架與柱之接合、柱之續接、 柱之斜撐、隅撐及吊車支撐。 (6) 承載機器運轉或受衝擊、反復應力之結構之接合。 (7) 註明於設計圖上之其它接合。. 上列以外情況之接合，可使用 ASTM A307 螺栓或高強度螺栓栓緊至緊貼程 度。所謂緊貼程度係用衝擊板手數次衝擊或工人用盡全力旋緊，且使接合面緊密 接觸。. 2.
(15) 目前美國現行規範(AISC 2010)原則上不建議使用高強度螺栓與銲接併用接合 強度，而高強度螺栓摩阻接和與縱向銲接共同分擔剪力時，考慮螺栓接合強度不 得大於該螺栓承壓接合強度之 50% 另一方面，日本建築學會鋼構造接合設計指針 (AIJ 2012) 規定，高強度螺栓 為摩阻型設計者可以與銲接併用接合，且併用接合強度可以根據螺栓滑動強度與 銲道破壞強度之加總來評估。. 1.2.2 試驗研究 如圖 1.2.1 與 1.2.2 ,日本 working group on the combined joints (1969, 1970) 使 用 S9T 高強度螺栓，JIS Z 3212 D5016 銲材與 SM50A 板材進行接合試驗。實驗 參數為螺栓數與銲接量。除了併用接合試驗材，同研究試驗也使用同樣的試體進 行了個別的螺栓接合試驗與銲接接合試驗，最後根據安全係數結論為日本 AIJ 高 強度螺栓與銲接併用接合規定適當。如圖 1.2.3, Masuda et al (2001) 使用 S10T 高 強度螺栓，JIS Z 3212 YGW11 銲材與 SM490A 板材進行接合試驗。上述研究都 依照 AIJ 規範建議，也就是根據螺栓滑動強度與銲道破壞強度之加總來評估併用 接合強度。 如圖 1.2.4 與 1.2.5，加拿大 Manuel & Kulak (1998)與 Sato (2000) 也做了高 強度螺栓與銲接併用的接合試驗。兩者皆使用 A325 高強度螺栓，E48018 銲材， 與 ASTM A572 Grade50 板材。Manuel & Kulak (1998) 試驗探討螺栓鎖固位置 (即受力後馬上與板碰觸，以及與板碰觸前有最大滑動距離的兩個情形) 與鎖固 程度 (即施加有預力與僅鎖緊貼合板的兩個情形)，最後因為試驗強度與計算強 度的比值不一定會大於 1，結論為不建議高強度螺栓與橫向銲接併用，而高強度 螺栓與縱向銲接併用強度應大幅折減。Sato (2000) 進一步對高強度螺栓與縱向 3.
(16) 銲接接合進行試驗，其高強度螺栓施加有預力且鎖固位置與孔位距離為隨機的狀 態，結果求得高強度螺栓與縱向銲接接併用接合的試驗強度與計算強度之比值平 均為 1.02。. 圖 1.2.1 working group on the combined joints(1969) 試體示意圖. 圖 1.2.2 working group on the combined joints(1970) 試體示意圖. 4.
(17) 圖 1.2.3 Masuda et al (2001) 試體示意圖. 圖 1.2.4 Sato (2000) 試體示意圖. 5.
(18) 圖 1.2.5 Manuel & Kulak (1998) 試體示意圖. 1.3 論文構成 本研究論文共分成四章，第一章說明本研究之背景與動機，針對高強度螺栓 與銲接接合併用進行文獻回顧。第二章針對高強度螺栓與銲接併用接合文獻的實 驗數據進行強度與變形分析，第三章依據現行規範 (AISC 2010 與 AIJ. 2014). 進行標稱強度計算與試驗值做比較，求得併用接合強度的安全係數。第四章總結 分析結果後提出結論，並對未來的研究方向提出建議。. 6.
(19) 第二章. 併用接合變形能力與強度分析. 2.1 前言 最近有研究針對高強度螺栓 S10T 與銲接併用接合進行一連串的試驗，並詳 細報告各類併用接合的變形能力 (Masuda et al 2001)。本研究首先針對上述試驗 所獲變形能力與強度作分析。之後進一步彙整相關強度資料進行交叉比對與探討。 實驗試體之一例如圖 2.2.1 所示。在試體編號 BiFfSk-n 中，B 代表高強度螺 栓，而 i 為使用螺栓個數；F 代表橫向銲接，而 j 表示銲接長度單位數，且每單 位長度為 50 mm；S 代表縱向銲接，而 k 為銲接長度單位數，且每單位長度為 50 mm ；n 代表高強度螺栓直徑。如圖所示，B1F2S2-16 試體的中間板厚 25mm， 而接合板板厚 19mm，且螺栓直徑為 16mm。在試體試驗端，中間板與接合板間 有 2 單位長 (也就是長 100 mm) 之縱向銲道與橫向銲道。. 單位(mm) 圖 2.2.1. 試體 B1F2S2-16 概要及變形量測區間 (Masuda et al 2001) 7.
(20) 2.2 高強度螺栓接合 (1) 滑動變形 日本建築學會高強度螺栓接合指針 (2003) 建議，可以 0.2 mm 當作螺栓滑 動變形。對照表 2.2.1 後可知，使用 M16 直徑較小高強度螺栓，或如 B1F0S0 接 合螺栓個數少，這些因素都會使滑動變形減少、甚至小於規範建議值 0.2 mm。 另外，無論使用 M20 或 M16 螺栓，接合使用的螺栓數由 1 個 (B1) 增加至 3 個 (B3)，對應的滑動變形都有隨之增加的趨勢。M20 螺栓比 M16 螺栓通常有更大 的滑動變形。 日本建築學會鋼構造接合部設計指針 (2014) 建議，對於除去浮鏽後表面呈 赤紅色，或經 0.5 m Rz 以上噴砂處理之鋼材，可以 0.45 作為滑動係數(μ)。如 表 2.2.1 所示，試驗所獲滑動係數(μ)之最大值為 0.79，最小值為 0.61，並超 過規範建議值 0.45。另外，M16 螺栓接合比 M20 螺栓接合有較大之滑動係數(μ)。. 表 2.2.1 螺栓滑動變形 (Masuda et al 2001) M16 螺栓 試體. M20 螺栓. 滑動變形. 滑動係數. (mm). (μ). B1F0S0. 0.09. 0.67. B1F0S0. 0.13. B2F0S0. 試體. 滑動變形. 滑動係數. (mm). (μ). B1F0S0. 0.15. 0.61. 0.71. B1F0S0. 0.07. 0.68. 0.25. 0.79. B2F0S0. 0.21. 0.67. B2F0S0. 0.16. 0.73. B2F0S0. 0.18. 0.65. B3F0S0. 0.21. 0.77. B3F0S0. 0.24. 0.65. B3F0S0. 0.17. 0.70. B3F0S0. 0.27. 0.68. 8.
(21) (2) 滑動強度 將表 2.2.2 對照表 2.2.1 後可知，例如 M16 螺栓接合 B1F0F0 兩組試驗所獲 滑動變形分別為 0.09mm 和 0.13mm，對應之滑動強度分別為 151kN 和 160kN。 也就是說，滑動強度會隨滑動變形增加而略增。另外，滑動強度略大於接合強 度之一半。. 表 2.2.2 螺栓滑動強度 (Masuda et al 2001) M16 螺栓 試體編號. M20 螺栓. 滑動強度. 接合強度. (kN). (kN). B1F0S0. 151. 269. B1F0S0. 160. B2F0S0. 試體編號. 滑動強度. 接合強度. (kN). (kN). B1F0S0. 221. 429. 293. B1F0S0. 247. 436. 355. 575. B2F0S0. 486. 831. B2F0S0. 331. 558. B2F0S0. 472. 827. B3F0S0. 518. 812. B3F0S0. 704. 1206. B3F0S0. 474. 797. B3F0S0. 739. 1221. 2.3 銲接接合 (1) 變形能力 如表 2.3.1 所示，無論是橫向銲接變形，縱向銲接或兩向銲接，銲接變形都 會隨銲接量增加而增加。縱向銲接長為 50 mm 與橫向銲接併用變形量並不會上 升，進一步比較後發現，試體 B0F2S1 變形量為 0.55mm 橫向與縱向銲接量相同 但變形都小於分別銲的變形，B0F2S0 變形量為 0.73mm B0F0S1 變形量為 0.89mm。. 9.
