建築工程鋼筋機械式續接性能基準
及驗證研究
內 政 部建 築研 究 所 委 託研 究 報告
中華民國 106 年 12 月
PG 10602-0012
106301070000G0032
建築工程鋼筋機械式續接性能基準
及驗證研究
受委託單位：國立雲林科技大學
計畫主持人：李宏仁
協同主持人：陳正誠
協同主持人：陳建中
研 究 助 理：張家榮
研 究 期 程：106 年 1 月 26 日至 106 年 12 月 31 日
研 究 經 費：新臺幣 149 萬 4000 元整
內 政 部建 築研 究 所 委 託研 究 報告
中華民國 106 年 12 月
(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)
目次 I
目次
表次 ... III 圖次 ... V 摘要 ... VII 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 文獻回顧 ... 5 第三節 研究方法及步驟 ... 16 第四節 研究目的 ... 18 第二章 鋼筋機械式續接工法 ... 31 第一節 鋼筋機械式續接種類 ... 31 第二節 鋼筋機械式續接施工檢驗問題 ... 35 第三章 鋼筋續接組件試驗 ... 45 第一節 單向拉伸及滑動試驗 ... 45 第二節 高塑性反復負載試驗 ... 49 第三節 被續接鋼筋之伸長率 ... 51 第四節 高強度鋼筋之續接組件試驗 ... 53 第五節 鋼筋續接品質檢驗準則 ... 56 第四章 梁彎曲試驗 ... 79 第一節 以梁抗彎試驗檢討使用性 ... 79 第二節 試體製造及材料性質 ... 80 第三節 梁試驗結果與討論 ... 81 第五章 結論與建議 ... 91 第一節 結論 ... 91 第二節 建議 ... 92 附錄一 規範修正草案 ... 95 附錄二 期初評選會議紀錄 ... 107 附錄三 期中審查會議紀錄 ... 113 附錄四 第一次專家座談會會議紀錄與簽到表 ... 125 附錄五 第二次專家座談會會議紀錄與簽到表 ... 135II
表次 III
表次
表 1-1 台灣鋼筋續接器規範歷年來重要之變革 ... 19 表 1-2 台灣鋼筋機械式續接性能試驗項目 ... 19 表 1-3 日本鋼筋續接性能分級對應母材鋼筋機械性質 ... 20 表 1-4 日本規範續接器性能判定基準 ... 21 表 1-5 美國加州交通部標準規範鋼筋機械續接滑動試驗要求 ... 22 表 1-6 公共工程委員會施工綱要規範 03210 章鋼筋 V4.0 之鋼筋機械式續接性 能允收標準 ... 23 表 1-7 預定之研究進度 ... 25 表 2-1 可抵抗反復拉壓力之機械式續接種類及用途 ... 39 表 2-2 內政部頒混凝土結構設計規範[9]對機械式續接之規定 ... 41 表 2-3 機械式續接性能規範待檢討之課題 ... 42 表 3-1 本研究檢討之單方向拉伸及滑動試驗程序 ... 58 表 3-2 SD420W 鋼筋母材之單方向拉伸及滑動試驗結果(0.60 Py) ... 58 表 3-3 SD420W 鋼筋續接組件單方向拉伸及滑動試驗結果(0.60 Py) ... 59 表 3-4 SD420W 鋼筋續接組件單方向拉伸及滑動試驗結果(0.95 Py) ... 60 表 3-5 本研究初步檢討之高塑性反復負載試驗程序 ... 60 表 3-6 SD420W-D25 鋼筋高塑性反復負載試驗滑動量比較 ... 61 表 3-7 SD420W-D36 鋼筋高塑性反復負載試驗滑動量比較 ... 62 表 4-1 梁彎曲試驗之裂縫寬度(單位 mm) ... 82圖次 V
圖次
圖 1-1 台南維冠金龍大樓倒塌現場鋼筋續接器失敗案例 ... 26 圖 1-2 台灣鋼筋續接器規範之演進圖 ... 26 圖 1-3 續接試體單向拉伸及滑動試驗加載程序示意圖 ... 27 圖 1-4 續接試體高塑性反復負載試驗加載程序示意圖 ... 27 圖 1-5 當次滑動量計算法示意圖 ... 28 圖 1-6 鋼筋機械式續接試驗裝置示意圖 ... 28 圖 1-7 我國鋼筋續接器規範韌性指標之比較 ... 29 圖 1-8 California Test 670 之滑動試驗及重複負載試驗 ... 30 圖 1-9 研究流程圖 ... 30 圖 2-1 柱主筋續接位置示意圖 ... 43 圖 3-1 訂製之鋼筋續接器試體示意圖 ... 63 圖 3-2 SD420W-D25 鋼筋續接組件試驗佈設 ... 63 圖 3-3 SD420W-D36 鋼筋續接組件試驗佈設 ... 64 圖 3-4 SD420W-D25 鋼筋母材零滑動試驗結果(0.60 Py) ... 64 圖 3-5 SD420W-D36 鋼筋母材零滑動試驗結果(0.60 Py) ... 65 圖 3-6 SD420W-D25 鋼筋續接組件單向拉伸試驗滑動量(0.60 Py) ... 65 圖 3-7 SD420W-D36 鋼筋續接組件單向拉伸試驗滑動量(0.60 Py) ... 65 圖 3-8 SD420W-D25 鋼筋續接組件單向拉伸試驗滑動量(0.95 Py) ... 66 圖 3-9 SD420W-D36 鋼筋續接組件單向拉伸試驗滑動量(0.95 Py) ... 66 圖 3-10 SD420W-D25 鋼筋母材高塑性反復負載試驗結果 ... 67 圖 3-11 SD420W-D25 鋼筋續接組件(標稱扭力鎖緊)之高塑性反復負載試驗結 果………...68 圖 3-12 SD420W-D25 鋼筋續接組件(徒手旋緊)之高塑性反復負載試驗結果 ... 69 圖 3-13 SD420W-D25 鋼筋續接組件(逆旋半圈)之高塑性反復負載試驗結果 ... 70 圖 3-14 SD420W-D36 鋼筋母材高塑性反復負載試驗結果 ... 71 圖 3-15 SD420W-D36 鋼筋續接組件(標稱扭力鎖緊)之高塑性反復負載試驗結 果 ... 72 圖 3-16 SD420W-D36 鋼筋續接組件(徒手旋緊)之高塑性反復負載試驗結果 ... 73 圖 3-17 SD420W-D36 鋼筋續接組件(逆旋半圈)之高塑性反復負載試驗結果 ... 74 圖 3-18 SD420W-D25 鋼筋續接組件被續接鋼筋伸長率比較 ... 75 圖 3-19 SD420W-D36 鋼筋續接組件被續接鋼筋伸長率比較 ... 75VI 圖 3-21 SD550 D38 螺紋節鋼筋續接組件高塑性反復負載試驗結果 ... 76 圖 3-22 SD550 D38 鋼筋續接套管組件高塑性反復負載試驗結果 ... 76 圖 3-23 SD550 D38 螺紋節鋼筋續接組件破壞模式-斷筋 ... 77 圖 3-24 SD550 D38 鋼筋續接套管破壞模式-拔出 ... 77 圖 3-25 SD690 D38 鋼筋母材高塑性反復負載試驗結果 ... 78 圖 3-26 SD690 D38 螺紋節鋼筋續接組件高塑性反復負載試驗結果 ... 78 圖 3-27 SD690 D38 鋼筋續接套管組件高塑性反復負載試驗結果 ... 78 圖 4-1 特製鋼筋續接組件包覆混凝土試體之滑動試驗 ... 83 圖 4-2 梁彎曲試驗標準試體 A 斷面配筋圖 ... 83 圖 4-3 梁彎曲試驗續接試體 BCD 底層筋續接情況 ... 84 圖 4-4 梁彎曲試驗佈置 ... 84 圖 4-5 Coogler 等人研究鋼筋偏心機械式搭接行為之試驗佈設 ... 85 圖 4-6 Sayadi 等人研究灌漿填充續接套管續接鋼筋之實驗 ... 86
圖 4-7 Phuong and Mutsuyoshi 研究混凝土梁主筋機械續接之實驗 ... 86
圖 4-8 Phuong and Mutsuyoshi 實驗之加載程序 ... 87
圖 4-9 梁試體製作之部分照片 ... 87
圖 4-10 第一批澆鑄 4 座梁試驗力-位移曲線 ... 88
圖 4-11 第二批澆鑄 4 座梁試驗力-位移曲線 ... 89
摘要 VII
摘要
關鍵詞：鋼 筋 、機 械 式 續 接、 續 接 器 、 續 接 套 管、 驗 收 測 試 一 、 研 究 緣 起 經 濟 部標 檢 局 104 年 新訂 CNS 15560「 鋼 筋 機 械式 續 接 試 驗 法 」 僅 規 定試 驗 方 法，相 關 檢 驗頻 率 及 合 格 標 準 應 由各 主 管 機 關 另 訂 規範 之。現 行 內政 部 部 頒 版「 混 凝 土結 構 設 計 規 範 」第 5.15.3.3 節 要 求 機 械 式 續 接 器 續 接 應 發 展 其 抗 拉 或 抗 壓 強 度 至 少 達 鋼 筋 以 1.25fy 計 得 之 強 度外，尚須 考 慮 其 滑 動量、延展 性、伸 長 率等 規 定，但 規 範 本 文 並 未 規 定 滑 動 量 及 伸 長 率 之 合 格 標 準 ， 導 致 目 前 國 內 業 者 多 引 用 86 年 版 混凝 土 工 程 設 計 規 範 與解 說 (土 木 401-86)附 錄 乙、 88 年 版 內 政 部 營 建署 及 建 研 所 之「 鋼筋 續 接 施 工 規範 及 解 說 (草 案 )」或 建 研所 93 年 完 成 的 「 鋼 筋 續 接 器 續 接 設 計 規 範 與 施 工 規 範 及 解 說 研 修 」 報 告 ， 皆 逾 十年 以 上 未 更 新 且與 CNS 15560 試驗 法 有 牴觸，導 致 現 況 鋼 筋 機 械 式 續接 之 試 驗 法 與 合 格 標 準 不 一 致，衍 生 困 擾與 爭 議，規 範 亟 待檢 討 更 新。此 外，經 濟 部 標 檢局 刻 正 修 訂 CNS 560「 鋼 筋 混 凝土 用 鋼 筋」 新 增 SD550W 及 SD690 新 高 強度 鋼 筋 ， 因 應 業界 對 高 強 度 鋼 筋 之 需 求，近年 來 機 械 續 接 工 法 已有 長 足 的 進 步，續 接器 樣 式 多 元 化，各界 期 待 本 所 能 協 助 訂 定 鋼 筋 機 械 式 續 接 性 能 合 格 標 準 及 施 工 品 質 檢 驗 準 則，納 入 規 範 參 採 引 用，讓 業 界 有 所 依 循，確保 建 築 工 程 鋼 筋 續接 施 工 品質 ， 維 護 國 人 生 命 財產 安 全 。 本 研 究按 CNS 15560 試 驗 法測 試 不 同 等 級 式 樣 的鋼 筋 續 接 器，調 查 使 用鋼 筋 續 接 器 之 混 凝 土 構 件 試 驗 成 果，檢 討耐 震 建 築 工 程 鋼 筋機 械 式 續接 性 能 之 合 格 標 準 ，研 擬 鋼 筋 機 械 式 續 接 之 品 質 檢 驗 準 則 。VIII 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本 研 究案 之 研 究 工 作 包 括 國內 外 相 關 規 範 及 資 料蒐 集 、 鋼 筋 機 械 續 接組 件 試 驗、梁 構 件 彎曲 試 驗、數 據 分 析 統計、座 談 訪 問 調 查 、 撰 寫 成果 報 告 等 。 研 究 步 驟 如 下 ： 1. 整 理 探 討 美 國 、 日 本 、 台 灣 鋼 筋 機 械 式 續 接 之 最 新 規 範 ； 2. 