高強度鋼筋機械式續接性能
合格標準及驗證研究
成果報告
內 政 部 建 築研 究 所 委託 研究 報 告
中華民國 109 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)
高強度鋼筋機械式續接性能
合格標準及驗證研究
成果報告
執行單位：國立雲林科技大學
計畫主持人： 李宏仁
協同主持人： 林克強
研 究 助 理： 張子宥
研 究 助 理： 林明志
內 政 部 建 築研 究 所 委託 研究 報 告
中華民國 109 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)
I 目次 ... I 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 壹、研究緣起 ... 1 貳、研究背景 ... 2 第二節 文獻回顧 ... 7 壹、台灣混凝土學會 TCI，高強度鋼筋續接器性能規範 ... 7 貳、日本鋼筋續接指針 ... 8 參、美國鋼筋續接器性能規範 ... 9 第三節 研究方法及進度說明 ...12 壹、 文獻之蒐集與整理 ...12 貳、 鋼筋機械續接組件試驗 ...12 參、 座談檢討及報告之撰寫 ...13 第四節 研究目的 ...14 第二章 高強度鋼筋機械式續接器性能研究 ...27 第一節 研究採用之方法 ...27 第二節 採用研究方法之主因 ...29 第三章 SD550W 鋼筋續接組件試驗結果分析 ...43 第一節 試驗計劃 ...43 第二節 試驗結果與討論 ...44 壹、擴頭滾牙鋼筋續接組件 ...44 貳、摩擦銲接鋼筋續接組件 ...44 參、螺紋節鋼筋續接組件 ...44 肆、螺紋節鋼筋砂漿充填式續接套管 ...45 第四章 SD 690 鋼筋組件試驗結果分析 ...51 第一節 試驗計劃 ...51 第二節 試驗結果與討論 ...51 壹、螺紋節鋼筋續接組件 ...51
II 貳、螺紋節鋼筋砂漿充填式續接套管 ...52 第五章 結論與建議 ...59 第一節 結論 ...59 第二節 建議 ...61 附錄一 SD550W 續接組件試驗 ...69 A.1SD550W 擴頭滾牙續接組件試驗 ...71 A.2SD550W 摩擦銲接續接組件試驗(#11) ...85 A.3SD550W 摩擦銲接續接組件試驗(#11) ...97 A.4SD550W 螺紋節鋼筋續接組件試驗(日本製#12) ... 109 A.5SD550W 螺紋節鋼筋續接組件試驗(日本製#13) ... 131 A.6SD550W 螺紋節鋼筋續接組件試驗(#11) ... 153 A.7SD550W 砂漿充填式續接套管試驗(日本製#13) ... 169 附錄二 SD690 續接組件試驗 ... 191 B.1SD690 螺紋節鋼筋續接組件試驗(日本製#12) ... 193 B.2SD690 螺紋節鋼筋續接組件試驗(日本製#13) ... 215 B.3SD690 螺紋節鋼筋續接組件試驗(#10) ... 237 B.4SD690 螺紋節鋼筋續接組件試驗(#10) ... 251 B.5SD690 砂漿充填式續接套管試驗(日本製#13) ... 263 B.6SD690 砂漿充填式續接套管試驗(#10) ... 285 B.7SD690 砂漿充填式續接套管試驗(#10) ... 299 附錄三 期初評選會議紀錄及簽到表 ... 313 附錄四 第一次工作會議會議紀錄 ... 317 附錄五 第一次專家座談會會議紀錄 ... 319 附錄六 期中審查會議紀錄 ... 327 附錄七 期末審查會議紀錄 ... 333 附錄八 109 年度「高強度鋼筋機械式續接性能合格標準及驗證研究」成果說 明會 ... 339 附錄九 混凝土結構設計規範修正案 ... 349 附錄十 工程會施工綱要規範... 369 參考書目 ... 397