(22) 表 2.3.1 銲接接合變形能力 (Masuda et al 2001) 橫向銲接. 縱向銲接. 兩向銲接. 試體. 變形(1). 試體. 變形(2). 試體. 變形(3) (3)/(1). 極限狀態. B0F1S0. 0.48. B0F0S1. 0.89. B0F1S1. 0.64. 1.33. 橫向銲道破裂. B0F2S0. 0.73. B0F0S1. 0.89. B0F2S1. 0.55. 0.75. 橫向銲道破裂. B0F1S0. 0.48. B0F0S2. 0.94. B0F1S2. 0.97. 2.02. 橫向銲道破裂. B0F2S0. 0.73. B0F0S2. 0.94. B0F2S2. 5.41. 7.41. 橫向銲道破裂 (單位：mm). (2) 接合強度 如表 2.3.2 所示，無論是橫向銲接強度，縱向銲接或兩向銲接，銲接強度 都會隨銲接量增加而增加。另外，在總銲接量相同的情況下，橫向銲接長 100 mm、上下兩道之試體 B0F2S0 破壞強度達 900 kN，而縱向銲接長 50 mm、前後 上下共四道之試體 B0F0S1 破壞強度僅 480 kN。進一步比較後發現，兩向銲接 強度會小於或等於橫向銲接強度與縱向銲接強度之加總，強度比的範圍介於 0.90 與 1.00 之間，且與銲接量或縱向銲接貢獻量等無相關性。. 表 2.3.2 橫向銲接. 銲接接合破壞強度 (Masuda et al 2001). 縱向銲接. 兩向銲接. 強度比. 試體. 強度(1). 試體. 強度(2). 試體. B0F1S0. 413. B0F0S1. 480. B0F1S1. 846. 0.95. 0.54. B0F2S0. 900. B0F0S1. 480. B0F2S1. 1281. 0.93. 0.35. B0F1S0. 413. B0F0S2. 918. B0F1S2. 1337. 1.00. 0.69. B0F2S0. 900. B0F0S2. 918. B0F2S2. 1644. 0.90. 10. 強度(3) (3)/(1)+(2). 縱向貢獻 (2)/(1)+(2). 0.50 (單位：kN).
(23) 2.4 高強度螺栓與銲接併用接合 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接併用接合 (1) 變形能力 日本建築學會高強度螺栓接合指針 (2003) 建議，可以 0.2 mm 當作螺栓滑 動變形。對照表 2.4.1 後可知，高強度螺栓與橫向銲接併用接合變形能力皆大於 上述規範建議之螺栓滑動變形 (即 0.2mm)。如 2.3 節所述，銲接變形會隨銲接 量增加而增加。如 2.2 節所述，接合螺栓的個數 (i) 或直徑增加，對應的滑動 變形通常也會隨之增加。對照表 2.4.1 後發現，併用接合變形能力也會因為銲接 量，螺栓直徑大小與個數而改變。如圖 2.4.1， 1 單位長 (50mm) 橫向銲接與 高強度螺栓併用後變形能力變差，且使用直徑較小 M16 螺栓時尤其明顯。對照 圖 2.4.1 與 2.4.2 後可知，橫向銲接增加至 2 單位長 (100mm)後，與高強度螺栓 併用後變形能力改變較不明顯，且與 2 個 M20 螺栓併用後變形能力 (0.97 mm) 甚至優於橫向銲接變形能力 (0.73 mm)。. 表 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接併用接合變形能力(mm) (Masuda et al 2001) 螺栓 M16 M20 無螺栓 接合形式 1個 2個 1個 2個 F1S0. 0.48. 0.36. 0.24. 0.43. 0.44. F2S0. 0.73. 0.60. 0.69. 0.65. 0.97. 11.
(24) 橫向銲接1單位長(50mm) 1.2. 變形(mm). 1.0 0.8 0.6. i=0. 0.4. i=2. i=1. i=1 i=2. 0.2 0.0. M16F1S0. 無螺栓. M20. 圖 2.4.1 高強度螺栓與橫向銲接接合變形比較 BiF1S0 (Masuda et al 2001). 橫向銲接2單位長(100mm) 1.2 i=2. 變形(mm). 1.0 0.8. i=0 i=1. i=2. i=1. 0.6 0.4 0.2 0.0. 無螺栓. M16F2S0. M20. 圖 2.4.2 高強度螺栓與橫向銲接接合變形比較 BiF2S0 (Masuda et al 2001). 12.
(25) (2) 接合強度 如表 2.4.2，根據試驗結果將高強度螺栓滑動強度與橫向銲接破壞強度加總 (以下簡稱加總接合強度)來評估併用接合強度可能獲得不安全之結果。如表所示， 試體 B2F2S0-20 強度比僅 0.83。對照表 2.4.1 與圖 2.4.2 後可知，試體 B2F2S0-20 的變形能力為 0.97 mm，遠大於同組銲接接合變形能力 0.73 mm，而接合變形大 幅地增加會使螺栓與接合板碰觸、強度下降，故併用接合強度遠低於加總接合強 度。 另一方面，例如試體 B2F2S0-16 強度比高達 1.02。對照表 2.4.1 與圖 2.4.2 後可知，試體 B2F2S0-16 的變形能力為 0.69 mm，與同組銲接接合變形能力 0.73 mm 相當接近，也因此變形相對小而螺栓仍能維持滑動強度，故併用接合強度與 加總接合強度非常接近。. 表 2.4.2 高強度螺栓與橫向銲接併用接合強度 (kN) (Masuda et al 2001) 螺栓接合. 橫向銲接. 併用接合. 強度比. 螺栓貢獻. 試體. 強度(1). 試體. 強度(2). 試體. B1F0S0-16. 155.5. B0F1S0. 413. B1F1S0-16. 529. 0.93. 0.27. B1F0S0-16. 155.5. B0F1S0. 900. B1F2S0-16. 912. 0.86. 0.15. B2F0S0-16. 343. B0F2S0. 413. B2F1S0-16. 768. 1.02. 0.45. B2F0S0-16. 343. B0F2S0. 900. B2F2S0-16. 1119. 0.90. 0.28. B1F0S0-20. 234. B0F1S0. 413. B1F1S0-20. 672. 0.97. 0.36. B1F0S0-20. 234. B0F1S0. 900. B1F2S0-20. 1036. 0.91. 0.21. B2F0S0-20. 479. B0F2S0. 413. B2F1S0-20. 894. 1.00. 0.54. B2F0S0-20. 479. B0F2S0. 900. B2F2S0-20. 1141. 0.83. 0.35. 13. 強度(3) (3)/((1)+(2)) (1)/((1)+(2)).
(26) 2.4.2 高強度螺栓與縱向銲接併用接合 (1) 變形能力 日本建築學會高強度螺栓接合指針 (2003) 建議，可以 0.2 mm 當作螺栓滑 動變形。對照表 2.4.3 後可知，高強度螺栓與橫向銲接併用接合變形能力皆大於 上述規範建議之螺栓滑動變形 (即 0.2mm)。如前 2.4.1 節述，併用接合變形能力 會因為銲接量，螺栓直徑大小與個數而改變的趨勢。如圖 2.4.3， 1 單位長 (50 mm) 縱向銲接與高強度螺栓併用後變形能力會因為螺栓數量有所不同，也就是 使用 1 個或 2 個螺栓的併用接合之變形能力較銲接接合減少，但螺栓數增加到 3 個後併用接合變形能力即增加並超過銲接接合之變形能力。如圖 2.4.4，縱向銲 接增加至 2 單位長 (100 mm) 後，使用 1 個和 2 個 M16 螺栓之併用接合變形能 力較銲接接合減少，但其他併用接合變形能力則增加。如圖 2.4.5，縱向銲接增加 至 3 單位長 (150 mm) 後，併用接合變形能力皆增加並超過對應的銲接接合變形 能力。. 表 2.4.3 高強度螺栓與縱向銲接併用接合變形 (mm) 能力 (Masuda et al 2001) 螺栓 接合形式. 無螺栓. M16. M20. 1. 2. 3. 1. 2. 3. F0S1. 0.89. 0.53. 0.54. 1.17. 0.42. 0.49. 10.39. F0S2. 0.94. 0.69. 0.85. 4.17. 1.20. 1.58. 9.60. F0S3. 0.99. 3.37. 2.87. 4.86. 3.96. 3.86. 4.01. 14.