鋼 筋 續 接 組 件 試 驗 ， 依 CNS 15560 試 驗 法 ， 自 訂 負 載 程 序 ； 3. 鋼 筋 續 接 組 件 包 覆 混 凝 土 試 體 試 驗 ； 4. 鋼 筋 機 械 續 接 之 梁 構 件 彎 曲 試 驗 ， 檢 覈 構 件 勁 度 及 裂 紋 寬 ； 5. 數 據 分 析 統 計 ， 檢 討 續 接 性 能 合 格 標 準 ； 6. 參 考 文 獻、訪 問 座 談、撰 寫 鋼 筋 機 械 續 接 施 工 品 質 檢 驗 準 則 三 、 重 要 發 現 鋼 筋 及續 接 器 施 工 品 質 攸 關公 眾 生 命 財 產 安 全，需 要 嚴 格 的 品管 檢 驗 把關。鋼 筋屬 於 工 業 規格 品，經濟 部 訂 有 國家 標 準 CNS 560「 鋼 筋 混 凝土 用 鋼 筋」規 定 製 造方 法、形 狀 尺 度、品 質 檢 驗及 標 示，其 中 品 質 檢驗 包 含 外 觀 節 尺 度、化 學 及 物 理 性 質 試 驗方 法 及 合 格 要 求。然 而，鋼筋 實 際 施 工 必 須 續 接，取 代 搭 接 工 法 之 機械 式 續 接 具 有 產 品及 施 工 多樣 性，不 適 合 制 定 工業 規 格，故 經 濟 部 104 年新 訂 之 CNS 15560 「 鋼 筋機 械 式 續 接 試 驗 法 」僅 規 定 試 驗 方 法，至於 合 格 要 求，應 由主 管 機 關考 量 土 木 與 建 築 工 程特 性 不 同 另 定 規 範 之。 我 國 每年 鋼 筋 續 接 器 市 場 用量 推 估 為 2400 萬 至 3000 萬 個，土 木 與 建 築工 程 大 約 各 半，現 行內 政 部 部 頒 版「 混 凝土 結 構 設 計 規 範 」僅 第 5.15.3.3 節 及第 15.3.6.4 要 求 機 械 式 續 接 接 合強 度 至 少 應 達 鋼 筋規 定 降 伏強 度 之 1.25 倍 或 最 小抗拉強度外，尚須考慮其滑動量、延展性、 伸 長 率等 規 定，但 規 範 本 文並 沒 有 規 定 相 關 合 格 標 準，導 致 業 界 多 半 引 用 十幾 年 前 的 舊 有 規 範 (土 木 401-86 附 錄 乙 、內 政 部 鋼 筋 續 接 施工
摘要 IX 規 範 及 解 說 草 案 等 )， 這 些 舊 有 規 範 均 已 逾 十 年 未 更 新 且 試 驗 方 法 牴 觸 CNS 15560，部 分 試 驗 項目 之 合 格 要 求 過 於 嚴苛 或 不 一 致，衍 生 爭 議 造 成業 界 困 擾。本 研 究 建議 內 政 部 營 建 署 修 訂「 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 」 第 15.3.6.4 節 或 更 新 「混 凝 土 結 構 技 術 規 範」 第 18.2.7.1 節 條文 及 解 說，並 於 規 範 新 增 一 專節 規 定 鋼 筋 機 械 式 續接 品 質 檢 驗 準 則，包 括 性 能判 別、施 工 檢 查、取 樣 頻 率、試 驗 程 序 及 合 格 標 準，提 升 鋼 筋 機 械 續接 之 品 質 管 制 水 準 ，維 護 國 人 生 命 財 產 安全 。 本 研 究按 CNS 15560 試 驗 法執 行 超 過 80 組 鋼 筋機 械 式 續 接 組 件 單 向 拉伸 及 滑 動 試 驗、高 塑性 反 復 荷 載 試 驗、續接 器 埋 置 於 混 凝 土之 組 件 拉伸、及 梁 構 件 彎 曲 試驗，研 究 修 正 建 築 工程 鋼 筋 機 械 式 續 接性 能 合 格標 準 及 檢 驗 準 則 。 本 研 究 建 議 如 后 。 四 、 主 要 建 議 事 項 本 研 究進 行 建 築 工 程 鋼 筋 機械 式 續 接 性 能 基 準 及驗 證 研 究，提 出 下 列 具體 建 議 。 建 議 一 修正「混凝土結構設計規範」第 15.3.6.4 節條文及解說並增加一專節規定檢 驗準則：立即可行建議 主 辦 機 關 ： 內 政 部 營建 署 協 辦 機 關 ： 內 政 部 建築 研 究 所 、 中 國 土 木水 利 工 程 學 會 部 頒 版「 混 凝 土 結 構 設 計 規範 」 第 15.3.6.4 節 僅 要求 第 一 類 或第 二 類 鋼 筋 機 械 續 接 接 合 強 度 須 達 鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 之 1.25 倍 或 規 定 拉 力 強度 以 上，尚 欠 缺 其 他續 接 性 能 如 滑 動 量、伸 長 率 及 承 受 多 次反 復 之 非彈 性 應 變 之 合 格 標 準。本 研 究 建 議 第 一 類機 械 續 接 相 當 於 慣用 之 B 級 續 接，須 能 使 被 續 接鋼 筋 承 受 多 次 彈 性 負載 並 發 展 鋼 筋 規 定降 伏 強 度之 1.25 倍；第 二 類 機械 續 接 相 當 於 慣 用之 SA 級 續 接，其 接合
X 強 度 至 少 應 達 鋼 筋 規 定 拉 力 強 度 且 能 使 被 續 接 鋼 筋 承 受 多 次 反 復 之 非 彈 性應 變；另 新 增 一 專 節規 定 鋼 筋 機 械 式 續 接品 質 檢 驗 準 則，包含 性 能 判別、施工 檢 查、取 樣 頻 率、試 驗 程 序 及 合格 標 準。其 中 試 驗 程 序 、 滑 動 量 計 算 及 合 格 標 準 有 些 微 修 正 以 提 高 試 驗 之 可 靠 度 及 正 確 性 。 建 議 二 修正新版「混凝土結構技術規範」(草案)第 18.2.7.1 節條文及解說並增加一專 節規定檢驗準則：中長期建議 主 辦 機 關 ： 內 政 部 營建 署 協 辦 機 關 ： 內 政 部 建築 研 究 所 、 中 國 土 木水 利 工 程 學 會 新 版 「混 凝 土 結 構 技 術 規 範」 草 案第 18.2.7.1 節 僅 要 求 第 一 類 或 第 二 類 鋼 筋 機 械 續 接 須 能 使 被 續 接 鋼 筋 發 展 至 規 定 降 伏 強 度 之 1.25 倍 或 最小 抗 拉 強 度 以 上，尚欠 缺 其 他 續 接 性 能 如滑 動 量、伸 長 率 及承 受 多 次反 復 非 彈 性 應 變 之 合格 標 準。本 研 究 建 議第 一 類 機 械 續 接 相當 於 慣 用之 B 級 續接，須 能 使被 續 接 鋼 筋 承 受 多 次彈 性 負 載 並 發 展 鋼筋 規 定 降伏 強 度 之 1.25 倍 ；第 二 類 機 械 續 接 相 當於 慣 用 之 SA 級 續 接 ， 須 能 使 被 續 接 鋼 筋 承 受 多 次 反 復 之 非 彈 性 應 變 後 發 展 至 鋼 筋 規 定 抗 拉 強 度；另 新 增 一 專 節 規 定 鋼 筋 機 械 式 續 接 品 質檢 驗 準 則，包 含 性能 判 別 、 施 工 檢 查 、 取 樣 頻 率 、 試 驗 程 序 及 合 格 標 準 。 其 中 試 驗 程 序 、 滑 動 量計 算 及 合 格 標 準 有 些微 修 正 以 提 高 試 驗 之可 靠 度 及 正 確 性 。
摘要
XI
ABSTRACT
Keywords: reinforcing bar, mechanical splice, coupler, sleeve, acceptance test
BSMI recently published CNS 15560 “Test methods of mechanical splice for steel reinforcing bars”, for which the inspection and acceptance criteria should be specified by building officials. Current building code only requires a mechanical s plice shall develop at least 1.25fy or fu of the bar, while the connection slip and ductility are not clearly specified. Therefore, varous test methods and acceptance criteria may be used, such as the Appendix B of Codes and Commentary for Concrete Structures, which is out-of-date and should be updated to be consistent with CNS 15560. Due to the need of large-diameter high-strength reinforcing bars, building designers are looking forward to seeing rational and consistent criteria for acceptance tests of the steel mechanical splices. This could improve the quality and safety of building structures. To verify the proposed acceptance criteria of mechanical splices for steel reinforcing bars, this study test s common types of mechanical couplers and coupling sleeves using CNS 15560 with specified loading procedures. Simple coupler tests and reinforced concrete beam bending tests were performed to assess the acceptance criteria for steel mechanical splices in building structures. Guidelines for on-site quality control of steel mechanical splices are also proposed.
The objectives of this study are (1) To verify the performance of steel mechanical splices using CNS 15560 test method and specified loading procedures, to set up the acceptance criteria on strength, slip, and ductility of mechanical splices for new building codes: and (2) To propose construction guidelines for quality control of mechanical splices of steel reinforcing bars in building structures.