III 表 1- 1 鋼筋機械式續接試驗性能合格標準〔適用 490 MPa 等級下〕 ...15 表 1- 2 TCI 高強度鋼筋續接器續接性能規範(2014)之合格標準 ...16 表 1- 3 日本鋼筋續接性能分級對應母材鋼筋機械性質 ...17 表 1- 4 美國加州交通部標準規範鋼筋機械續接滑動試驗要求 ...18 表 1- 5 ICC-ES AC133 第二類機械式續接性能合格標準 ...18 表 1- 6 反復拉壓試驗程序 ...18 表 1- 7 研究進度及預期完成之工作項目 ...19 表 2- 1 鋼筋機械續接組件性能分級 ...33 表 2- 2 SA 級機械式續接塑性域的負載程序(草案) ...33 表 2- 3 不同等級鋼筋模擬 2 號梁斷面 ...33 表 2- 4 不同分析假設反算之鋼筋應變塑性率 ...34 表 2- 5 不同層間變位下試體之鋼筋應變 ...34 表 2- 6 420 與 550 等級母材鋼筋應變比較 ...34 表 3- 1 550 MPa 等級鋼筋機械續接試驗一覽表 ...47 表 4- 1 550 MPa 等級鋼筋機械續接試驗一覽表 ...54 表 5- 1 新版混凝土結構設計規範修正版 26.6.5 節鋼筋機械式續接試驗合格標 準 ...65
V 圖 1- 1 我國鋼筋續接器規範之演進 ...20 圖 1- 2 鋼筋機械式續接試驗裝置 ...20 圖 1- 3 高塑性反復負載試驗程序 ...21 圖 1- 4 日規單方向拉伸和滑動量試驗 ...22 圖 1- 5 日規高拉力重複載重試驗 ...22 圖 1- 6 日規彈性域反復載重試驗 ...22 圖 1- 7 日規塑性域反復載重試驗 ...23 圖 1- 8 California Test 670 之滑動試驗及重複負載試驗 ...23 圖 1- 9 ICC-ES AC133 反復拉壓試驗佈置照片 ...24 圖 1- 10 載重和被續接鋼筋應變之關係圖 ...24 圖 1- 11 載重和跨越續接器之伸長量關係圖 ...25 圖 1- 12 研究步驟 ...26 圖 2- 1 國內常見的續接器或續接套管 ...35 圖 2- 2 大尺寸鋼筋混凝土懸臂梁試體斷面配筋 ...35 圖 2- 3 鋼筋拉伸和二號梁試驗結果 ...36 圖 2- 4 二號梁試驗結果與斷面分析結果之比較 ...36 圖 2- 5 二號梁試體主筋應變歷時圖 ...37 圖 2- 6 鋼筋混凝土梁試體斷面配筋 ...38 圖 2- 7 鋼筋應力應變曲線圖 ...38 圖 2- 8 梁試體載重-層間變位角遲滯迴圈 ...39 圖 2- 9 梁 SBH60 側力變形包絡線程式與試驗比較圖 ...39 圖 2- 10 梁 SBH100 側力變形包絡線程式與試驗比較圖 ...40 圖 2- 11 梁 SBL100 側力變形包絡線程式與試驗比較圖...40 圖 2- 12 梁 SBM100 側力變形包絡線程式與試驗比較圖 ...41 圖 2- 13 鋼筋母材反復應力應變曲線之比較 ...41 圖 3- 1 550 MPa 鋼筋續接組件高塑性反復負載試驗程序 ...47 圖 3- 2 鋼筋續接組件歪斜示意圖 ...48 圖 3- 3 550 MPa 金屬類續接組件同軸度與滑動量比較圖 ...48 圖 3- 4 550 MPa 填充類續接組件同軸度與滑動量比較圖 ...49 圖 3- 5 550 MPa 續接組件同軸度與差異滑動量比較圖 ...49 圖 3- 6 550 MPa 等級#13 螺紋節鋼筋續接器試驗曲線 ...50 圖 3- 7 550 MPa 等級#13 螺紋節鋼筋砂漿填充續接套管試驗曲線 ...50 圖 4- 1 550 MPa 鋼筋續接組件高塑性反復負載試驗程序 ...55 圖 4- 2 690 MPa 續接組件同軸度與滑動量比較圖 ...55 圖 4- 3 550 MPa 續接組件同軸度與差異滑動量比較圖 ...56 圖 4- 4 690 MPa 等級#13 螺紋節鋼筋續接器試驗曲線 ...56
VI 圖 4- 5 690 MPa 等級#13 螺紋節鋼筋砂漿填充續接套管試驗曲線 ...57 圖 5- 1 現場組立及預組工法 SA 級續接器使用位置...66 圖 5- 2 現場組立及預組工法 A 級續接器使用位置 ...66 圖 5- 3 現場組立及預組工法 B 級續接器使用位置 ...67 圖 5- 4 預鑄工法 SA 級續接器使用位置 ...67 圖 5- 5 預鑄工法 A 級續接器使用位置 ...68