(27) 縱向銲接1單位長(50mm). 變形(mm). 1.0. i=3. i=3. 1.2 i=0. 0.8 i=1. 0.6. i=2. i=1. i=2. 0.4 0.2 0.0. 無螺栓. M16. F0S1. M20. 圖 2.4.3 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S1 (Masuda et al 2001). 縱向銲接2單位長(100mm) i=3. 1.2. 變形(mm). 1.0. i=0. 0.8. i=1. i=2. i=3. i=2 i=1. 0.6 0.4 0.2 0.0 無螺栓. M16. F0S2. M20. 圖 2.4.4 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S2 (Masuda et al 2001). 15.
(28) 縱向銲接3單位長(150mm) i=1. 1.2. 變形(mm). 1.0. i=2. i=3. M16. F0S3. i=1. i=2. i=3. i=0. 0.8. 0.6 0.4 0.2 0.0 無螺栓. M20. 圖 2.4.5 高強度螺栓與縱向銲接接合變形比較 BiF0S3 (Masuda et al 2001). (2) 接合強度 如表 2.4.4，根據試驗結果將高強度螺栓滑動強度與橫向銲接破壞強度加總 (以下簡稱加總接合強度)來評估併用接合強度可能獲得不安全之結果。如表所示， 試體 B3F0S3-20 強度比僅 0.73。對照表 2.4.3 與圖 2.4.5 後可知，試體 B2F2S0-20 的變形能力為 4.01 mm，遠大於同組銲接接合變形能力 0.99 mm，而接合變形大 幅地增加會使螺栓與接合板碰觸、強度下降，故併用接合強度遠低於加總接合強 度。 另一方面，例如試體 B1F0S2-20 強度比高達 1.02。對照表 2.4.3 與圖 2.4.4 後可知，試體 B1F0S2-20 的變形能力為 1.20 mm，與同組銲接接合變形能力 0.94 mm 相當接近，也因此變形相對小而螺栓仍能維持滑動強度，故併用接合強度與 加總接合強度非常接近。. 16.
(29) 表 2.4.4. 高強度螺栓與縱向銲接接合強度比較 (kN) (Masuda et al 2001). 螺栓接合. 縱向銲接. 併用接合. 強度比. 螺栓貢獻. 試體. 強度(1). 試體. 強度(2). 試體. 強度(3) (3)/((1)+(2)) (1)/((1)+(2)). B1F0S0-16. 155.5. B0F0S1. 480. B1F0S1-16. 602. 0.95. 0.24. B1F0S0-16. 155.5. B0F0S2. 918. B1F0S2-16. 1005. 0.94. 0.14. B1F0S0-16. 155.5. B0F0S3. 1431. B1F0S3-16. 1570. 0.99. 0.10. B2F0S0-16. 343. B0F0S1. 480. B2F0S1-16. 771. 0.94. 0.42. B2F0S0-16. 343. B0F0S2. 918. B2F0S2-16. 1199. 0.95. 0.27. B2F0S0-16. 343. B0F0S3. 1431. B2F0S3-16. 1564. 0.88. 0.19. B3F0S0-16. 496. B0F0S1. 480. B3F0S1-16. 980. 1.00. 0.51. B3F0S0-16. 496. B0F0S2. 918. B3F0S2-16. 1400. 0.99. 0.35. B3F0S0-16. 496. B0F0S3. 1431. B3F0S3-16. 1666. 0.86. 0.26. B1F0S0-20. 234. B0F0S1. 480. B1F0S1-20. 668. 0.94. 0.33. B1F0S0-20. 234. B0F0S2. 918. B1F0S2-20. 1167. 1.01. 0.20. B1F0S0-20. 234. B0F0S3. 1431. B1F0S3-20. 1606. 0.96. 0.14. B2F0S0-20. 479. B0F0S1. 480. B2F0S1-20. 928. 0.97. 0.50. B2F0S0-20. 479. B0F0S2. 918. B2F0S2-20. 1269. 0.91. 0.34. B2F0S0-20. 479. B0F0S3. 1431. B2F0S3-20. 1654. 0.87. 0.25. B3F0S0-20. 721.5. B0F0S1. 480. B3F0S1-20. 1041. 0.87. 0.60. B3F0S0-20. 721.5. B0F0S2. 918. B3F0S2-20. 1267. 0.77. 0.44. B3F0S0-20. 721.5. B0F0S3. 1431. B3F0S3-20. 1577. 0.73. 0.34. 2.4.3 高強度螺栓與兩向銲接併用接合 (1) 變形能力 表 2.4.5 高強度螺栓與兩向銲接併用接合變形(mm) 能力 (Masuda et al 2001) 螺栓 接合形式. 無螺栓. M16. M20. 1. 2. 1. 2. F1S1. 0.64. 0.63. 0.65. 0.55. 0.72. F2S1. 0.55. 0.75. 2.55. 1.07. 3.72. F1S2. 0.97. 2.32. 4.11. 2.39. 4.64. F2S2. 5.41. 5.84. 7.32. 4.90. 9.86. 17.
(30) 日本建築學會高強度螺栓接合指針 (2003) 建議，可以 0.2 mm 當作螺栓滑 動變形。對照表 2.4.5 後可知，高強度螺栓與橫向銲接併用接合變形能力皆大於 上述規範建議之螺栓滑動變形 (即 0.2mm)。 如前 2.4.1 節述，併用接合變形能力會因為銲接量，螺栓直徑大小與個數而 改變的趨勢。如圖 2.4.6，橫向銲接 1 單位長 (50mm) 與縱向銲接 1 單位長(50mm) 與高強度螺栓併用後變形能力會因為螺栓數量有所不同，在螺栓個數在 1 個時， 變形能力些微下降，在螺栓個數在 2 個時，變形能力些微提升。如圖 2.4.7 所示， 橫向銲接 2 單位長(100mm)縱向銲接 1 單位長(50mm)與高強度螺栓併用後，變形 能力皆為提升且螺栓個數 2 個時變形量提升較為明顯，如圖 2.4.8 所示，橫向銲 接 1 單位長(50mm)縱向銲接 2 單位長(100mm)與高強度螺栓併用後，變形能力皆 為提升且螺栓個數 2 個時變形量提升較為明顯，如圖 2.4.9，橫向銲接 2 單位長 (100mm)與縱向銲接 2 單位長(100mm)與高強度螺栓併用後除了直徑 M20 螺栓例 外其餘變形能力皆為上升。. 橫向銲接1單位長(50mm)縱向銲接1單位長(50mm) 1.2. 變形(mm). 1.0 0.8 0.6. i=2 i=0. i=2. i=1. i=1. 0.4 0.2 0.0. 無螺栓. M16. F1S1. M20. 圖 2.4.6 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF1S1 (Masuda et al 2001). 18.
(31) 橫向銲接2單位長(100mm)縱向銲接1單位長(50mm) i=2. i=2. 1.2. i=1. 變形(mm). 1.0 i=1. 0.8 0.6. i=0. 0.4 0.2 0.0 M20. M16 F2S1. 無螺栓. 圖 2.4.7 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF2S1 (Masuda et al 2001). 橫向銲接1單位長(50mm)縱向銲接2單位長(100mm) i=1. 1.2. 變形(mm). 1.0. i=2. i=1. i=2. i=0. 0.8 0.6 0.4 0.2. 0.0 無螺栓. M16F1S2. M20. 圖 2.4.8 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF1S2 (Masuda et al 2001). 19.
(32) 變形(mm). 橫向銲接2單位長(100mm)縱向銲接2單位長(100mm) 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0. i=0. 無螺栓. i=2. i=1. M16 F2S2. i=2. i=1. M20. 圖 2.4.9 高強度螺栓與兩向銲接接合變形比較 BiF2S2 (Masuda et al 2001). (2) 接合強度 如表 2.4.6，根據試驗結果將高強度螺栓滑動強度與橫向銲接破壞強度加總 (以下簡稱加總接合強度)來評估併用接合強度可能獲得不安全之結果。如表所示， 試體 B2F2S1-20 強度比僅 0.77。對照表 2.4.5 與圖 2.4.7 後可知，試體 B2F2S1-20 的變形能力為 3.72 mm，遠大於同組銲接接合變形能力 0.55 mm，而接合變形大 幅地增加會使螺栓與接合板碰觸、強度下降，故併用接合強度遠低於加總接合強 度。對照圖 2.4.10 螺栓接合到達滑動強度後隨變位增加會有一段強度突然下降， 判斷為此原因造成強度下降。如圖所示，螺栓滑動後變位增加至與板接觸後接合 強度因為板承壓與螺栓受剪而進一步上升、超過滑動強度。 另一方面，例如試體 B1F1S1-16 強度比高達 1.01。對照表 2.4.6 與圖 2.4.6 後可知，試體 B1F1S1-16 的變形能力為 0.63 mm，與同組銲接接合變形能力 0.64 mm 相當接近，也因此變形相對小而螺栓仍能維持滑動強度，故併用接合強度與 加總接合強度非常接近。. 20.