第一章 緒論 1
第一章 緒論
第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
一 、 研 究 緣 起 鋼 筋 及續 接 器 施 工 品 質 攸 關公 眾 生 命 財 產 安 全，需 要 嚴 格的 品 質 檢 驗。鋼 筋 屬 於工 業 規 格 品，經 濟 部訂 有 國 家 標準 CNS 560「 鋼 筋 混 凝 土 用鋼 筋 」[1]規 定 製 造 方法、形 狀 尺 度、品 質檢 驗 及 標 示，其 中品 質 檢 驗包 含 外 觀 節 尺 度、化 學及物理性質試驗方法及合格要求。然而， 鋼 筋 實際 施 工 必 須 續 接，取代 搭 接 工 法 之 機 械 式續 接 具 有 產 品 及 施工 多 樣 性，不 適 合制 定 工 業 規格，故 經 濟 部 104 年 新訂 之 CNS 15560「 鋼 筋 機 械式 續 接 試 驗 法 」[2]僅 規 定 試 驗方 法，至 於 合 格 要 求，應 由 主 管 機 關 考量 土 木 與 建 築 工 程 特性 不 同 另 定 規 範 之 。 現 行 內政 部 部 頒 版「 混 凝 土結 構 設 計 規 範 」第 5.15.3.3 節 要求 機 械 式 續 接 器 續 接 應 發 展 其 抗 拉 或 抗 壓 強 度 至 少 達 鋼 筋 以 1.25fy 計 得 之 強 度外，尚須 考 慮 其 滑 動量、延展 性、伸 長 率等 規 定，但 規 範 本 文 並 未 規定 滑 動 量 及 伸 長 率 之 合 格 標 準，導 致 國 內 業 者 多 半 引 用 舊 有規 範，導致 現 況 鋼 筋 機 械 式 續 接 之 合 格 標 準 不 一 致，衍 生 執 行 上 之 困擾 與 爭 議， 且 舊 有 規 範 試 驗 法 與 CNS 15560 多 有 牴 觸 ，有 必 要 檢 討 更 新 。 此 外 ，經 濟 部 標 檢 局 106 年 修 訂 CNS 560「 鋼 筋 混凝 土 用 鋼 筋」 新 增 SD550W 及 SD690 新 高 強度 鋼 筋 ， 因 應 鋼筋 強 度 大 幅 提 升 以 及 業 界 對大 尺 寸 鋼 筋 之 需 求，近 年 來 機 械 續 接 工 法 趨 向 多 元 化，各 界期 待 本 所 能 協 助 訂 定 鋼 筋 機 械 式 續 接 性 能 之 合 格 標 準 及 施 工 品 質 檢 驗 準 則，納 入 規 範 參 採 引 用，讓 業 界 有 所 依 循，確保 建 築 工 程 鋼 筋 續接2 施 工 品質 ， 維 護 國 人 生 命 財產 安 全 。 本 研 究將 按 CNS 15560 試 驗法 [2]測 試 國 內 各 等級 樣 式 的 鋼 筋 續 接 器，調 查 使 用 鋼 筋 續 接 器之 混 凝 土 構 件 試 驗，檢 討 耐 震 建 築 工 程鋼 筋 機 械式 續 接 性 能 之 合 格 標 準，研 擬 鋼 筋 機 械 式續 接 施 工 品 質 檢 驗準 則 。 二 、 研 究 背 景 近 年 來台 灣 鋼 筋 用 量 年 均 約為 500 至 600 萬 公 噸，鋼 筋 續接 器 用 量 推 估約 為 每 年 2400 至 3000 萬 個，用於 土 木 工程 及 建 築 工 程 大 約 各 半，鋼筋 及 續 接 器 之 品 質 良窳 攸 關 公 眾 生 命 財 產安 全，需 要 嚴 格 的品 質 檢 驗。從 1999 年 921 大 地 震 到 2016 年 美 濃 地震 倒 塌 建 築 案 例 中 所 見 的 劣質 續 接 器 (圖 1-1)，可歸 咎 於 1980 至 1990 年 間代 我 國 建 築 工程 鋼 筋 機械 式 續 接 欠 缺 相 關 規範 及 品 質 檢 驗 所 致 。 在 公 共工 程 方 面 ， 自 2004 年 起 「公 共 工 程 施工 品 質 管 理 作 業 要 點 」 第 十 二 點 規 定 ： (一 )鋼 筋 、 混 凝 土 、 瀝 青 混 凝 土 及 其 他 適 當 檢 驗 或 抽 驗項 目 ， 應 由 符 合 CNS 17025（ ISO/IEC 17025）[3]規 定 之 實驗 室 辦 理 ， 並 出 具 檢 驗 或 抽 驗 報 告 。 (二 )前 款 檢 驗 或 抽 驗 報 告 ， 應 印 有 依 標 準法 授 權 之 實 驗 室 認 證機 構 之 認 可 標 誌 。 惟 工 程會 原 訂 定 之 檢 驗 項 目為 產 品 總 稱，檢 驗 項目 不 甚 明 確，相 關 單 位陸 續 希 望 能 以 試 驗 項目 列 舉。故 工 程會 2005 年 11 月 10 日 工 程 管 字 第 09400415500 號 函 列 舉 7 項 (含 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 試 驗 )， 2009 年 10 月 29 日 工 程 管 字 第 09800480600 號 函 增 列 10 項 (含 鋼 筋 續 接 器試 驗 )， 總計 17 項[4]需 依前 開 規 定 辦 理 。 我 國 唯 一 依 標 準 法 授 權 之 實 驗 室 認 證 機 構 為 財 團 法 人 全 國 認 證 基 金 會(Taiwan Accreditation Foundation, TAF)， 因 此 近 十年 來 ， 公 共 工 程 所使 用 的 鋼 筋 及 續 接 器均 必 須 檢具 TAF 認 可 標 誌 之報 告 ， 然 而
第一章 緒論 3 TAF 辦 理 前 開 17 項 公 共 工 程 材 料 試 驗 之 認 證 服 務 ， 認 可 之 試 驗 規 範 限 政 府機 關 或 機 構 發 布 為 準，例 如 中華 民 國 國 家標 準 CNS、內 政 部 頒 規 範 、國 工 局 或 高 工 局 施 工規 範 、 公 共 工 程 委 員會 施 工 綱 要 規 範 等 。 因 此 ，目 前 國 內 業 界 較 常 使用 且 土 木 實 驗 室 通過 TAF 認證 之 鋼 筋 續 接器 規 範 版 本 有 下 列 規範 版 本 ： 1. 中 國 土 木 水 利 工 程 學 會 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 與 解 說 ( 土 木 401-86)之 附 錄 乙 [5]， 1998； 2. 內 政 部 營 建 署 暨 內 政 部 建 築 研 究 所 ， 鋼 筋 續 接 施 工 規 範 及 解 說 (草 案 )[6]，1999； 3. 內 政 部 建 築 研 究 所 ， 鋼 筋 續 接 器 續 接 設 計 規 範 與 施 工 規 範 及 解 說 研修 報 告 [7]，2004。 4. 中 華 民 國 結 構 工 程 學 會 ， 鋼 筋 續 接 器 續 接 規 範 與 解 說 [8] ， 2007； 這 四 版 鋼 筋 續 接 器 續 接 規 範 之 研 擬 作 業 皆 源 自 內 政 部 建 研 所 之 研 究 計畫，迄 今 皆 逾 十 年 未更 新，且 前 述 舊 有 規範[5-8]之 試 驗 法、性 能 分 級、及 合 格 要 求 本 來 就存 有 差 異，由 於 標 準不 一 致，業 界 使 用上 有 一 些爭 議 及 困 擾 ， 加 上 舊有 規 範 [5-8]試 驗 法 與經 濟 部 2015 年 新 訂 之 CNS 15560「 鋼 筋 機 械 式續 接 試 驗 法 」 [2] 多 有 牴 觸， 各 界 期 盼 建 研 所 能盡 快 整 合 檢 討 更 新 鋼筋 續 接 器 續 接 規 範 。 在 民 間建 築 工 程 方 面，一 般由 建 築 師 向 業 主 承 攬設 計 及 監 造 業 務， 實 務 上建 築 師 通 常 只 做 重 點監 造，至 於 鋼 筋 及 續接 器 施 工 品 質，往往 不 能 嚴格 把 關，許 多 業 主 自辦 營 造 的 工 地 並 不 查驗 鋼 筋 機 械 式 續 接之 施 工 品質，即 使 有 查 驗，所 依 據之 合 格 標準亦不若公共工程來得嚴謹。 一 般 建築 工 程 之 鋼 筋 續 接 器 可 能 自 訂 檢 驗 頻 率 及合 格 標 準，若 設 計者 有 特 別要 求 耐 震 結 構 用之 SA 級 鋼 筋 續 接 器 ， 設計 圖 說 可 能 引 用 前述 舊 有 規範 [5-8]， 如 無 特 別 要求 SA 級 ，則 可 能 依內 政 部 頒 版 混 凝 土 結
4 構 設 計規 範 [9]或 ACI 318 規範[10,11]，只 執 行 鋼筋 續 接 組 件 之 基 本 拉 伸 試 驗，要求 續 接 處 抗 拉 強度 至 少 達 鋼 筋 規 定 降伏 強 度 下 限 值 之 1.25 倍 (1.25𝑓𝑦)。 雖 然 我 國 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 [9]第 5.15.3 節 解 說 提 到 機 械 式 續 接 器 續 接 除 其 強 度 規 定 外 ， 應 考 慮 滑 動 量 、 延 展 性 、 伸 長 率 、 實 測 強度、續接 位 置、續 接 器 間 距、保 護 層 厚 度等 對 構 材 之 強 度、裂 縫 寬 度、延 展 性、耐 久 性 等之 影 響。但 也 因 為 鋼筋 之 機 械 式 續 接 器無 國 家 標準，故 未 規 定 性 能 合格 要 求，僅 指 出 結 構工 程 學 會 訂 定 之「鋼 筋 續 接器 續 接 規 範 與 解 說 」 [8]可 供 參 考 。 綜 合 上述 背 景，現 況 建 築 工程 鋼 筋 機 械 續 接 之 合格 要 求， 從 嚴檢 驗 者 會要 求 SA 級 性 能 須 執行 單 向 拉 伸 、 滑 動 量以 及 高 塑 性 拉 壓 反復 負 載 試驗，即 前 述 舊 版 規 範 [5-8]要 求；從 寬 檢 驗者 只 執 行 基 本 拉 伸 試 驗 要 求 續 接 組 件 抗 拉 強 度 至 少 1.25𝑓𝑦[9-11]， 忽 視 機 械 續 接 處 滑 動 量 對 於 構件 裂 紋 控 制 及 耐 震 性能 之 影 響。台 灣 絕 大多 數 人 口 居 住 於 鋼筋 混 凝 土造 建 築 物 內，氣 候 潮濕 若 混 凝 土 構 件 裂 紋過 大 容 易 使 水 汽 接觸 鋼 筋 導致 鋼 筋 銹 蝕 影 響 耐 久性，加 上 全 島 位 於 強震 區 所 有 建 築 物 均需 要 抵 抗 地 震 ， 鋼 筋 機 械 續 接 有 必 要 嚴 格 檢 驗 確 保 其 使 用 性 及 耐 震 性 能 。 由 於 前 述 舊 有 鋼 筋 續 接 器 續 接 規 範 [5-8] 已 逾 十 年 未 更 新 ， 且 與 2015 年 新 訂 之 CNS 15560「 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 法 」[2]有 部 分 牴 觸 ， 確 實 需要 檢 討 更 新 ， 加 上 未來 新 高 強 度 鋼 筋 SD550W 及 SD690 以 及 業 界 對 大 尺 寸 鋼 筋 機 械 續 接 之 需 求 ， 機 械 式 續 接 工 法 不 斷 推 陳 出 新 ， 超 出 舊有 規 範 [5-8]之 適 用 範圍，業 界 期 盼 建 研 所一 併 檢 討 並 與 現 行 混 凝 土 結構 設 計 規 範 [9-11]整 合，期 納 入 新 版 混 凝 土結 構 技 術 規 範 [12]， 俾 利 工程 界 參 考 引 用，以 確保 建 築 工 程 鋼 筋 續 接施 工 品 質，維 護 國人 生 命 財產 安 全 。