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 目前我 國 部頒 版「 混凝 土結構 設計 規範」[1]內容主 要是 參考美 國混凝 土學 會 ACI 318-05 規範[2]，其中 耐震梁 柱構架 及剪 力牆主 筋降伏 強度等 級上 限為 420 MPa。近 15 年來 ACI 318 規範經過 共 4 次 修 訂[3-6]，內容及 架構 已大幅 變革，其 中最大 的變革 是 ACI 318-19 規 範 [6]放 寬 耐 震 梁 柱 構 架 及 剪 力 牆 主 要 鋼 筋 可 使 用 高 強 度 550 MPa 和 690 MPa 等 級 鋼 筋 。 結 構 使 用 高 強 度 鋼 筋 可 以 降 低 鋼 筋 用 量，較經 濟且有 助於 舒緩梁 柱接 頭或剪 力 牆鋼筋 過於擁 擠、難 以施 工的問 題。我國 國家標 準 CNS 560[7]鋼筋規格 2018 年新增 550 MPa 和 690 MPa 等級鋼 筋，國內亦 有鋼 廠 能生 產，各 界 期盼 我國 混凝土 結構規 範跟進 ACI 318-19 規範[6]允許耐 震結構 使用高 強度 鋼筋。 為期使 我國規 範能 與時俱 進， 內政 部建研 所陸續 於 105 及 106 年辦理「混 凝土 結構技 術規 範之修 正研 擬 」[8]和「 建築 工程鋼 筋機 械式續 接性能 基 準 及驗證 研究 」[9]計畫，完成「新版 混凝 土結構 設 計 規範 草案」 ，惟 草案內 容係 以 ACI 318-14 規範 [5]為藍 本， 中 國 土木水 利工程 學會 混凝土 委員 會於 審議期 間參 考 ACI 318-19 規範 [6]更 新 部 分 內 容，規 範 修 正 版 允 許 耐 震 結 構 系 統 縱 向 鋼 筋 使 用 550 MPa 等 級，橫 向 鋼 筋 最 高 可 達 690 MPa 等級。國 人 房 屋 住 宅 多 數 為 鋼筋混 凝土造，近年 來 都會 區 建 築物有 趨 向 高樓 化，需要 使用 較 大 號 徑 或較 高強 度 鋼筋 ， 因 此 鋼筋 使用 機械 式續 接較 美國 更 為普 遍 。 因應修 正版擬 允許 使用 550 和 690 MPa 等級鋼筋，本研 究 建 議修正 鋼筋機 械式續 皆 部 分試驗 程序 和合 格標準，經實驗證 明修正 版後 可 適 用 於 所 有 等 級 鋼 筋 ， 可 望 納 入 「 新 版 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 」 第 26.6.5 節 ， 讓 業 界 有 所 依 循 。VIII 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本研究 內容包 含資 料蒐集 、鋼 筋機 械續接 組件測 試、構 件 耐 震 試 驗 數 值分析 、專 家座談 意見 蒐集 以 及規 範增修 條文之 研擬 。 研究 步驟如 下： 1. 蒐 集 調 查 美 國 、 日 本 和 歐 盟 鋼 筋 機 械 續 接 之 規 範 和 論 文 報 告 作為 參 考資料 。 2. 測 試 日 本 及 台 灣 工 廠 製 造 的 高 強 度 鋼 筋 續 接 組 件 ， 試 驗 參 數 為鋼筋 等級、 號徑 、續接 器樣 式和 試驗程 序等。 3. 以 數 值 模 型 模 擬 構 材 抵 抗 地 震 力 時 鋼 筋 可 能 降 伏 處 使 用 機 械 式續接 之耐震 需求，比對實 驗數 據檢討 續 接器單 體試驗 程序。 4. 彙 整 測 試 結 果 ， 比 對 國 內 外 既 有 試 驗 資 料 和 日 本 New RC 經 驗 ， 就 混凝 土 設 計 規 範 修 正 案 架構 下 ， 研 擬 高 強 度鋼 筋 機 械 式續接 性能合 格標 準 和適 用時 機，包含 預 鑄構造 之 特別 規定。 