(33) 表 2.4.6. 高強度螺栓與兩向銲接接合強度比較 (kN) (Masuda et al 2001). 螺栓接合 試體. 兩向銲接. 強度(1) 試體 強度(2). 併用接合 試體. 強度比. 螺栓貢獻. 強度(3) (3)/((1)+(2)) (1)/((1)+(2)). B1F0S0-16. 155.5 B0F1S1. 846. B1F1S1-16. 1007. 1.01. 0.16. B1F0S0-16. 155.5 B0F2S1 1281. B1F2S1-16. 1298. 0.90. 0.11. B1F0S0-16. 155.5 B0F1S2 1337. B1F1S2-16. 1480. 0.94. 0.10. B1F0S0-16. 155.5 B0F2S2 1644. B1F2S2-16. 1691. 0.94. 0.09. B2F0S0-16. 343. B0F1S1. 846. B2F1S1-16. 1099. 0.92. 0.29. B2F0S0-16. 343. B0F2S1 1281. B2F2S1-16. 1342. 0.83. 0.21. B2F0S0-16. 343. B0F1S2 1337. B2F1S2-16. 1530. 0.91. 0.20. B2F0S0-16. 343. B0F2S2 1644. B2F2S2-16. 1696. 0.85. 0.17. B1F0S0-20. 234. B0F1S1. 846. B1F1S1-20. 1017. 0.94. 0.22. B1F0S0-20. 234. B0F2S1 1281. B1F2S1-20. 1288. 0.85. 0.15. B1F0S0-20. 234. B0F1S2 1337. B1F1S2-20. 1424. 0.91. 0.15. B1F0S0-20. 234. B0F2S2 1644. B1F2S2-20. 1627. 0.87. 0.12. B2F0S0-20. 479. B0F1S1. 846. B2F1S1-20. 1150. 0.87. 0.36. B2F0S0-20. 479. B0F2S1 1281. B2F2S1-20. 1359. 0.77. 0.27. B2F0S0-20. 479. B0F1S2 1337. B2F1S2-20. 1541. 0.85. 0.26. B2F0S0-20. 479. B0F2S2 1644. B2F2S2-20. 1717. 0.81. 0.23. 圖 2.4.10 螺栓接合試驗受力位移圖 (working group on the combined joints 1969). 21.
(34) 2.5 綜合討論 (1) 變形比與強度比. 1.1. 強度比. 1.0. Masuda et al.(2001). 0.9. 0.8. working group on the combined joints(1970). 0.7. 0.6 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. 變形比. 圖 2.5.1 變形比與強度比. 併用接合於橫向銲道破裂時達最大強度。為進一步瞭解併用後銲道變形能力， 特別將併用接合的變形能力與單獨橫向銲接的變形能力進行比較 (取兩者的比 值定義為變形比)。如圖 2.5.1，併用接合強度比與變形比有一起增加之趨勢，但 變形比較低強度比不一定會低。如圖 2.5.1 中圓形示為新加入 working group on the combined joints (1970)的 3 組資料點 。對照表 2.4.4 與圖 2.5.1，雖然 B3F0S320 變形比很小但強度比僅略低於 0.8。 Manuel & Kulak (1998) 根據實驗觀察認為螺栓束制橫向銲接發揮變形與強 度。Manuel & Kulak (1998) 無可供直接比較的螺栓與銲接個別變形資料，故本處 僅能根據 Masuda et al (2001)與 working group on the combined joints (1970) 的研 究資料進行探討。 如圖 2.5.1，併用接合變形比超過 1 的實驗例也不在少數，最 22.
(35) 大甚至達 2.1。整體而言，螺栓與銲接併用接合的強度比大多在 0.9 前後 (45 組 試體)。對照表 2.2，縱向銲接與橫向銲接併用接合的強度比大於 0.9 (4 組試體)。 也就是，兩種併用接合強度比相當。. (2) 螺栓貢獻與強度比 Manuel & Kulak (1998) 根據實驗觀察認為螺栓束制橫向銲接發揮變形與強 度，所以不建議使用高強度螺栓與橫向銲接接合併用。為進一步瞭解，根據螺栓 與銲接個別試驗強度，將螺栓強度除以加總強度後定義為螺栓強度貢獻量。如圖 2.5.2 中三角形圖示為新加入 working group on the combined joints(1969) 的 21 組 資料點，圓形圖示為新加入 working group on the combined joints (1970) 的 11 組 資料點 ，叉形圖示為新加入 Manuel & Kulak (1998) 的 11 組資料點，總分析資 料點為 85 組。如圖所示，螺栓強度貢獻量與併用接合強度比並無明顯的關係。. 1.5 1.4. Masuda et al.(2001). 1.3. 強度比. 1.2. working group on the combined joints(1969). 1.1. working group on the combined joints(1970). 1.0 0.9. Manuel & Kulak (1998). 0.8 0.7 0.6 0. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6. 圖 2.5.2 螺栓貢獻量與與強度比. 23. 0.7 螺栓貢獻量.
(36) 第三章 併用強度安全係數分析 3.1 前言 如第二章所述，高強度螺栓摩阻接合與銲接併用接合的最大變形皆超過螺栓 滑動變形(0.2mm)。也由此可知，橫向銲接未必會限制併用接合中的高強度螺栓 發揮滑動變形與強度。本章進一步依據美國(AISC 2010)分別計算螺栓滑動強度 與銲接強度之標稱值，再參考日本(AIJ 2012)建議的方式將加總的強度作為併用 接合強度，最後與 1.2.2 文獻中記載的實驗強度進行比較，求出對應之安全係數。. 3.2 標稱強度計算 3.2.1. 銲接接合強度 (1)日本 日本建築學會(AIJ 2012)-鋼構造接合設計指針建議，單向銲接接合強度可以 如下式計算。 𝑤𝑞𝑦. = (1 + 0.4 𝑐𝑜𝑠𝜃)𝑎 ∙ 𝐹𝑦 /√3. (3.2.1). 其中 𝑤𝑞𝑦. = 一單位長銲接強度. 𝑎 = 有效喉深(取 0.7 倍的銲喉寬) 𝐹𝑦 =銲材標稱強度 𝜃 = 銲接作用方向之角度(橫向銲接𝜃 =90°，縱向銲接𝜃 =0°). 兩向銲接併用強度可以依(3.2.1)式先計算橫向銲接強度再加上縱向銲接強 度來求得。. 24.
(37) (2)美國 美國鋼構協會(AISC 2010)建議，單向銲接接合強度可以如下式計算。. 𝑅𝑛 = 𝐹𝑤 𝐴𝑤. (3.2.2). 𝐹𝑤 = 0.6𝐹𝐸𝑋𝑋 (1.0 + 0.5sin1.5 𝜃) 𝐴𝑤 = 0.707𝑤𝐿 其中 𝑅𝑛 =銲接強度 𝐹𝐸𝑋𝑋 =銲材標稱強度 𝜃=銲接作用方向之角度(橫向銲接𝜃 =90°，縱向銲接𝜃 =0°) 𝑤=銲喉寬 𝐿=銲道長. 美國鋼構協會(AISC 2010)建議，兩向銲接接合強度可以如下式計算. (i)𝑅𝑛 = 𝑅𝑛𝑤𝑙 + 𝑅𝑛𝑤𝑡 (ii)𝑅𝑛 = 0.85 𝑅𝑛𝑤𝑙 + 1.5 𝑅𝑛𝑤𝑡 Max〔(i),(ii)〕 其中 𝑅𝑛 =併用銲接強度 𝑅𝑛𝑤𝑙 =縱向銲接強度 𝑅𝑛𝑤𝑡 =橫向銲接強. 25. (3.2.3) (3.2.4).