第一章 緒論 5
第 二 節 文 獻 回 顧
有 關 本研 究 收 集 之 相 關 文 獻資 料，分 台 灣、日 本及 美 國 規 範 分 別 說明 如 下 ： 一 、 台 灣 鋼 筋 續 接 器 規 範 沿 革 台 灣 大約 從 30 年 前 開 始 自日 本 引 進 鋼 筋 機 械 式續 接 工 法 ， 當時 國 內 工程 界 對 於 續 接 器 的 性能 及 施 工 瞭 解 不 夠，亦 欠 缺 相 關 檢 驗 法 規， 導 致 劣質 的 續 接 器 被 濫 用，嚴 重威脅當時起造的結構安全。有鑑於此， 內 政部 1990 年 起 陸 續 研 擬續 接 器 相 關 基 準 草 案，至 1997 年 內 政 部建 研 所 委託 台 科 大 研 究「 鋼 筋續 接 器 續 接 施 工 規 範與 使 用 準 則 」，其中 使 用 準 則 經 過 格 式 修 改 以 設 計 規 範 附 錄 的 位 階 收 錄 於 中 國 土 木 水 利 工 程 學會 之「混 凝 土 工 程 設計 規 範 與 解 說 (土木 401-86) 」之 附 錄 乙 ： 機 械 式 續 接 器 續 接 [5]， 自 此 我 國 始 有 續 接 器 參 考 規 範 。 1999 年 內 政 部 營 建署 及 建 研 所 完 成「鋼 筋 續 接 施 工規 範 及 解說 (草 案 )」[6]，同年 921 大 地 震 後 開 始 推 廣 被 各 界 接 受 使 用 ， 此 後 我 國 鋼 筋 續 接 工 程 品 質 有 明 顯提 升。除 建 研 所 外，公 共 工 程 委 員 會 也 有頒 布 參 考 性 質 之 施工 綱 要 規 範 第 03210 章 鋼 筋 (2001)(2003)(2005)[13-15]也 有 鋼 筋 續 接 器 試 驗 相關 規 定 ， 惟 內 容 係 以日 本 規 範 [16,17]為 藍 本 加以 簡 化 。 自 921 地 震 後 經 過 幾 年 發 展，台 灣 續 接 器 產 業 生態 及 相 關 技 術已 有 改 變， 工 程 界 也 逐 漸 發 現 1999 年 以 前 制 定 之舊 規 範[5,6, 13-15]有 一 些 不夠 嚴 謹 之 處，在 某 些情 況 會 產 生 一 些 爭 議及 困 擾，2004 年 內 政 部 建 研所 完 成「 鋼 筋 續 接 器續 接 設 計 規 範 與 施 工規 範 及 解 說 研 修 」[7] 作 業，2007 年 中 華 民 國 結 構工 程 學 會 鋼 筋 續 接 器續 接 規 範 工 作 小 組工 作 報 告(CSSE 96-01)[8]沿 續 2004 年 版 建 研 所 報告 ， 再 提 出 「 鋼 筋 續 接 器 續接 設 計 規 範 與 解 說（ 建 議案 ）」、「 鋼 筋 續 接器 續 接 施 工 規 範 與 解 說（ 建 議 案）」、「 鋼 筋續 接 器 續 接 試 驗 法（ 建 議 案）」。圖 1-26 展 示 我國 鋼 筋 續 接 器 規 範 之演 進 。 自 1990 年 起即 由 內 政 部 建 研 所陸 續 推 動 修 訂 革 新 ， 參 考 日 本 建 築 中 心 之 鋼 筋 續 接 性 能 判 定 基 準 [17]起 草 。 自 2007 年至 2015 年，續 接器 規 範 編 修 工 作 便 陷於 停 頓，原 因之 一 是 土木 實 驗 室 受 TAF 認 證 節 制，而 TAF 僅 認 可官 方 版 本 [5, 6, 13-15] 的 續 接器 試 驗 方 法，不 認 可未 經 官 方 審 議 通 過 之學 會 參 考 規 範 [8]，亦 即 實 驗室 無 法 依 學 會 參 考 規範 [8]試 驗 並 出 具 TAF 認 可 標 誌 之 試 驗報 告 ， 即無 法 用 於 公 共 工 程 。 有 鑑 於 此 ， 經 濟 部 標準 檢 驗 局 自 2006 年 起 開 始 草 擬 鋼 筋 機 械 式 續 接 檢 驗 法 ， 以 美 國 材 料 與 試 驗 協 會 出 版 之 ASTM A1034 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 法 [18]為 藍 本 ， 惟 ASTM A1034 內 容 與 國內 業 界 使 用 多 年 的 日 系 規 範 [5-8, 13-15]試 驗 法 不一 致，改 用 美 規 或 是 沿 用 日 系 規 範 之 爭 議 討 論 多 年 ， 延 宕 至 2015 年 才 定 案 CNS 15560 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 法 [2]，今 後 試 驗 方 法 爭 議 應 可 平 息。 本計 畫 主 持 人 李 宏 仁 [19]整 理 國 內 鋼 筋 續 接 器 規 範 歷 年 之 重 要 變 革 及 爭 議 ， 如 表 1-1 所示 。 然 而 現況 CNS 15560 鋼 筋 機械 式 續 接 試 驗 法 [2]只規 定 試 驗 方 法， 相 關 檢驗 頻 率 及 合 格 標 準 (Acceptance criteria)仍 應 由 各主 管 機 關 另 訂 規 範 之。 過 往 土 木 實 驗 室 認 證 之 試 驗 規 範 [5, 6, 13-15]與 CNS 15560 多 有 牴觸 ， 故 本 研 究 加 以 重整 。 各 界 期 待 主 管 機 關 訂 定 相 關 規 範 ， 公 共 工 程 委 員 會 先 於 2015-2016 年 間 委 託 台 灣 營 建 研 究 院 辦 理 施 工 綱 要 規 範 第 03210 章 鋼 筋 V4.0[20]之編 審 工 作，本 計 畫主 持 人 亦 協 助 編修 及 審 查，2017 年 小 幅 修 正為 V4.1 版 。 此 版 規範[20]以 CNS 15560 試 驗 法 為 準 ， 沿 用業 界 慣 用續 接 器 規 範 [5,6] 之 性 能 分 級(SA 及 B 級 )與 合 格標 準 ， 適 用於 普 通 強度 鋼 筋 (SD 490 以 下、#11 以 下)之 續 接 器，未 來 CNS 560 如 新 增 高 強度 SD 550W 及 SD 690 鋼 筋 ， 仍 須 要 持續 檢 討 修 訂 。
第一章 緒論 7 台 灣 混 凝 土 學 會 另 有 一 份 技 術 報 告 高 強 度 鋼 筋 續 接 器 續 接 性 能 規 範[21]，內 容 較 接 近 日 本土 木 學 會 之 鉄 筋 定 着･継 手指 針 [22]、國 土 交 通 省 建 築 物 構 造 構 造 関 係 技 術 基 準 解 説 書 [23]之 要 求 ， 其 中 對 於 高 塑 性 拉壓 反 復 試 驗 之 要 求 不像 我 國 舊 有 規 範[5-8]嚴 苛。考 慮 高 強 度鋼 筋 應 力應 變 特 性 與 普 通 強 度鋼 筋 之 差 異，高 塑 性拉 壓 反 復 試 驗 之 負載 程 序 有必 要 再 檢 討 。 台 灣 鋼筋 續 接 器 續 接 性 能 規範 經 過 二 十 年 演 進，現 況 市 場 上 主鋼 筋 等 級 以 SD420(W)占 絕 大 多 數 ， SD490(W)亦 有 人 使 用 ， 未 來 新 增 SD550W 及 SD690 高 強 度 鋼 筋 ， 建 築 結 構 主 鋼筋 號 徑 介 於 #6(D19)至 #12(D39)之 間。 市 面 上 可 選 擇 的 鋼 筋 續 接 器 樣 式 有 摩 擦 銲 接 式、擴 頭 滾 壓 螺紋 式、冷 壓 型 鍛 套 管、螺 紋 節 鋼 筋 續 接 器、灌 漿 填 充 續 接 套管 等 樣 式， 續 接 器 本 身 並 無 國家 標 準 規 格 。 無 論 續 接 器 樣 式 為 何 ， 鋼 筋 機 械 式 續 接 可 依 其 性 能 分 為 第 二 類 (SA 級 )或 第 一 類 (B 級 )機 械 式 續 接 ， 鋼 筋 機 械 式 續 接 之 性 能 試 驗 及 續 接 性 能等 級 判 別 應 依 選 用 之規 範 [5-8, 20]規 定 辦理。原 則 上，SA 級 續 接 後 強度、變 形 及 韌 性 與 鋼筋 母 材 相 近，亦 符 合混 凝 土 結 構 設 計 規範 [9]或 ACI 318 [10]規 範 之 第 二 類 (耐 震 結 構 用 )機 械 式 續 接 。 B 級 續 接 後 僅 強度 與 鋼 筋 母 材 相 近，也 符合 混 凝 土 結 構 設計 規 範 [9]或 ACI 318 [10,11]規 範 之 第 一 類 機 械 式 續 接 。 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 [9]第 15.3.6.5 節 規 定第 一 類 機 械 式 續 接 不得 使 用 於 梁、柱 接 頭面 或 地 震 時 鋼 筋 可能 降 伏 處起 算 兩 倍 構 材 深 度 範圍 內，第 二 類 機 械 式續 接 則 准 許 使 用 於任 何 位 置。 台 灣 現行 鋼 筋 機 械 式 續 接 性能 試 驗 項 目 如 表 1-2 所 示， 耐 震 結構 用 SA 級 續 接 器 須 執 行 之 試驗 項 目 有 (1)續 接 試 體單 向 拉 伸 及 滑 動 試 驗； 及 (2)續接 試 體 高 塑 性 反 復 負載 試 驗 ， 加 載 程 序 及滑 動 量 量 測 如 圖 1-3 至圖 1-5 所示 。