三 、 重 要 發 現 比 對 美 日歐等 國之 鋼筋機 械續 接規 範， 109 年度 審議中 的 〔 混凝 土結構 設計 規範 修正 版 〕第 26.6.5 節雖已 規定鋼 筋機械 式續 接之檢 驗 頻率及 合格標 準，包 含性 能判別、施工 檢 查、取樣 頻率、試驗 程序及 合格標 準，可 以讓 業界有 所依 循， 惟其中 表 26.6.5.2 的高塑 性反 復負 載試驗 程序， 先在 彈性域 (0.95𝑃𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)間 重 複 16 回 ， 再 拉 伸 至 6 倍 𝛿𝑦後 再 反向加 壓至 -0.50Py重 複 8 回，接 著 續再拉 伸 至 12 倍𝛿𝑦再重 複 8 回，累計 32 回， 最後再 拉伸 至破壞 。 上述 彈性域 重覆 負載考 慮 的是較 常遭遇 的小 震，結 構物 維持在 彈性 階段， 6 倍 𝛿𝑦約略是 考慮在 中震時 構材已 經產 生塑性 鉸，該 位置鋼 筋 可能需 要的塑 性伸 長率，最 後 12 倍 𝛿𝑦則 約莫 在 最 大 考量地 震時 構材塑 性鉸需 要的塑 性伸 長率。 對 於 550 MPa 或更高強 度等級 鋼筋 續接，6 倍𝛿𝑦及 12 倍 𝛿𝑦各 8 回 有過於 嚴苛之 情形，需 要檢討 調整 [9]。根據本研 究檢討 梁塑 性鉸彎 矩
IX 級 690 MPa 時，高塑 性反 復負載 試驗 約為 4 倍𝛿𝑦及 8 倍𝛿𝑦各 8 回。但 需要更 多 的測 試驗 證，特 別是 針對 台灣製 造的產 品。 本 研究按 CNS 15560 試驗法及 自訂的 試驗 程序，執行 100 餘組高 塑性反 復 負 載 試驗，測試涵 蓋場 鑄和預 組、預鑄工 法可能 使用 的續接 器 樣式，包含 擴頭 滾牙 續接器、摩 擦銲接 續接器、砂漿 填充 式螺 紋節 鋼筋續 接器、砂 漿充 填式續 接套 管等。藉 由續接 組件試 驗 檢 討高塑 性 反復負 載試驗 程序 及其 允 收標 準， 根據試 驗數據 ，建議 如后 。 四 、 主 要 建 議 事 項 本 研究 進行 高 強度 鋼筋機 械式 續接 性能合 格標準 及驗證 研究，提 出下列 具體建 議。 建 議 一 於〔混 凝土 結構設 計規 範修 正版 〕第 18 章 及 26 章 修正鋼 筋續 接器 試 驗 程 序 及性 能 合 格要 求 ： 立 即可 行 建 議 主辦機 關： 內 政部 建築研 究所 協辦機 關： 中 國土 木水利 工程 學會 新 版〔 混 凝土 結構設 計規 範修 正版 〕第 18.2.7 節及 26.6.5 節僅將 機械式 續接分 為第 一類和 第二 類，鋼筋機 械式續 接試驗 合格 標準如 表 26.6.5.2 所 列 ， 適 用𝑓𝑦不超 過 5,000 kgf/cm2 [490 MPa]之 鋼筋 ， 且 高 強 度鋼筋 第二類 續接 使用位 置受 限 。 首先，本 研究 建議 放寬 上 述 𝑓𝑦適用範圍 至 7,000 kgf/cm2 [690 MPa]， 配 套 修 正 機械 式續 接 試驗 程序 和表 26.6.5.2 之合格 標準， 新增 第三 類 (SA 級)機 械 式 續 接 要 求 為 韌 性 接 合，可 用 於 地 震 時 鋼 筋 可 能 降 伏 並 承 受多次 反復非 彈性 應變之 位置 。
X 其 次 ， 修正 表 26.6.5.2 高塑性 反復 負載試 驗 加載 程序， 迴圈 數維 持 不 變 ，但塑 性倍 率建議 為 n 倍 𝛿𝑦及 2n倍𝛿𝑦各 8 回，對於 fy≤4,200 kgf/cm2 [420 MPa]之 鋼 筋 ，塑 性 倍 率 n=6； fy=5,600 kgf/cm2 [550 MPa] 之鋼筋，塑性 倍率 n=5；fy=7,000 kgf/cm2 [690 MPa]之 鋼 筋，塑 性 倍 率 n=4。 