(38) 3.2.2. 螺栓滑動強度 (1)日本 日本建築學會(AIJ 2012)-鋼構造接合設計指針建議高強度螺栓預力強度計算 如下。. F8T 𝑁0 = 0.85𝐹𝑏𝑦 ∙ 𝐴𝑏𝑒. (3.2.5). 𝑁0 = 0.75𝐹𝑏𝑦 ∙ 𝐴𝑏𝑒. (3.2.6). F10T. 其中 𝑁0 = 標稱預力強度 𝐹𝑏𝑦 = 螺栓降伏強度 𝐴𝑏𝑒 = 螺栓有效斷面積. 另外，針對 F14T 預力規定如表 3.2.1 F14T 表 3.2.1 超高強度螺栓 F14T 標稱預力強度表 直徑. 16. 20. 22. 24. 標稱預力強度(kN). 155. 242. 299. 349. 26.
(39) 日本建築學會(AIJ 2012)-鋼構造接合設計指針建議高強度螺栓滑動強度計算 如下。. 𝑞𝑏𝑦 = 𝑚 ∙ 𝜇 ∙ 𝑁0 ∙ n. (3.2.7). 𝑞𝑏𝑢 = 0.6𝑚 ∙ 𝐴𝑏𝑠 ∙ 𝐹𝑏𝑢 ∙ n. (3.2.8). 其中 𝑞𝑏𝑦 = 降伏破壞抗滑強度 𝑞𝑏𝑢 = 極限破壞抗滑強度 𝑚 = 摩擦面的數量 𝜇 = 摩擦係數(參考表 3.2.2) 𝑁0 = 螺栓設計軸力強度 𝐴𝑏𝑠 = 螺栓軸部的斷面積 𝐹𝑏𝑢 = 螺栓抗拉強度 𝑛 = 螺栓數量. 表 3.2.2 表面處理摩擦係數 (日本建築學會(AIJ)-鋼構造接合設計指針) 鋼材種類. 表面處理方法. 摩擦係數. 出除表面紅銹 構造用鋼材. 0.45. 噴砂處理 熱浸鍍鋅處理 去除黑皮後未塗裝之鋼板面. 27. 0.23.
(40) (2)美國 美國鋼構協會(AISC 2010)建議，螺栓預力強度可以如下式計算. 𝑇𝑏 = 0.7𝐹𝑛 𝐴𝑏. (3.2.9). 其中 𝑇𝑏 = 螺栓預力強度 𝐹𝑛 = 螺栓標稱強度 𝐴𝑏 = 螺栓有效斷面積. 螺栓滑動強度可以如下式計算. 𝑅𝑛 = 𝜇𝐷𝑢 ℎ𝑓 𝑇𝑏 𝑛𝑠 其中 μ = 法規的摩擦係數(噴砂處理與熱浸鍍鋅處理=0.30) 𝑛𝑠 = 接觸面數 𝐷𝑢 = 螺栓預力之效率比(=1.13) 𝑇𝑏 = 螺栓預力強度 ℎ𝑓 = 孔洞折減係數(一般開孔=1) 𝑛𝑠 =螺栓的數量. 28. (3.2.10).
(41) 3.2.3. 螺栓與銲接併用接合強度 日本建築學會(AIJ 2012)-鋼構造接合設計指針建議，高強度螺栓與銲接併用 接合強度可以計算如下。 𝑃𝑢 = 𝑛 ∙ 𝑞𝑏𝑦 + 𝑤𝑞𝑢 ∙ 𝐿𝑒. (3.2.11). 其中 𝑃𝑢 =螺栓與銲接併用破壞強度 𝑞𝑏𝑦 = 一支螺栓降伏破壞抗滑強度 𝑛=螺栓數量 𝑤𝑞𝑢. = 一單位長銲接強度. 𝐿𝑒 =銲接有效長度. 由於美國 AISC 原則上不建議使用高強度螺栓與銲接併用接合強度，而高強 度螺栓摩阻接和與縱向銲接共同分擔剪力時，考慮螺栓接合強度不得大於該螺栓 承壓接合強度之 50%。因橫向銲接無對應公式。. 3.3 安全係數分析 3.3.1 計算方法說明 為了統一比較下一節進一步依據美國(AISC 2010)分別計算螺栓滑動強度與 銲接強度之標稱值，再參考日本(AIJ 2012)建議的方式將加總的強度作為併用接 合強度，最後與 1.2.2 文獻中記載的實驗強度進行比較，求出對應之安全係數。 本小節主要先依 Masuda et al.(2001)試體進行計算，各文獻所使用材料如表 3.3.1 所示。使用公式(3.2.2)試算出 Masuda et al.(2001)銲接強度，如表 3.3.2 所示安全 係數皆為 2 以上。另外在 Masuda et al.(2001)文中有提到，在銲喉較小時材料超 強現象較明顯。 29.
(42) 如表 3.3.3，Masuda et al (2001)研究使用 S10T 高強度螺栓。依照美國鋼構協 會(AISC 2010)建議，如公式(3.2.9)計算可求得螺栓軸力強度得 M16 與 M20 預力 強度分別為 104kN 與 162kN。如表 3.3.3，滑動強度依公式(3.2.10)計算可得，摩 差係數μ使用 0.3。. 表 3.3.1 各文獻材料強度 文獻. 銲材. 強度(MPa). 高強度螺栓. 強度(MPa). working group on the combined joints(1969). JISZ 3212. 510. F9T. 900. working group on the combined joints(1970). JISZ 3212. 510. F9T. 900. YGW11. 490. S10T. 1000. Manuel & Kulak (1998). E48018-1. 482. A325. 840. Sato (2000). E48018-1. 482. A325. 840. Masuda et al (2001). 表 3.3.2 銲接接合強度 試體編號. 銲接方向. 銲接長度. 標稱值(1). 試驗值(2). (mm). (kN). (kN). (2)/(1). B0F1S0. 橫向. 50. 154.4. 413. 2.67. B0F2S0. 橫向. 100. 308.7. 900. 2.92. B0F0S1. 縱向. 50. 205.8. 480. 2.33. B0F0S2. 縱向. 100. 411.6. 918. 2.23. B0F0S3. 縱向. 150. 617.4. 1431. 2.32. 30.
(43) 表 3.3.3 螺栓設計滑動強度 M16 螺栓 試體編號. 螺栓數. M20 螺栓. 降伏滑 動強度. 實驗 強度. (kN). (kN). 試體編號. 螺栓數. 降伏滑 動強度. 實驗 強度. (kN). (kN). B1F0S0. 1. 70.5. 151. B1F0S0. 1. 109.8. 221. B1F0S0. 1. 70.5. 160. B1F0S0. 1. 109.8. 247. B2F0S0. 2. 141.0. 355. B2F0S0. 2. 219.7. 486. B2F0S0. 2. 141.0. 331. B2F0S0. 2. 219.7. 472. B3F0S0. 3. 221.5. 518. B3F0S0. 3. 329.4. 704. B3F0S0. 3. 221.5. 474. B3F0S0. 3. 329.4. 739. 3.3.2 縱向與橫向銲接併用 依美國鋼構協會(AISC 2010)建議，使用公式(3.2.3)與(3.2.4)後取大值，計算 結果整理如表 3.3.4 至 3.3.6。如表所示，安全係數最大值為 2.30，最小值為 1.29， 全部 13 組平均為 1.82。Manuel & Kulak (1998)與 Sato (2000)並未做橫向與縱向 銲接併用接合實驗，故不在此討論。. 31.
(44) 表 3.3.4 銲接安全係數計算表 (Length unit: mm; force unit: kN) Welds Reference. Specimen. working group on the combined joints (1969). Calculated Strength. Analysis. Electrode. Leg size. Tran. Leng.. Long.. Leng.. Trans. Strength (1). Long. Strength(2). Sum (3) =(1)+(2). Ratio (4) =(2)/(3). (5) Test Strength. (6)F.S.= (5)/(3). B0F1S1. JIS Z3212. 6. 120. 240. 231.3. 308.4. 609.2. 0.51. 1082.9. 1.78. B0F1S2. JIS Z3212. 6. 120. 480. 231.3. 616.9. 871.4. 0.71. 1638.6. 1.88. B0F1S4. JIS Z3212. 6. 120. 960. 231.3. 1233.8. 1395.7. 0.88. 2486.3. 1.78. B0F2S1. JIS Z3212. 6. 240. 240. 462.7. 308.4. 956.2. 0.32. 1586.6. 1.66. B0F2S2. JIS Z3212. 6. 240. 480. 462.7. 616.9. 1218.4. 0.51. 2139.3. 1.76. B0F2S3. JIS Z3212. 6. 240. 720. 462.7. 925.3. 1480.6. 0.63. 2529.4. 1.71. 表 3.3.5 銲接安全係數計算表 (Length unit: mm; force unit: kN) Welds Reference. Specime n. Calculated Strength. Analysis. Electrode. Leg size. Tran. Leng.. Long.. Leng.. Trans. Strength (1). Long. Strength (2). Sum (3) =(1)+(2). Ratio (4) =(2)/(3). (5) Test Strength. (6)F.S.= (5)/(3). working. B0F1S1. JIS Z3212. 6. 120. 240. 231.3. 308.4. 609.2. 0.51. 911.4. 1.50. group on the combined joints (1970). B0F1S2. JIS Z3212. 6. 120. 480. 231.3. 616.9. 871.4. 0.71. 1577.8. 1.81. B0F2S1. JIS Z3212. 6. 240. 240. 462.7. 308.4. 956.2. 0.32. 1234.8. 1.29. 32.