8 為 了 符合 CNS15560 鋼 筋 機械 式 續 接 試 驗 法 [2]，工 程 會 施 工 鋼要 規 範 03210 章 V4.0[20]規 定 之 鋼筋 機 械 式 續 接 試驗 布 置 如 圖 1-6 所 示。 其 他 舊規 範 [5-8, 13-17]與 CNS15560 試 驗 法[2]牴觸 問 題 點 在 於 伸 長計 量 測 軸向 變 形 之 標 定 長 度 ， CNS15560 規 定 之 標定 長 度 等 於 續 接 器或 續 接 套管 長 度 加 上 2 倍 至 6 倍 鋼筋 標 稱 直 徑 d，源 自 美 規 ASTM A1034 規 定[18]， 但 其 他 舊 規 範[5-8]或 日 系 規 範 [13-17]之 伸 長 計 標 定 長 度 為 續 接 器本 體 長 度 兩 端 各加 1/2 鋼 筋 直 徑或 20 mm 取 大值 「 為 原 則 」 ， 無 受 壓挫 曲 疑 慮 時 最 大 可取 50 cm。換 言 之，美 規 [2, 18, 20]之 標 定 長 度 範 圍較 窄 (本 體長 +2d 至 本 體 長 +6d)，而 日 系 規範 之 標 定 長 度 範 圍 較 寬 (本 體 長 +40 mm 起，至 多 50 cm)，除 非 續 接 套管 過 長，否 則 日 規 標 點 距 離長 度 其 實 較 有 彈 性。但 是，我國 規 範 [5-8]在 翻 譯日 文 時 省 略「 為 原 則 」三 字 ， 導 致 規 範 文 字為 續 接 器 本 體 長 度 兩端 各 加 1/2 鋼 筋 直徑 或 20 mm 取 大 值，無 受 壓 挫曲 疑 慮 時 最 大 可取 50 cm 為伸 長 計 標 距 。 TAF 認 證 委 員 從 嚴 解 釋 變 成 兩 者 擇 一，完 全 失 去 彈 性，造 成 執 行 上 之 困 擾。經 多年 紛 擾 與 爭 論，現 今確 認 國 家 標準 CNS 15560 試驗 法，標 定 長 度取 本 體 長 +2d 至 本 體長 +6d 之 間 皆 可 ， 屬於 中 庸 較 有 彈 性 之作 法，今後 試 驗 法 爭 議 應 可 平息，後 續 工 作 是 制 定鋼 筋 機 械 式 續 接 之檢 驗 頻 率及 合 格 標 準 。 我 國 舊 有 續 接 器 性 能 規 範 [5-8]另 一 個 較 具 爭 議 的 問 題 在 於 韌 性 指 標 的不 一 致 。 如 圖 1-7 所 示 ， 早期 土 木 401-86 乙[5]有 兩 個 韌 性指 標 伸 長 率𝜀𝑢𝑐或 是 延 展 性𝜀𝑑𝑐， 兩 者 的 計 算 都 是 拿 試 驗 前 後 之 跨 越 續 接 器 本 體之 組 件 伸 長 量 除 以 標點 距 離，惟 組 件 伸 長率𝜀𝑢𝑐之 標 點 距 離 較長 (藍 色 線 段 )， 而 延 展 性𝜀𝑑𝑐之 量 測 標 點 距 離 較 短 (紅 色 線 段 )， 後 者 標 點 距 離 又被 侷 限，以 同 一 試 體而 言，延展性指標之合格標準相對較嚴苛， 但 是 實務 上 執 行 有 困 難，因為 延 展 性 量 測 需 要 伸長 計 全 程 架 設 至 鋼筋 拉 斷 為止，實 驗 風 險 很 高，實 務 上 不 採 用。但 也 由 於 兩 個 指 標 合 格 標
第一章 緒論 9 準 不 一致 且 實 驗 代 價 差 異 很大 ， 常 衍 生 驗 收 上 之爭 議 。 況 且 ， 實 務 上 鋼 筋 有 不 同 直 徑 或 是 不 同 降 伏 強 度 的 鋼 筋 對 鋼 筋 續 接，其鋼 筋 降 伏 塑 性 變 形 將只 會 集 中 於 直 徑 較 小或 是 強 度 較 低 的 一段 鋼 筋 上 ， 此 時 無 論 以 組 件 伸 長 率𝜀𝑢𝑐或 延 展 性𝜀𝑑𝑐之 量 測 均 不 合 理 (試 驗 結 果 會 偏 低 ， 容 易 不 合 格 )。 韌 性 指 標 量 測 目 的 為 確 保 被 續 接 鋼 筋 之 塑 性 變形 能 力 與 母 材 鋼 筋 相近，不 應 該 量 測 跨 越續 接 器 本 體 之 組 件伸 長 率 或 是 延 展 性 。 因 此 何 明 錦 [7]及 陳 正 誠 [8]等 人 在 十 年 前 即 提 案 使 用 續 接處 外 鋼 筋 直 徑 收 縮 率作 為 替 代 之 韌 性 指 標 ， 如圖 1-7 所 示， 惟 此 法 量 測 較 麻 煩 且 量 測 不 確 定 度 較 高 (受 斷 裂 位 置 影 響 變 異 較 大 )， 實 驗 室 接受 度 較 低 ， 並 不 普 及 。 有 鑑 於此 ， 作 者 建 議 TCI 技 術 報 告[20]及 工 程會 施 工 綱 要 規 範第 03210 章 V4.0[20] 採 用 續 接 處 外 鋼 筋 之 伸 長 率 (圖 1-7)， 試 驗 前 於 續 接 器 兩側 之 鋼 筋 上 各 刻 劃 兩個 標 示 ， 如 圖 1-6 所 示， 標示 點 距 離 續接 器 兩 端或 夾 具 均 不 得 小於 1/2d 及 20 mm，以 量 測續 接 處 外 兩 側 鋼 筋之 伸 長 量，取 較 大 值。量 測 續接 處 外 鋼 筋 之 伸 長 率具 有 諸 多 優 勢，可適 用 於 各種 機 械 式 續 接、不 同直 徑 或 不 同 強 度 鋼 筋續 接，有 時 續 接 處發 生 滑 脫、拔 出、或 鋼 筋 無 明顯 頸 縮 斷 裂、或 鋼 筋斷 裂 於 套 管 內 時，可 能 無 法檢 出 直 徑 收 縮 率 ， 此時 仍 可 量 測 續 接 處 外鋼 筋 之 伸 長 率 。 最 後 ，不 同 版 本 之 續 接 器 規範 [5-8, 20, 21-23]中 有 關 於高 塑 性 反 復 試 驗之 滑 動 量 計 算 方 法 有些 差 異，李 宏 仁、王淑 真 [24]及 陳 智 軒[25] 等 人 曾研 究 前 開 規 範 滑 動 量計 算 公 式，執 行 高 塑性 反 復 負 載 試 驗 比對 不 同 版本 的 滑 動 量 計 算 公 式， 經 檢 討 建 議 圖 1-5 之 計 算 法 最為 嚴 謹 。 本 研 究將 以 此 法 為 基 準 再 做些 微 修 正 。 二 、 日 本 鋼 筋 續 接 器 相 關 規 範 日 本 鋼筋 續 接 器 之 技 術 及 使用 頻 率 領 先 全 球，機械 式 續 接 之 品質
10 管 制 標準 可 供 借 鏡。日 本在 1980 年代 已 經 有 相當 嚴 謹 的 續 接 器 規 範， 有 日 本 土 木 學 會 的 鉄 筋 継 手 指 針 工 程 [16]與 日 本 建 築 學 會 鉄 筋 混 凝 土 造 配 筋指 針 [17]，兩 者 要 求有 差 異。日 本 鋼 筋 續接 性 能 分 成 FA 級 (耐 高 週 次疲 勞 )、 SA 級 (耐 震 )、 A 級 、 B 級 、 C 級 ， 續接 性 能 與母 材 鋼 筋對 比 關 係 如 表 1-3 所 示。 2007 年 日 本 土 木 學 會 出 版 鉄 筋 定 着 ･継 手 指 針 [22]， 日 本 國 土 交 通 省 頒布 建築 物 の 構 造 関係 技 術 基 準 解 説 書 [23]， 政令 第 73 條 ，鉄 筋 の 継手 及 定 着，內 容 與 土木 學 會 一 致，此 後 日本 土 木 與 建 築 工 程鋼 筋 續 接性 能 要 求 趨 於 一 致，刪 除 FA 級，留下 SA 級、 A 級、 B 級 、 C 級 共 四 級 。 表 1-4 是 日 本 鋼 筋 續 接 性 能 判 定 基 準 ， 試 驗 名 稱 及 加 載 程 序 與我 國 規 範 不 盡 相 同，我 國早 期 的 土 木 401-86 附 錄 乙 [5,6]之續 接 性 能 分 級 即 參 考 日 本 規 範 而 來 ， 惟 經 過 編 審 程 序 考 量 台 日 國 情 不 同 ， 最 後 決定 之 台灣 SA 級 續 接性 能 合 格 標 準 竟 然 比日 本 還 嚴 格 ， 一 鋼筋 續 接 器若 能 符 合 台 灣 SA 級 續 接 性 能 要 求 ， 就能 符 合 日 本 SA 級續 接 性 能 要求，反 之 則 未 必，台日 續 接 規 範 之 詳 細 差異 比 較 詳 閱 參 考 文獻 [24, 25]。 本 研 究再 次 歸 納 目 前 日 本 續接 器 規 範 [22,23]的 幾 項 重要 原 則 ： 1. 續 接 性 能 優 劣 對 照 組 為 鋼 筋 母 材 ； 2. 續 接 性 能 合 格 標 準 皆 為 定 量 指 標 如 強 度 、 勁 度 、 滑 動 變 形 、 韌 性 等， 不 限 定 破 壞 模 式 或破 壞 位 置 ； 3. 土 木 與 建 築 結 構 自 2007 年 起 標 準 一 致 。 三 、 美 國 鋼 筋 續 接 器 相 關 規 範 美 國 在鋼 筋 續 接 器 的 使 用 不若 日 本 及 台 灣 頻 繁 ，建 築 工 程 主 要 使 用 美國 混 凝 土 學 會 ACI 318 規範，1995 年 版 開 始 有 第一 類 機 械式 續 接，只 要 求接 合 強 度 至 少達 鋼 筋 1.25𝑓𝑦之 強 度。ACI 318 規 範 1999
第一章 緒論 11 年 版 再增 加 第 二 類 機 械 式 續接 ， 額 外 要 求 接 合 強度 應 至 少 達 鋼 筋 之 抗 拉 強 度 規 定 值𝑓𝑢以 上 ， 試 驗 法 及 性 能 要 求 甚 為 簡 略 ， 不 若 日 本 及 台 灣 規範 嚴 格 要 求 滑 動 量 及伸 長 率 等 項 目，迄 今 ACI 318-14 規 範[10] 仍 只 有 第 一 類 (接 合 強 度 至 少 1.25𝑓𝑦)及 第 二 類 續 接 (接 合 強 度 至 少 1.25𝑓𝑦及𝑓𝑢以上 )。 美國 ACI 318-14 規 範[10]第 一 類機 械 式 續 接 要求 接 合 強 度 達 鋼 筋 1.25𝑓𝑦之強 度 ， 目 的 是 確 保 95%以 上 的 第 一 類 續接 可 以 使 被 續 接 鋼 筋 可以 進 入 降 伏 平 台 ； 而第 二 類 機 械 式 續 接 要求 接 合 強 度 應 大 於 鋼 筋 抗 拉 強 度 規 定 值𝑓𝑢， 目 的 是 確 保 續 接 之 鋼 筋 可 以 發 生 若 干 程 度 應 變 硬化，但 不保 證 續 接 之鋼 筋 可 以 達 到 鋼 筋 實際 抗 拉 強 度𝑓𝑢𝑎後 拉 斷 ， 假若 續 接 之 鋼 筋 實 際 抗拉 強 度 過 高 ， 可 能 會使 斷 裂 發 生 在 機 械 式 續 接處 ， 因 此 限 定 接 合 試體 破 壞 模 式 在 鋼 筋 續接 處 外 斷 裂 是 不 合 理 的 要求 ， 因 為 鋼 筋 抗 拉 強度 並 沒 有 規 定 上 限 值。 美 國 國家 標 準 技 術 研 究所 NIST 於 2014 年 一 份 技術 報 告 [26]評 估 耐 震結 構 用 高 強 度 Grade 80 ksi (550 MPa)及 Grade 100 ksi (690 MPa)鋼 筋 之 可 行 性，結 論 建 議 ACI 318 增 加 第 三 類 機 械 式 續 接，要 求 續 接處 外 鋼 筋 至 少 達 鋼 筋實 際 抗 拉 強 度𝑓𝑢𝑎對 應 之均 勻 伸 長 量 (Uniform Elongation)或 至 少 8%應 變。第 三 類 機 械 式 續 接 接 合 強 度 若 能 達 到𝑓𝑢𝑎應能 拉 斷 鋼 筋，由於 鋼 筋 抗 拉 強度 規 定 值沒 有 上 限，對 於 高 強 度鋼 筋 可 能 會 導 致 續 接處 斷 裂 或 拔 出 ， 所 以另 訂 續 接 處 外 鋼 筋 之 均 勻伸 長 率 至少 8%，可 以 參 考 。 在 美 國機 械 式 續 接 已 經 被 廣泛 用 於 混 凝 土 結 構 ，因 為 其 取 代 鋼 筋 搭 接可 以 有 效 地 節 省 空 間便 於 施 工 。 然 而 在 大部 分 應 用 被 侷 限 於 弱 震 區， 因 為 現 行 美 國 建 築及 橋 樑 規 範 [10, 27-29]禁 止 在 中 震 及 強 震 區 結構 塑 鉸 區 使 用 機 械 式續 接。唯有 橋 樑 預 鑄工 法 常 在 橋 柱 -基礎 接 合 處使 用 砂 漿 填 充 式 續 接套 管 ， 然 而 這 種 工 法也 被 橋 樑 規 範 要 求
12 只 能 用於 弱 震 區 。 2015 年 後 美 國 陸 續 有 實 驗 研 究 探 討 中 震 和 強 震 區 之 橋 柱 塑 鉸 區 使 用 機 械 式 續 接 ， Ameli et al.[30]測 試 三 柱 橋 柱 試 體 塑 鉸 區 使 用 灌 漿 填 充 續 接 套 管 ， 柱 受 側 向 反 復 荷 載 之 位 移 韌 性 比 超 過 5.0， 顯 示 灌 漿填 充 續 接 套 管 可 以 被用 在 強 震 區 橋 柱 塑 鉸區。同 時 Ameli and Pantelides[31]的 數 值 分 析 顯 示 橋 柱 塑 鉸 區 使 用 續 接 套 管 是 可 以 模 擬 的。Yang 等 人 [32]完 成 的 另一 個 橋 柱 實 驗 研 究 使用 不 同 類 型 的 續 接 套 管 (剪 力 釘 型 及 冷 鍛 壓 合 型 )來 修 復 續 接 橋 柱 斷 裂 的 主 筋 ， 實 驗 顯 示 修 復後 之 橋 柱 可 以 恢 復 其側 力 強 度 及 變 形 能 力。 最 後 Tazarv and Saiidi[33]調 查 不 同 的 續 接 套 管 ， 包 括 剪 力 螺 釘 型 、 熱 鍛 擴 頭 續 接 、 灌 漿 填充 續 接 套 管 、 螺 紋 式續 接 器 以 及 冷 鍛 壓 合續 接 套 管 等 ， 經 過 徹 底 的文 獻 調 查 及 試 驗 回 顧， 他 們 歸 納 以 下 結 論： 剪力 螺 釘 續接 套 管 ─ 拉伸 試 驗 顯示 其 強 度 及變 形 能 力較 差 ， 因 為 應 力 集 中 於 剪 力 螺 釘 處 ， 研 究 建 議 此 型 續 接 套 管 不 宜 用 於 耐震 結 構 。 熱 鍛擴 頭 續 接器 ─ 拉 伸 試驗 顯 示 其能 發 展 鋼 筋抗 拉 強 度 及 極 限 變 形 ， 但 高 應 變 率 時 會 減 損 其 變 形 能 力 ， 柱 構 件 實 驗 顯 示 此類 型 續 接 器 可 用 於 強震 區 結 構 柱 塑 鉸 區 無疑 慮 。 灌漿 填 充 續接 套 管 ─ 拉伸 試 驗 顯示 其 能 發 展鋼 筋 抗 拉強 度 ， 但 是 其 變 形 能 力 通 常 低 於 母 材 鋼 筋 ， 柱 構 件 實 驗 亦 顯 示 ， 主 筋 以 續 接 套 管 續 接 之 柱 韌 性 低 於 連 續 主 筋 對 照 柱 ， 原 因 是 塑 性 應 變 集 中 於 續 接 處 外 。 這 個 問 題 可 以 藉 由 調 整 續 接 套 管 位 置 (離 開 臨 界 斷 面 )或 是 將 續 接 處 外 鋼 筋 的 握 裹 移 除 (debond)， 例 如 包 覆 彈 性 材 ， 舒 緩 應 變 集 中 ， 即 可 恢 復 韌 性 。 螺 紋式 續 接 器 ─ 一 般 而 言， 經 擴 頭滾 壓 螺 紋 直牙 的 接 頭可
第一章 緒論 13 以 完 全 發 展 鋼 筋 之 抗 拉 強 度 ， 但 鋼 筋 經 車 削 錐 拔 螺 紋 接 頭 就 不 太 能 夠 發 展 鋼 筋 之 抗 拉 強 度 。 柱 構 件 實 驗 顯 示 ， 柱 主 筋 使 用 具 有 擴 頭 滾 壓 螺 紋 直 牙 的 接 頭 續 接 ， 其 構 件 性 能 不 亞 於 現場 一 體 澆 置 、 鋼 筋 連續 之 柱 構 件 。 冷 鍛壓 合 續 接套 管 ─ 實 驗數 據 非 常有 限 ， 儘 管有 限 的 試驗 顯 示 其 可 以 發 展 鋼 筋 之 抗 拉 強 度 ， 但 是 研 究 者 沒 有 具 體 結 論 是 否可 用 於 強 震 區 結 構 塑鉸 區 。 綜 合 上述 諸 多 研 究 顯 示 ， 已經 有 若 干 型 式 的 續 接器 或 續 接 套 管 經 構 件試 驗 證 實 可 以 用 於 耐震 結 構 塑 鉸 位 置 ， 但是 需 要 更 嚴 格 的 品 質 檢 驗準 則 。 儘 管 現 行 ACI 318 規 範[10]有 要 求第 二 類 機 械 式 續 接 須 能 使被 續 接 鋼 筋 發 展 至 規定 抗 拉 強 度 ， 也 預 期第 二 類 機 械 式 續 接 須 能 承受 多 次 反 復 非 彈 性 應變 ， 但 是 美 國 實 務 上針 對 機 械 式 續 接 並 沒 有 較嚴 格 的 品 質 檢 驗 程 序。 土 木 工程 方 面 ， 與 台 灣 同 處於 環 太 平 洋 地 震 帶 的加 州 交 通 部 標 準 規 範[27]可以 借 鏡。依 California Test 670 鋼 筋 機 械 與 銲接 續 接 試 驗 法 [28]檢 核 使 用 性 (Service)及 極 限 (Ultimate)性 能 ， 使 用 性 能 依 圖 1-8(a)程 序，自 3000 psi (21 MPa)將 伸 長 計 歸 零、應 力 加 載 至 30,000 si (210 MPa)再 減 載 至 3000 psi (21 MPa)，量 測 續 接 處 之 相 對 滑 動 量， 不 得 超過 表 1-5 之 規 定 值 。此 法 主 要 是 對 ASTM A706[29] Grade 60 ksi (420 MPa)鋼 筋，規 定 降 伏 強 度 為 60,000 psi，換 句 話 說，滑 動 試 驗 負 載上 下 限 分 別 為 0.5𝑃𝑦及 0.05𝑃𝑦。其 中𝑃𝑦為 對 應鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 之 軸力 。 實 務 上 ， 鋼 筋 稱 號 在 #7 (D22)以 上 比 較 可 能 使 用 機 械 式 續 接 ， 以#8(D25)鋼 筋 為 例 ， 加 州交 通 部 標 準 之 滑 動 量不 超 過 0.7 mm， 非 常 寬 鬆，即 使是 原 本 AASHTO 規 範[34]滑 動 試 驗也 只 要 求 滑 動 量 不 得 超 過 0.25 mm， 台 灣 現 有的 續 接 器 規 範 [5-8, 19]類似 之 試 驗 項 目
14
(圖 1-3)之 滑 動 量 上 限 為 0.1 mm 則 有 過 嚴 之 虞 。 本 研 究 最 後 建 議 將 此 項 目滑 動 量 合 格 標 準 修 正為 0.3 mm。
極 限 (Ultimate)性 能 方 面，機 械或 銲 接 續 接 組 件抗 拉 強 度 應 達 80 ksi (550 MPa)，即 ASTM A706[35] Grade 60 (550)鋼 筋 之 規 定 抗 拉 強 度𝑓𝑢。換 句 話 說，亦 滿足 ACI 318 規範[10]第二類機械式續接之要求。
注 意 其最 終 要 求 為
a. Fail in the reinforcing bar but outside the affected zone, provided that the sample splice has visible necking or
b. Fail anywhere provided that the sample splice has achieved the strain requirement for necking.
翻 譯 如下 a. 若 試 體目 視 有 頸 縮 且 斷 裂 於鋼 筋、但不在續接 加工 影 響區， 或 b. 破 壞 於 任 何 位 置 ， 如 若 續 接 試 體 達 到 頸 縮 之 應 變 要 求 。 如 為 狀況 a，即 判 定 合 格；如 果 是 狀況 b，沒 有 明 顯 頸 縮、斷 裂 於 續 接處 或 夾 具 夾 持 處 、 或是 鋼 筋 滑 脫 、 拔 出 等其 他 破 壞 模 式 ， 則 量 測 續接 處 外 兩 段 鋼 筋 之 伸長 量 取 大 值 ， 不 得 少於 9%(#10-D32 鋼 筋 及 較小 者 )或 6%(#11-D36 鋼 筋 及 較 大者 )。注 意 此 標準 低 於 ASTM A706 Grade 60 鋼 筋 破 斷 伸 長 率 規 定 值 為 12% (#7~#11、 D22~D36) 及 10%(#14-D43、 #18-D57)。 對 照 表 1-6 我國 工 程 會 施 工綱 要 規 範 第 03210 章 鋼 筋 V4.0[20] 規 定 ，SA 級 機械 式 續 接 處外 鋼 筋 之 伸 長 率𝜀𝑠𝑢不 得小 於 CNS 560 標 準[1]，即 鋼 筋 母材 伸 長 率 規定 值，以 SD420W 或 SD490W 為 例，鋼 筋 號徑 D36 以 下 (含)伸 長 率規 定 值 為 13%以 上 ，工 程 會 規 範 要 求 比 較 嚴 格。 此 一 伸 長 率 門 檻 值對 於 SD 420W 或 SD490W 鋼 筋 並 不 算 太 高 ，但 是 對 於 更 高 強 度 鋼 筋 如 SD550W 或 SD690 就有 檢 討 的 空 間 。
第一章 緒論 15 在 此 重 申 加 州 交 通 部 標 準 規 範 [28-29] 對 於 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 並 不限 定 破 壞 模 式 或 是 破壞 位 置 ， 斷 裂 位 置 於鋼 筋 可 視 為 續 接 器 試 驗 合格 標 準 之 一 ， 但 並 不表 示 斷 裂 於 其 他 位 置是 不 合 格 的 。 對 比 1999 年 內 政 部 版 續 接 器 規 範 [6]要 求 破 壞 模 式 在 鋼 筋 續 接 處 外 斷 裂， 有 過 嚴之 虞。本 研 究 不 支 持 將 鋼 筋 斷 裂 位 置 列 為 合 格 或 不 合 格 標 準， 雖 然 直覺 上 是 合 理 的 ， 但 實務 上 卻 有 疑 慮 ， 例 如某 續 接 組 件 剛 好 接 合 一 帶有 瑕 疵 的 鋼 筋 母 材 反而 可 能 斷 裂 於 母 材 ，無 法 真 正 檢 驗 續 接 組 件 之韌 性 。 除 了 基本 使 用 性 能 及 極 限 狀況 要 求 外，針 對 California Test 670 [29]另 外 還 有 重 複 負 載 試 驗 (Cyclic test)及 疲 勞 試 驗 (Fatigue Test)各 一 次 。重 複 負 載 程 序 如 圖 1-8(b)， 以 正 弦 波 循 環負 載 頻 率 為 0.5 Hz (#10 以 上 )或 0.7 Hz (#10 以 下 )， 疲 勞 試 驗 應 力 範 圍 為 ±25,000 psi (172 MPa)、 以 正 弦 波 循 環 負 載 10,000 週 次 ， 頻 率 為 0.083 Hz (#10 以 上)或 0.35 Hz (未 滿#10)，續 接 處 不 得 產 生 疲勞 裂 紋 或 斷 裂。這部 分 Caltran 要 求 與 早 年 台 日規 範 之 FA 級 續 接 性能 相 似 但 有 差 異，基 本 上 還是 較 台 灣的 FA 級 寬 鬆 。 理 論 上， 疲 勞 破 壞 週 次 與 工作 應 力 範 圍 有 關 ， 宜依 據 個 別 結 構 設 計 之工 作 應 力 範 圍 依 S-N curve 決 定 目 標 週 次及 加 速 試 驗 用 應 力 範 圍 ，可 參 考 但 不 限 定 於 上述 10,000 週 次 及±25,000 psi (172 MPa) 應 力 範圍 。 然 而 ，橋 梁 、 鐵 道 等 交 通 工程 有 較 常 遇 之 循 環 載重 ， 故 鋼 筋 機 械 式 續接 方 有 疲 勞 試 驗 之 必要 。 如 若 在 具 有 高 週次 疲 勞 問 題 之 位 置 使 用 機械 式 續 接 ， 應 視 其 應力 範 圍 考 慮 採 用 耐 高週 次 疲 勞 之 機 械 式 續 接 。而 在 建 築 工 程 中 續 接 器 主 要 用 於 續 接 柱 主筋 ， 次 要 用 於 續 接 梁 主 筋， 建 築 梁 柱 構 架 沒 有常 遇 循 環 載 重 之 需 求， 故 無 疲 勞 試 驗 之 必 要 。本 研 究 只 針 對 建 築 工程 鋼 筋 續 接 器 之 應 用， 不 考 慮 疲 勞 試 驗