(45) 表 3.3.6 銲接安全係數計算表 (Length unit: mm; force unit: kN) Welds Reference. Masuda et al.(2001). Calculated Strength. Analysis. Specime n. Electrode. Leg size. Tran. Leng.. Long.. Leng.. Trans. Strength (1). Long. Strength (2). Sum (3) =(1)+(2). Ratio (4) =(2)/(3). (5) Test Strength. (6)F.S.= (5)/(3). B0F1S1. YGW11. 5. 120. 240. 154.4. 205.8. 406.5. 0.51. 898. 2.21. B0F2S1. YGW11. 5. 120. 480. 308.7. 205.8. 638.0. 0.32. 1281. 2.01. B0F1S2. YGW11. 5. 120. 960. 154.4. 411.6. 581.4. 0.71. 1337. 2.30. B0F2S2. YGW11. 5. 240. 240. 308.7. 411.6. 812.9. 0.51. 1644. 2.02. 33.
(46) 3.3.3 螺栓與橫向銲接併用 如表 3.3.7 至 3.3.11 所示，高強度螺栓與橫向銲接併用安全係數最小為 1.58， 最大為 2.75，26 組平均為 2.16. 3.3.4 螺栓與縱向銲接併用 如表 3.3.7 至 3.3.11 所示，高強度螺栓與橫向銲接併用安全係數最小為 1.45， 最大為 2.64，38 組平均為 2.01。. 3.3.5 螺栓與兩向銲接併用 如表 3.3.7 至 3.3.11 所示，高強度螺栓與橫向銲接併用安全係數最小為 1.23， 最大為 2.27，36 組平均為 1.77。. 3.4 綜合討論 整體而言，螺栓與銲接併用接合的安全係數平均為 1.92 (119 組試體)。縱向 銲接與橫向銲接併用接合的安全係數平均為 1.82 (13 組試體)。也就是，兩種併 用接合安全係數相當。 Manuel& Kulak (1998) 根據實驗觀察認為橫向銲接束制螺栓發揮滑動變形 與強度，所以不建議使用高強度螺栓與橫向銲接接合併用。為進一步瞭解，根據 螺栓與銲接個別標稱強度，將螺栓標稱強度除以加總強度後定義為螺栓強度貢獻 量。圖 3.4.1 中三角形圖示為 working group on the combined joints(1969) 的 21 組 資料點，方形圖示為 working group on the combined joints(1970) 的 25 組資料點， 圓形圖示為 Masuda et al.(2001) 的 42 組資料點，叉形圖示為 Manuel & Kulak (1998) 的 12 組資料點，而菱形圖示為 Sato (2000) 的 19 組資料點。如圖所示， 34.
(47) 螺栓強度貢獻量從 0.1 增加至 0.8，安全係數大多在 1.5 至 2.5 之間，螺栓強度貢 獻量在 0.6 以上，安全係數隨之增大趨勢，未來研究可增加試驗組數進一步確認。. 35.
(48) 表 3.3.7 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(Length unit: mm; force unit: kN) Bolts Reference. working group on the combined joints (1969). Specimen. Welds. Calculated Strength. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. Trans .Leng. B1F1S0-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. B1F2S0-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. B2F1S0-18. F9T. M18. 2. B2F2S0-18. F9T. M18. B3F1S0-18. F9T. B3F2S0-18. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). 120. 92.9. 207.8. 324.2. 0.29. 696.5. 2.15. 6. 240. 92.9. 415.5. 555.6. 0.17. 1241.0. 2.23. JIS Z3212. 6. 120. 185.8. 207.8. 417.1. 0.45. 878.0. 2.10. 2. JIS Z3212. 6. 240. 185.8. 415.5. 648.4. 0.29. 1369.5. 2.11. M18. 3. JIS Z3212. 6. 120. 278.7. 207.8. 510.0. 0.55. 1047.7. 2.05. F9T. M18. 3. JIS Z3212. 6. 240. 278.7. 415.5. 741.3. 0.38. 1506.8. 2.03. B1F0S1-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 240. 92.9. 296.8. 401.3. 0.23. 745.6. 1.86. B1F0S2-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 480. 92.9. 593.6. 709.8. 0.13. 1265.5. 1.78. B1F0S3-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 720. 92.9. 890.4. 1018.2. 0.09. 1648.1. 1.62. B2F0S1-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 240. 185.8. 296.8. 494.2. 0.38. 1020.2. 2.06. B2F0S2-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 480. 185.8. 593.6. 802.7. 0.23. 1559.8. 1.94. B2F0S2-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 480. 185.8. 593.6. 802.7. 0.23. 1550.0. 1.93. B3F0S1-18. F9T. M18. 3. JIS Z3212. 6. 240. 278.7. 296.8. 587.1. 0.47. 1314.5. 2.24. B1F1S1-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 120. 240. 92.9. 551.4. 644.2. 0.14. 1202.7. 1.87. B1F2S1-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 240. 240. 92.9. 840.5. 933.4. 0.10. 1726.6. 1.85. B1F2S2-18. F9T. M18. 1. JIS Z3212. 6. 240. 480. 92.9. 1102.7. 1195.6. 0.08. 1922.8. 1.61. B2F1S1-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 120. 240. 185.8. 551.4. 737.1. 0.25. 1269.4. 1.72. 36. Long. Leng.. Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(49) Bolts Reference. Specimen. working group on the combined joints (1969). Welds. Calculated Strength. Analysis. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. Trans. Leng. Long. Leng.. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). B2F1S2-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 120. 480. 185.8. 813.5. 999.3. 0.19. 1717.7. 1.72. B2F1S2-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 120. 480. 185.8. 813.5. 999.3. 0.19. 1955.1. 1.96. B2F2S1-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 240. 240. 185.8. 840.5. 1026.3. 0.18. 1684.4. 1.64. B3F1S1-18. F9T. M18. 3. JIS Z3212. 6. 120. 240. 278.7. 551.4. 830.0. 0.34. 1632.4. 1.97. 37. (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(50) 表 3.3.8 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(Length unit: mm; force unit: kN) Bolts Reference. Specimen. Welds. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. B2F3S0-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. B4F1S0-18. F9T. M18. 4. JIS Z3212. B4F3S0-18. F9T. M18. 4. B6F1S0-18. F9T. M18. B6F2S0-18. F9T. working. B6F3S0-18. group on the combined joints (1970). Calculated Strength Trans .Leng. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). 360. 185.8. 694.0. 879.8. 0.21. 1648.1. 1.87. 6. 120. 371.5. 231.3. 602.9. 0.62. 1334.2. 2.21. JIS Z3212. 6. 360. 371.5. 694.0. 1065.6. 0.35. 1893.3. 1.78. 6. JIS Z3212. 6. 120. 557.3. 231.3. 788.7. 0.71. 1971.8. 2.50. M18. 6. JIS Z3212. 6. 240. 557.3. 462.7. 1020.0. 0.55. 1893.3. 1.86. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 360. 557.3. 694.0. 1251.3. 0.45. 2305.4. 1.84. B8F1S0-18. F9T. M18. 8. JIS Z3212. 6. 120. 743.1. 231.3. 974.4. 0.76. 2683.0. 2.75. B8F2S0-18. F9T. M18. 8. JIS Z3212. 6. 240. 743.1. 462.7. 1205.8. 0.62. 2643.8. 2.19. B2F0S3-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. 6. 720. 185.8. 925.3. 1111.1. 0.17. 2389.7. 2.15. B4F0S1-18. F9T. M18. 4. JIS Z3212. 6. 240. 371.5. 308.4. 680.0. 0.55. 988.8. 1.45. B4F0S2-18. F9T. M18. 4. JIS Z3212. 6. 480. 371.5. 616.9. 988.4. 0.38. 1653.0. 1.67. B4F0S3-18. F9T. M18. 4. JIS Z3212. 6. 720. 371.5. 925.3. 1296.9. 0.29. 2168.0. 1.67. B6F0S1-18. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 240. 557.3. 308.4. 865.8. 0.64. 2192.5. 2.53. B6F0S2-18. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 480. 557.3. 616.9. 1174.2. 0.47. 2207.3. 1.88. B6F0S3-18. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 720. 557.3. 925.3. 1482.7. 0.38. 2491.7. 1.68. B8F0S1-18. F9T. M18. 8. JIS Z3212. 6. 240. 743.1. 308.4. 1051.5. 0.71. 2771.3. 2.64. B8F0S2-18. F9T. M18. 