16 問 題 。
第 三 節 研 究 方 法 及 步 驟
本 研 究 案 研 究 方 法 包 括 ： (1) 文 獻 之 蒐 集 與 整 理 ； (2)鋼 筋 機 械 續 接 組件 試 驗；(3) 鋼 筋 續接 組 件 包 覆 混 凝 土 拉伸 試 驗；(4) 混 凝 土 梁 彎 曲試 驗；(5) 實 驗 數 據分 析 統 計；(6) 座 談 檢 討 及撰 寫 報 告。流 程 如 圖 1-9 所 示 ， 預 定 之 進度 如 表 1-7 所 示 。 採用 的 研 究 方 法 及 步 驟 說 明敘 述 如 後 。 一 、 文 獻 之 蒐 集 與 整 理 收 集 、整 理 相 關 文 獻 ， 一 方面 先 徹 底 研 究 相 關 規範 之 演 進 及 緣 由 ， 避免 本 研 究 之 內 容 與 現有 成 果 重 複 ， 另 一 方面 蒐 集 之 規 範 及 文 獻 資 料可 作 為 規 範 檢 討 及 實驗 數 據 比 對 分 析 的 參考 或 補 充 資 料 。 本 研 究 蒐集 到 重 要 相 關 規 範 及 文 獻 計 40 篇，其 中 規範 檢 討 及 比 對 結 果 彙 整 在前 一 節 中 詳 細 說 明 。 部 分 文 獻 資 訊 在 下 一章 中 引 用 。 二 、 鋼 筋 機 械 續 接 組 件 試 驗 本 研 究將 依 CNS 15560 鋼 筋 續 接 器檢 驗 法 測 試 國內 各 等 級 及 各 式 樣 的 鋼 筋 續 接 器 性 能 ， 計 測 試 CNS 560 鋼 筋 混 凝 土 用 鋼 筋 SD 420W、SD 550、SD 690 三 種 鋼 筋 等 級，累 計 測 試 #8(D25)、#11(D36)、 #12(D38)共 三 種 號 徑，三 種 鋼 筋 續 接 器 (摩 擦 銲 接、螺 紋 節 鋼 筋 續 接 器 、 灌 漿 填 充 續 接 套 管 )， 涵 蓋 三 種 工 法 (現 場 組 立 、 預 組 立 、 預 鑄 工 法)。最 大 宗 是 場 鑄 工法 SD 420W(#8-D25 及#11-D36)摩 擦 銲 接 式 續 接 組件 試 驗 70 組 及 26 組 零 滑動 對 照 組 試 驗。 其 中 高強 度 鋼 筋 SD 550、SD 690 係 以 日 規 螺 紋節 鋼 筋 續 接 器 及 砂 漿填 充 式 續 接 套 管 共 約 36 組，鋼 筋 母 材 對照 試 驗 6 組，試 體 在第一章 緒論 17 日 本 原廠 完 成 試 體 製 作 ， 養 護 28 日 後 海 運 來 台測 試 。 三 、 鋼 筋 續 接 組 件 包 覆 混 凝 土 拉 伸 試 驗 將 鋼 筋續 接 組 件 包 覆 混 凝 土模 擬 保 護 層 ， 再 執 行拉 伸 試 驗 混 凝 土 表 面之 裂 紋 寬 度，檢 討 續接 器 滑 動 量 規 定值 0.1 mm 或 0.3 mm 之 合 理 性。 試 驗 後 發 現 鋼 筋 在 彈 性 範 圍 只 有 15 cm 混 凝土 包 覆 長 度 不 足 以 誘發 裂 縫 ， 經 檢 討 決 定直 接 以 梁 構 件 試 驗 檢核 使 用 性 並 增 加 試 體 數 量。 四 、 混 凝 土 梁 彎 曲 試 驗 本 研 究 建 議 調 整 單 向 拉 伸 試 驗 之 彈 性 應 力 上 限 (由 0.60𝑃𝑦提 高 為 0.95𝑃𝑦)並 同 步 放 寬 滑 動 量 上 限 為 0.3 mm， 經 梁 構 件 彎 曲 試 驗 確 認 放 寬滑 動 量 上 限 對 於 構 件表 面 裂 紋 寬 度 之 影 響 。 本 研 究 共 設 計 四 組 梁 試 體 ， 分 別 是 (A)三 支 主 筋 皆 連 續 、 (B)三 支 主 筋 機 械 續 接 且 皆 密 合、(C)三 支 主 筋 機 械 續 接但 皆 不 密 合、(D) 三支 主 筋 機 械 續 接 其 中 一 支 密 合 另 二 支 不 密 合 。 每 組 試 體 製 造 兩 支 測 試 兩 次 確 認 重 現 性 。 五 、 實 驗 數 據 分 析 統 計 彙 整 上述 單 體 拉 伸 試 驗 、 包覆 混 凝 土 組 件 拉 伸 試驗 、 梁 彎 曲 試 驗 之 數據 作 統 計 分 析 ， 修 正鋼 筋 機 械 式 續 接 性 能 試 驗 合 格 標 準 。 六 、 座 談 檢 討 及 報 告 之 撰 寫 本 研 究包 含 召 開 專 家 座 談 會探 討 規 範 修 正 方 案 ，期 中 、 期 末 兩 次 報 告 審 查 ， 另 赴 中 國 土 木 水 利 學 會 混 凝 土 工 程 委 員 會 提 案 新 增 26.6.5 節 機 械 式 續 接 品 質 檢 驗 相 關 規 定 ， 編 審 期 間 彙 整 各 界 意 見 完 成 建 議案 。 此 外 ， 本 研 究 執行 期 間 亦 訪 問 台 灣 鋼筋 續 接 器 各 製 造 廠
18 商 及 日本 高 強 度 鋼 筋 續 接 套管 製 造 廠 商 ， 了 解 業界 最 新 技 術 發 展 及 市 場 情況 ， 於 一 年 內 順 利 完成 本 研 究 成 果 報 告 。
第 四 節 研 究 目 的
機 械 式續 接 工 法 20 年 來 已有 長 足 的 進 步 ， 但 由於 我 國 土 木 與 建 築 工 程鋼 筋 機 械 式 續 接 品 質檢 驗 尚 無 一 致 之 合 格標 準，導 致 市 面 上鋼 筋 續 接器 品 質 良 莠 不 齊 。 因應 新 訂 CNS 15560 鋼 筋 機械 式 續 接 試 驗 法，以及 未 來 新 高 強 度 鋼 筋 以 及 業 界 對 大 尺 寸 鋼筋 之 需 求，各 界 期待 建 研 所 能 協 助 訂 定 鋼 筋 機 械 式 續 接 性 能 合 格 標 準 及 施 工 品 質 檢 驗 準 則，經 本 研 究提 出 相 關 檢 驗頻 率、合 格 標 準、施 工 查 驗準 則，提 案 修 正 部 頒 版 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 或 新 版 技 術 規 範 ， 讓 業 界 可 以 參 考 引 用，確保 建 築 工 程 鋼 筋 機 械式 續 接 之 施 工 品 質，維 護 國 人 生 命 財 產安 全 。第一章 緒論 19 表 1-1 台 灣 鋼 筋 續 接 器 規 範歷 年 來 重 要 之 變 革 規 範 版 本 變 革 重 點 說 明 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 第 03210 章 V1-3 [13-15] 試 驗 方 法 參 考 日 本 土 木 學 會 鉄 筋 継 手 指 針 [16]加 以 簡 化 ， 只 有 一 級 。 性 能 允 收 標 準 相 當 於 日 本 A 級 續 接 ， 不 常 用 。 中 國 土 木 水 利 工 程 學 會 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 與 解 說 (土 木 401-86)之 附 錄 乙 , 1998 [5] 參 考 日 本 建 築 學 會 鉄 筋 混 凝 土 造 配 筋 指 針 及 解 說 [17]簡 化 而 得，續 接 性 能 分 成 FA、 SA、 A、 B 級 ， 名 稱 與 日 本 指 針 相 似 但 加 載 歷 程 及 合 格 要 求 較 嚴 ， 除 強 度 外 ， 還 要 求 滑 動 量、延 展 性 及 伸 長 率。 有 兩 個 韌 性 指 標 ， 延 展 性 或 伸 長 率 ， 試 驗 法 不 同 ， 允 收 標 準 不 一 致 造 成 困 擾 ； A 級 續 接 抗 拉 強 度 至 少 達1.25𝑓𝑦𝑎及𝑓𝑢以 上 ； SA 級 要 求 高 塑 性 (5 倍 及 10 倍 鋼 筋 實 際 降 伏 應 變 )反 復 負 載 各 8 回 ； 日 本 SA 級 只 要 2 倍 及 5 倍 鋼 筋 降 伏 應 變 各 4 回 。 內 政 部 營 建 署 暨 內 政 部 建 築 研 究 所 , 鋼 筋 續 接 施 工 規 範 及 解 說 (草 案 ),1999 [6] 性 能 等 級 刪 除 上 述 A 級，剩 下 三 級；SA 級 允 收 準 則 增 加 破 壞 模 式 在 鋼 筋 續 接 處 2 cm 以 外 斷 裂 。 審 查 過 程 增 加 破 壞 模 式 作 為 拒 收 理 由 。 有 時 斷 裂 於 續 接 處 ， 但 其 他 所 有 性 能 皆 符 合 要 求 ， 限 定 破 壞 模 式 有 過 嚴 之 虞 。 內 政 部 建 築 研 究 所 報 告，鋼 筋 續 接 器 續 接 設 計 規 範 與 施 工 規 範 及 解 說 研 修 , 2004[7] 刪 除 FA 級 ； 合 格 允 收 準 則 再 刪 除 破 壞 模 式 ， 修 正 SA 級 續 接 抗 拉 強 度 允 收 準 則 ， 另 以 鋼 筋 直 徑 收 縮 率 取 代 延 展 性 及 伸 長 率 為 韌 性 指 標 。 刪 除 難 以 執 行 試 驗 的 FA 級 ； 訂 正 SA 級 續 接 抗 拉 強 度 為1.25𝑓𝑦及 𝑓𝑢以 上 ； 以 鋼 筋 直 徑 收 縮 率 作 為 韌 性 指 標 ， 想 避 免 延 展 性 、 伸 長 率 、 與 破 壞 模 式 之 爭 議 。 中 華 民 國 結 構 工 程 學 會 , 鋼 筋 續 接 器 續 接 規 範 ,2007 [8] 沿 續 2004 年 版，修 正 SA 級 高 塑 性 為 6 倍 及 12 倍 鋼 筋 標 稱 降 伏 應 變 反 復 負 載 各 8 回 ， 修 改 當 週 次 滑 動 量 計 算 法 。 直 徑 收 縮 率 量 測 不 便 ， 實 驗 室 接 受 度 不 高 。 此 版 雖 未 限 定 破 壞 模 式 但 若 續 接 處 斷 裂 或 是 拔 出 ， 仍 無 法 檢 出 直 徑 收 縮 率 。 此 版 當 週 次 滑 動 量 計 算 法 較 不 嚴 謹 。 經 濟 部 訂 定 CNS 15560 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 法 [2] 參 考 美 國 材 料 與 試 驗 協 會 ASTM A1034 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 法 [18] 只 有 試 驗 方 法 ， 惟 各 試 驗 項 目 之 加 載 歷 程 及 性 能 允 收 標 準 仍 由 個 別 規 範 自 訂 。 符 號 說 明：𝑓𝑦 為 續 接 鋼 筋 之 規 定 降 伏 強 度 下 限 值；𝑓𝑦𝑎為 續 接 鋼 筋 之 實 際 降 伏 強 度； 𝑓𝑢為 鋼 筋 之 規 定 抗 拉 強 度 下 限 值 。 （ 資 料 來 源 ： 李 宏 仁 ， 2016 [19]） 表 1-2 台 灣 鋼 筋 機 械 式 續 接性 能 試 驗 項 目