8. JIS Z3212. 6. 480. 743.1. 616.9. 1360.0. 0.55. 2766.4. 2.03. 38. Long. Leng.. Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(51) Bolts Reference. working group on the combined joints (1970). Specimen. Welds. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. B2F1S2-18. F9T. M18. 2. JIS Z3212. B2F2S1-18. F9T. M18. 2. B4F1S2-18. F9T. M18. B4F2S1-18. F9T. B6F1S1-18. Calculated Strength Trans .Leng. Long. Leng.. (1) Bolts. 6. 120. 480. 185.8. 871.4. 1057.1. 0.18. 1873.7. 1.77. JIS Z3212. 6. 240. 240. 185.8. 956.2. 1142.0. 0.16. 1795.2. 1.57. 4. JIS Z3212. 6. 120. 480. 371.5. 871.4. 1242.9. 0.30. 2138.6. 1.72. M18. 4. JIS Z3212. 6. 240. 240. 371.5. 956.2. 1327.7. 0.28. 1962.0. 1.48. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 120. 240. 557.3. 609.2. 1166.5. 0.48. 2177.8. 1.87. B6F1S2-18. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 120. 480. 557.3. 871.4. 1428.7. 0.39. 2374.0. 1.66. B6F2S1-18. F9T. M18. 6. JIS Z3212. 6. 240. 240. 557.3. 956.2. 1513.5. 0.37. 2197.4. 1.45. B8F1S1-18. F9T. M18. 8. JIS Z3212. 6. 120. 240. 743.1. 609.2. 1352.3. 0.55. 2707.6. 2.00. 39. (2) Welds. (3) (1)+(2). Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(52) 表 3.3.9 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(Length unit: mm; force unit: kN) Bolts Reference. Masuda et al.(2001). Specimen. Type. Size.. Welds No.. Electrode. Leg size. Trans. Leng. Calculated Strength Long. Leng.. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3). B1F1S0-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 100. 70.5. 154.4. 224.9. 0.31. 529. 2.35. B1F2S0-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 200. 70.5. 308.7. 379.2. 0.19. 912. 2.40. B2F1S0-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 100. 141.0. 154.4. 295.4. 0.48. 768. 2.60. B2F2S0-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 200. 141.0. 308.7. 449.7. 0.31. 1119. 2.49. B1F1S0-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 100. 109.8. 154.4. 264.2. 0.42. 672. 2.54. B1F2S0-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 200. 109.8. 308.7. 418.5. 0.26. 1036. 2.48. B2F1S0-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 100. 219.7. 154.4. 374.0. 0.59. 894. 2.39. B2F2S0-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 200. 219.7. 308.7. 528.4. 0.42. 1141. 2.16. B1F0S1-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 200. 70.5. 205.8. 276.3. 0.26. 602. 2.18. B1F0S2-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 400. 70.5. 411.6. 482.1. 0.15. 1005. 2.08. B1F0S3-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 600. 70.5. 617.4. 687.9. 0.10. 1570. 2.28. B2F0S1-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 200. 141.0. 205.8. 346.8. 0.41. 771. 2.22. B2F0S2-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 400. 141.0. 411.6. 552.6. 0.26. 1199. 2.17. B2F0S3-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 600. 141.0. 617.4. 758.4. 0.19. 1564. 2.06. B3F0S1-16. S10T M16. 3. YGW11. 5. 200. 211.5. 205.8. 417.3. 0.51. 980. 2.35. B3F0S2-16. S10T M16. 3. YGW11. 5. 400. 211.5. 411.6. 623.1. 0.34. 1400. 2.25. B3F0S3-16. S10T M16. 3. YGW11. 5. 600. 211.5. 617.4. 828.9. 0.26. 1666. 2.01. B1F0S1-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 200. 109.8. 205.8. 315.6. 0.35. 668. 2.12. 40.
(53) Bolts Reference. Masuda et al.(2001). Specimen. Type. Size.. Welds No.. Electrode. Leg size. Trans. Leng. Calculated Strength Long. Leng.. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3). B1F0S2-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 400. 109.8. 411.6. 521.4. 0.21. 1167. 2.24. B1F0S3-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 600. 109.8. 617.4. 727.2. 0.15. 1606. 2.21. B2F0S1-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 200. 219.7. 205.8. 425.5. 0.52. 928. 2.18. B2F0S2-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 400. 219.7. 411.6. 631.3. 0.35. 1269. 2.01. B2F0S3-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 600. 219.7. 617.4. 837.1. 0.26. 1654. 1.98. B3F0S1-20. S10T M20. 3. YGW11. 5. 200. 329.5. 205.8. 535.3. 0.62. 1041. 1.94. B3F0S2-20. S10T M20. 3. YGW11. 5. 400. 329.5. 411.6. 741.1. 0.44. 1267. 1.71. B3F0S3-20. S10T M20. 3. YGW11. 5. 600. 329.5. 617.4. 946.9. 0.35. 1577. 1.67. B1F1S1-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 100. 200. 70.5. 406. 477.0. 0.15. 1007. 2.11. B1F2S1-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 200. 200. 70.5. 638. 708.5. 0.10. 1298. 1.83. B1F1S2-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 100. 400. 70.5. 581. 651.9. 0.11. 1480. 2.27. B1F2S2-16. S10T M16. 1. YGW11. 5. 200. 400. 70.5. 813. 883.4. 0.08. 1691. 1.91. B2F1S1-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 100. 200. 141.0. 406. 547.5. 0.26. 1099. 2.01. B2F2S1-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 200. 200. 141.0. 638. 779.0. 0.18. 1342. 1.72. B2F1S2-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 100. 400. 141.0. 581. 722.4. 0.20. 1530. 2.12. B2F2S2-16. S10T M16. 2. YGW11. 5. 200. 400. 141.0. 813. 953.9. 0.15. 1696. 1.78. B1F1S1-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 100. 200. 109.8. 406. 516.3. 0.21. 1017. 1.97. B1F2S1-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 200. 200. 109.8. 638. 747.8. 0.15. 1288. 1.72. B1F1S2-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 100. 400. 109.8. 581. 691.2. 0.16. 1424. 2.06. 41.
(54) Bolts Reference. Specimen. Type. Size.. Welds No.. Electrode. Calculated Strength. Leg size. Trans. Leng. Long. Leng.. (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3). B1F2S2-20. S10T M20. 1. YGW11. 5. 200. 400. 109.8. 813. 922.7. 0.12. 1627. 1.76. Masuda et. B2F1S1-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 100. 200. 219.7. 406. 626.1. 0.35. 1150. 1.84. al.(2001). B2F2S1-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 200. 200. 219.7. 638. 857.7. 0.26. 1359. 1.58. B2F1S2-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 100. 400. 219.7. 581. 801.1. 0.27. 1541. 1.92. B2F2S2-20. S10T M20. 2. YGW11. 5. 200. 400. 219.7. 813. 1032.6. 0.21. 1717. 1.66. 42.