20 試 驗 項目 SA 級 B 級 母 材 鋼筋 基 本 拉 伸 試 驗 ○ ○ 續 接 試體 單 向 拉 伸 及 滑 動 試驗 ○ ○ 續 接 試體 重 複 負 載 及 滑 動 試驗 X ○ 續 接 試體 高 塑 性 反 復 負 載 試驗 ○ X 續 接 試體 高 週 次 疲 勞 試 驗 △ △ 註 ： ○適 用 、 X 不 適 用 、 △僅 適 用 於 具 有 高 週 次疲 勞 疑 慮 之 續 接 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]） 表 1-3 日 本 鋼 筋 續 接 性 能 分級 對 應 母 材 鋼 筋 機 械性 質 續 接 組 件 母 材 鋼筋 (被 續 接之 鋼 筋 ) 強 度 勁 度 及變 形 延 展 性 疲 勞 強度 FA 級 ○ ○ ○ ○ SA 級 ○ ○ ○ A 級 ○ ○ B 級 ○ C 級 註 ： ○表 示 續 接 性 能 與 鋼 筋母 材 相 近 ， 空 白 表 示性 能 較 母 材 為 劣 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [22]）
第一章 緒論 21 表 1-4 日 本 規 範 續 接 器 性 能判 定 基 準 試 驗 項 目 SA 級 A 級 B 級 C 級 單 方 向 拉 伸 試 驗 抗 拉 強 度 ≥ 1.35𝑓𝑦 𝑜𝑟 𝑓𝑢 ≥ 𝑓𝑦 彈 性 模 數 𝐸0.7𝑓𝑦≥ 𝐸𝑠 𝐸0.95𝑓𝑦≥ 0.9𝐸𝑠 𝐸0.7𝑓𝑦≥ 0.9𝐸𝑠 𝐸0.95𝑓𝑦 ≥ 0.7𝐸𝑠 𝐸0.5𝑓𝑦≥ 0.9𝐸𝑠 𝐸0.95𝑓𝑦≥ 0.5𝐸𝑠 𝐸0.5𝑓𝑦≥ 0.9𝐸𝑠 𝐸0.7𝑓𝑦≥ 0.5𝐸𝑠
伸 長 率 𝜀𝑢≥ 20𝜀𝑦 & 0.04 𝜀𝑢≥ 10𝜀𝑦 & 0.02 𝜀𝑢≥ 5𝜀𝑦 & 0.01 － 滑 動 量 δ𝑠≤ 0.3 𝑚𝑚 δ𝑠≤ 0.3 𝑚𝑚 － － 高 拉 力 重 複 試 驗 抗 拉 強 度 ≥ 1.35𝑓𝑦 𝑜𝑟 𝑓𝑢 － 彈 性 模 數 𝐸30𝑐≥ 0.85𝐸1𝑐 𝐸30𝑐≥ 0.5𝐸1𝑐 𝐸30𝑐≥ 0.25𝐸1𝑐 － 伸 長 率 𝜀𝑢≥ 20𝜀𝑦 & 0.04 𝜀𝑢≥ 10𝜀𝑦 & 0.02 𝜀𝑢≥ 5𝜀𝑦 & 0.01 － 滑 動 量 δ𝑠(30𝑐)≤ 0.3 𝑚𝑚 δ𝑠(30𝑐)≤ 0.3 𝑚𝑚 － － 彈 性 域 反 復 試 驗 抗 拉 強 度 ≥ 1.35𝑓𝑦 𝑜𝑟 𝑓𝑢 － 彈 性 模 數 𝐸20𝑐≥ 0.85𝐸1𝑐 𝐸20𝑐≥ 0.5𝐸1𝑐 𝐸20𝑐≥ 0.25𝐸1𝑐 － 滑 動 量 δ𝑠(20𝑐)≤ 0.3 𝑚𝑚 δ𝑠(20𝑐)≤ 0.3 𝑚𝑚 － － 塑 性 域 反 復 試 驗 抗 拉 強 度 ≥ 1.35𝑓𝑦 𝑜𝑟 𝑓𝑢 － － 滑 動 量 𝜀𝑠(4𝑐)≤ 0.5𝜀𝑦 δ𝑠(4𝑐)≤ 0.3 𝑚𝑚 𝜀𝑠(8𝑐)≤ 1.5𝜀𝑦 δ𝑠(8𝑐)≤ 0.9 𝑚𝑚 𝜀𝑠(4𝑐)≤ 𝜀𝑦 δ𝑠(4𝑐)≤ 0.6 𝑚𝑚 － － 𝑓𝑦： 母 材 鋼 筋 之 規 定 降 伏 強 度 𝜀𝑦： 接 合 試 體 之 降 伏 應 變 𝑓𝑢： 母 材 鋼 筋 之 規 定 抗 拉 強 度 𝜀𝑢： 接 合 試 體 之 極 限 應 變 δ𝑠： 接 合 試 體 的 滑 動 量 𝐸𝑠： 母 材 鋼 筋 之 0.7𝑓𝑦割 線 剛 性 𝐸0.5𝑓𝑦、𝐸0.7𝑓𝑦及𝐸0.95𝑓𝑦： 接 合 試 體 之 0.5𝑓𝑦、0.7𝑓𝑦及 0.95𝑓𝑦割 線 剛 性 𝐸1𝑐、𝐸20𝑐及𝐸30𝑐： 接 合 試 體 於 第 1、 20 及 30 週 次 之 0.95𝑓𝑦割 線 剛 性 𝜀𝑠(4𝑐)及𝜀𝑠(8𝑐)： 接 合 試 體 於 第 4 及 8 週 次 之 當 週 次 軸 向 變 形 量 δ𝑠(4𝑐)、δ𝑠(8𝑐)、δ𝑠(20𝑐)及δ𝑠(30𝑐)： 接 合 試 體 於 第4、 8、 20 及 30 週 次 之 當 週 次 滑 動 量 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [22-23]， 表 格 製 作 陳 智 軒 [25]）
22 表 1-5 美 國 加 州 交 通 部 標 準規 範 鋼 筋 機 械 續 接 滑動 試 驗 要 求 鋼 筋 代號 稱 號 最 大 滑動 量 in. (mm) #4 D13 0.020 (0.5) #5 D16 0.020 (0.5) #6 D19 0.020 (0.5) #7 D22 0.028 (0.7) #8 D25 0.028 (0.7) #9 D29 0.028 (0.7) #10 D32 0.036 (0.9) #11 D36 0.036 (0.9) #14 D43 0.048 (1.2) #18 D57 0.060 (1.5) 註 ：原 AASHTO 規 範[27]滑 動 試驗 合 格 標 準為 0.01 in. (0.25 mm) （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [28]， 本 研 究 整 理 ）
第一章 緒論 23 表 1-6 公 共 工 程 委 員 會 施 工綱 要 規 範 03210 章 鋼 筋 V4.0 之 鋼 筋 機 械 式 續 接 性 能 允 收 標 準 續 接 試體 試 驗 項 目 SA 級 B 級 母 材 基本 拉 伸 試 驗 符 合 CNS 560 之 規 定 單 向 拉伸 及 滑 動 試驗 抗 拉 強度𝑓𝑢𝑐 ≥ 1.25fy 且 ≥ fu ≥ 1.25fy 滑 動 量𝛿𝑠 ≤ 0.1 mm ≤ 0.1 mm 續 接 處外 鋼 筋 之 伸 長 率𝜀𝑠𝑢 ≥ CNS 560 規定值 ≥ 2% 重 複 負載 及 滑 動 試驗 抗 拉 強𝑓𝑢𝑐 -- ≥ 1.25fy 滑 動 量 (𝛿𝑠)30c -- ≤ 0.3 mm 續 接 處外 鋼 筋 之 伸 長 率𝜀𝑠𝑢 -- ≥ 2% 高 塑 性反 復 負 載 試驗 抗 拉 強度𝑓𝑢𝑐 ≥ 1.25fy 且 ≥ fu -- 滑 動 量 (𝛿𝑠)16c ≤ 0.3 mm -- 滑 動 量 (𝛿𝑠)24c ≤ 0.9 mm -- 滑 動 量 (𝛿𝑠)32c ≤ 1.8 mm -- 續 接 處外 鋼 筋 之 伸 長 率εsu ≥ CNS 560 規定值 -- 高 週 次疲 勞 試 驗 續 接 處不 得 產 生 疲 勞 裂 紋 或 斷 裂 註 ：𝑓𝑢𝑐=續 接 試 體 實 測 抗 拉 負 載 除 以 鋼 筋 標 稱 剖 面 積 ；𝑓𝑦=鋼 筋 最 小 規 定 降伏 強 度 值 ；𝑓𝑢 =鋼 筋 最 小 規 定 抗 拉 強 度 值 ；𝜀𝑠𝑢=續 接 處 外 兩 側 鋼 筋伸 長 率 之 較 大 值 ， 量測 伸 長 率 之 標 記 點 距離 為 3 倍 鋼 筋 標 稱 直 徑 ，標 記 點 距 離 續 接 器 兩端 或 夾 具 均 不 得 小於 1/2 鋼 筋 標稱 直 徑 及 20 mm； 鋼 筋 續接 處 之 殘留 滑 動 量 及 當 次 滑 動量 如 圖 1-3 至 圖 1-5。 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]）
第一章 緒論 25 表 1-7 預 定 之 研 究 進 度 月 次 工 作 項 目 第 一 月 第 二 月 第 三 月 第 四 月 第 五 月 第 六 月 第 七 月 第 八 月 第 九 月 第 十 月 第 十 一 月 第 十 二 月 備 註 文 獻 蒐 集 及 整 理 試 驗 規 劃 與 試 體 製 作 續 接 組 件 單 體 試 驗 包 覆 混 凝 土 組 件 試 驗 梁 構 件 彎 曲 試 驗 試 驗 數 據 整 理 分 析 相 關 規 範 條 文 檢 討 報 告 撰 寫 期 中 報 告 ※ 6/30 期 末 報 告 ※ 10/13 結 案 報 告 ※ 12/08 研 究 進 度 百 分 比 3 6 13 19 31 43 55 67 82 91 97 100 預 定 查 核 點 第 1 季 ： 無 第 2 季 ： 期 中 報 告 第 3 季 ： 期 末 報 告 說 明 ： １ 工 作 項 目 請 視 計 畫 性 質 及 需 要 自 行 訂 定 ， 預 定 研 究 進 度 以 粗 線 表 示 其 起 訖 日 期 。 ２ 預 定 研 究 進 度 百 分 比 一 欄，係 為 配 合 追 蹤 考 核 作 業 所 設 計。請 以 每 一 小 格 粗 組 線 為 一 分，統 計 求 得 本 計 畫 之 總 分，再 將 各 月 份 工 作 項 目 之 累 積 得 分 (與 之 前 各 月 加 總 )除 以 總 分 ， 即 為 各 月 份 之 預 定 進 度 。 ３ 科 技 計 畫 請 註 明 查 核 點 ， 作 為 每 一 季 所 預 定 完 成 工 作 項 目 之 查 核 依 據 。
26 圖 1-1 台 南 維 冠 金 龍 大 樓 倒塌 現 場 鋼 筋 續 接 器 失敗 案 例 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 蒐 集 ， 蘇 模 原 技 師 提 供 ， 2016.02 照 片 ） 圖 1-2 台 灣 鋼 筋 續 接 器 規 範之 演 進 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
1980年代
1990年代
2000年代
2015年
三十年前自日本引進 1999年完成「鋼筋續接施工 規範及解說(草案)」審查 制定 CNS 15560 內政部開始研擬 相關基準草案 2004年建研所完成續接設計 規範與施工規範及解說研修 之作業 2007年結構工程學會提出: 「續接設計規範與解說（建議案）」 「續接施工規範與解說（建議案）」 「續接試驗法（建議案）」 1997年完成續接施工 規範與使用準則研究 施工綱要規範 第03210章鋼筋 2001年起開始有 鋼筋續接器試驗 相關規定第一章 緒論 27 圖 1-3 續 接 試 體 單 向 拉 伸 及滑 動 試 驗 加 載 程 序 示意 圖 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]， 李 宏 仁 繪 製 ， 2016） 圖 1-4 續 接 試 體 高 塑 性 反 復負 載 試 驗 加 載 程 序 示意 圖 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]， 李 宏 仁 繪 製 ， 2016）