(55) 表 3.3.10 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(Length unit: mm; force unit: kN) Bolts Reference. Manuel & Kulak (1998). Specimen. Welds. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. Long. Leng.. NPL-1. A325. 19. 4. E48010-1. 6. NPL-2. A325. 19. 4. E48010-1. PPL-1. A325. 19. 4. PPL-2. A325. 19. NPT-1. A325. NPT-2. Calculated Strength (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1776. 1.64. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1706. 1.58. E48010-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 2418. 2.23. 4. E48010-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 2428. 2.24. 19. 4. E48010-1. 6. 520. 394. 639. 1033. 0.38. 1676. 1.62. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 520. 394. 639. 1033. 0.38. 1685. 1.63. PPT-1. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 520. 394. 639. 1033. 0.38. 2111. 2.04. PPT-2. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 520. 394. 639. 1033. 0.38. 1965. 1.90. NPA-1. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 560. 520. 394. 1543. 1937. 0.20. 2390. 1.23. NPA-2. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 560. 520. 394. 1543. 1937. 0.20. 2428. 1.25. PPA-1. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 560. 520. 394. 1543. 1937. 0.20. 2829. 1.46. PPA-2. A325. 19. 4. E48010-1. 6. 560. 520. 394. 1543. 1937. 0.20. 2930. 1.51. 43. Trans. Leng.. Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(56) 表 3.3.11 高強度螺栓與銲接併用安全係數計算(Length unit: mm; force unit: kN) Bolts Reference. Sato (2000). Specimen. Welds. Type. Size.. No.. Electrode. Leg size. Long. Leng.. 1. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 2. A325. 19. 4. E48018-1. 3. A325. 19. 4. 4. A325. 19. 5. A325. 6. Calculated Strength (1) Bolts. (2) Welds. (3) (1)+(2). 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1905. 1.76. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1975. 1.83. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1897. 1.75. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1878. 1.74. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1806. 1.67. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1818. 1.68. 7. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1891. 1.75. 8. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1860. 1.72. 9. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1864. 1.72. 10. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1987. 1.84. 11. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1820. 1.68. 12. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1919. 1.77. 13. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1817. 1.68. 14. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1838. 1.70. 15. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1735. 1.60. 16. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1766. 1.63. 17. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1807. 1.67. 18. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1746. 1.61. 19. A325. 19. 4. E48018-1. 6. 560. 394. 688. 1082. 0.36. 1712. 1.58. 44. Trans. Leng.. Analysis (4) (5) Test F.S.= (1)/(3) Strength (5)/(3).
(57) 3 2.8. working group on the combined joints(1969). 2.6 2.4. working group on the combined joints(1970). 安全係數. 2.2. Masuda et al.(2001) 2. Manuel & Kulak (1998). 1.8 1.6. Sato (2000) 1.4 1.2 1 0. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 螺栓貢獻量 圖 3.4.1 高強度螺栓與銲接併用安全係數與螺栓貢獻量 45. 0.8.
(58) 第四章 結論與建議 4.1 研究結果 過去有關高強度螺栓與銲接併用接合強度試驗研究採用的試體設計與結果 相近，都是由橫向銲接破壞控制併用接合極限強度與變形能力，但因為各研究對 於試驗結果採取的分析方法有所差異，最後導致美日規範有很不同的發展。本研 究重新分析上述試驗結果，特別是高強度螺栓滑動變形與併用接合變形能力，以 期釐清橫向銲接是否限制高強度螺栓發展滑動強度等問題。本研究首先針對 Masuda et al.(2001) 試驗所獲併用接合變形能力與強度進行分析。之後進一步彙 整相關試驗的強度資料進行交叉比對。本研究也依據現行規範評估併用接合標稱 強度，並取其與試驗強度之比值作為併用接合強度安全係數，進行分析與探討。 本研究根據上述分析所獲主要結果如下： (1) 日本建築學會高強度螺栓接合指針 (2003) 建議，可以 0.2 mm 當作螺栓滑動 變形。分析後發現，高強度螺栓與銲接併用接合變形能力皆大於規範建議之 螺栓滑動變形。也就是，與銲接併用並無限制高強度螺栓滑動變形之情形。 (2) 為了作比較，試驗所獲的併用接合變形能力與橫向銲接變形能力之比值為變 形比。分析後發現，高強度螺栓與銲接併用接合變形比超過 1 的實驗例不在 少數，最大甚至達 2.1 (45 組試體)。也就是，與高強度螺栓併用未必就會限 制橫向銲接變形之發展。 (3) 為了作比較，試驗所獲的的併用接合強度與個別接合強度總合之比值定義為 強度比。螺栓與銲接併用接合的強度比大多在 0.9 前後 (45 組試體)。對照下， 縱向銲接與橫向銲接併用接合的強度比大於 0.9 (4 組試體)。也就是，兩種併 用接合強度比相當。 46.
(59) (4) 交叉比較後發現，併用接合變形比分佈從 0.08 至 2.11，而對應的強度比大 多分佈在 1.5 至 2.5 之間。整體而言，併用接合強度比與變形比有一起增加 之趨勢，但變形比極低的情形 (例如變形比 0.08) 強度比仍超過 0.8。 (5) 為了作比較，根據規範計算的高強度螺栓滑動強度標稱值與併用接合強度標 稱值之比值定義為螺栓強度貢獻比。分析結果，螺栓強度貢獻比分佈從 0.1 至 0.8，併用接合強度安全係數大多分佈在 1.5 至 2.5 之間，而整體的安全係 數平均值為 1.92 (全部 119 組試體)。螺栓強度貢獻量在 0.6 以上，安全係數 隨之增大趨勢，未來研究可增加試驗組數進一步確認. 4.2 建議課題 (1) 既有的試驗研究受限於試驗機能力，所以接合試體大都採 5 mm 或 6 mm 小尺寸銲喉深度。這類銲道通常強度超強現象特別明顯 (working group on the combined joints 1969,1970)，且在實際銲接施工後的銲喉深度往往超過設計預 期 (Masuda et al. 2001, Sato 2002)。實際的銲接量比設計值大，導致銲道變形 能力與強度都增加，以致於分析推論結果是併用的高強度螺栓沒有滑動或發 揮強度 (Manuel& Kulak 1998)。未來的研究應該針對以上問題，設計試體採 用更一般尺寸的銲喉深度進行進一步的試驗研究。. (2) 伴隨著材料科學的進步，越來越多超高強度鋼材出現，例如超高強度螺 栓 F14T 即是一例。因應未來新建與補強之需求，建議採用不同鋼材進一步 對(超)高強度螺栓與銲接併用接合進行試驗研究與設計分析。. 47.
(60) 參考文獻. 內政部營建署 (2007) 鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構極 限設計法規範及解說 內政部營建署 (2007) 鋼構造建築物鋼結構施工規範 AIJ (2006) Recommendation for Design of Connections in Steel Structures AIJ (2012) Recommendation for Design of Connections in Steel Structures AISC (1999) Specification for Structural Steel Buildings AISC (2005) Specification for Structural Steel Buildings AISC (2010) Specification for Structural Steel Buildings Masuda et al. (2001) Experimental Study of the Behavior of Combined Joints Using Fillet Welding and High Strength Bolts, Journal of Structural and Construction Engineering, AIJ, 543, 145-152 Working Groups of Combined Joints (1969) Experimental Studies of the Combined Joints of Various Cases (1), Transactions of the Architectural Institute of Japan, AIJ 161, 75-91 Working Groups of Combined Joints, AIJ (1970) Experimental Studies of the Combined Joints of Various Cases (2) Transactions of the Architectural Institute of Japan, AIJ, 168, 95-111 Sato (2000) Strength of Joints that Combine High Strength Bolts and Longitudinal Welds, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.. 48.
(61) Manuel Thomas J. and Kulak Geoffrey L (1998) Strength of Joints That Combine Bolts and Welds, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.. 49.
(62)
相關文件
- Informants: Principal, Vice-principals, curriculum leaders, English teachers, content subject teachers, students, parents.. - 12 cases could be categorised into 3 types, based
Wang, Solving pseudomonotone variational inequalities and pseudocon- vex optimization problems using the projection neural network, IEEE Transactions on Neural Networks 17
In this paper, we build a new class of neural networks based on the smoothing method for NCP introduced by Haddou and Maheux [18] using some family F of smoothing functions.
Define instead the imaginary.. potential, magnetic field, lattice…) Dirac-BdG Hamiltonian:. with small, and matrix
www.edb.gov.hk> School Administration and Management> Financial Management > Notes to School Finance> References on Acceptance of Advantages and Donations by Schools
Microphone and 600 ohm line conduits shall be mechanically and electrically connected to receptacle boxes and electrically grounded to the audio system ground point.. Lines in
This study aimed to establish the strength models of High-Performance Concrete (HPC) using Nonlinear Regression Analysis (NLRA), Back-Propagation Networks (BPN) and
Li, “Concurrent engineering: a strategy for procuring construction projects,” International Journal of Project Management, Vol. Towill and D.R., “Time compression and supply chain