此 外，因 應鋼筋 趨向 於大號 徑和 長套管 續 接，續接 組 件試 樣 可 能 會 有同 軸度不 佳 的 情況，高塑 性反 復 負 載 試驗時 第 1 回 會有 矯直行 為 導 致 殘 餘滑動 量 異 常超標 現象，然 此現象 與 機械 式 續接 最終 之韌性 表 現 無顯 著關連，為簡 化試驗 收件 和避免 不 必要之 重驗程 序，經 蒐集各 方 意 見 和 檢 討 數 據 ， 最 後 本 研 究 建 議 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 彈 性 域 16 回殘餘 滑動量 評估 法 ，調整 為第 16 回對 第 1 回之差異 滑動 量 (相對滑 動 量 )， 以 免 因 試 驗 續 接 組 件 同 軸 度 不 佳 導 致 拒 收 或 誤 判 續 接 性 能 等 級 。 建 議 二 舉 辦 鋼 筋機 械續 接施 工品管 檢驗 相關 研究 課題之 成果 發表 會：立 即可 行 建 議 主辦機 關：內 政部 建築研 究所 協辦機 關： 國 立雲 林科技 大學 近 年來 鋼筋 機 械式 續接技 術大 有進 步，因應高強 度鋼筋 需求 及預 組預鑄 工法也 有各 種等級 樣式 之續 接器可 供選擇，本 研究 已 於 109 年 11 月 13 日 於 內 政 部 建 築 研 究 所 15 樓 舉 辦 成 果 說 明 會。本 次 說 明 會 將 介紹我 國混凝 土設 計規範 之變 革，著重於 開放高 強度鋼 筋之 使用所 帶 來之改 變，本案藉 由 進 行多組 高強 度鋼筋 機械式 續接器 觀察 試驗數 據 後，訂定 新版高 強度 鋼筋 機械式 續接 合格 標準，並 針對其 設計、施工、 檢驗進 行說明，且一 併對於 鋼筋 續接擴 頭 錨定之 相關進 行解 說，期望
XI 建 議 三 修正工 程會 施工 綱要 規範 03210 章鋼 筋 第 2.2 節機械 式續 接 ： 立即 可 行 建 議 主辦機 關： 公 共工 程委員 會 協辦機 關： 台 灣營 建營建 院 工程會 施工綱 要規 範 03210 章最新 版 V5.0[10]雖然已經 跟 CNS 15560 試 驗 法 相 符，但 主 要 的 高 塑 性 反 復 載 重 之 試 驗 程 序 和 允 收 標 準， 仍是依 據 20 年前的土 木 401-86 附錄 乙規 範 [11]，亟待更 新比照 我國 新版混 凝土設 計規 範修正 版第 26.6.5 節。
XII
ABSTRACT
Keywords: reinforcing bar, mechanical splice, coupler, sleeve, acceptance test
Current design code for concrete structures in Taiwan are equivalent to the out-of-date ACI 318-05 code, which sets a maximum yield stress 𝑓𝑦 of 420 MPa in design calculations of longitudinal reinforcement for special moment frames and structural walls. In the past 15 years, ACI codes had four revisions with numerous changes. Finally, ACI 318-19 code permits the use of design 𝑓𝑦 up to 690 MPa for special structural
walls but not exceeding 550 MPa for special moment frames. The use of high-strength reinforcement is cost effective and helpful for reinforcement congestion and fabrication. Higher reinforcement grades of 550 and 690 MPa has been incorporated into the CNS 560, steel deformed bars for concrete reinforcement. Several local producers are capable of providing high-strength reinforcement. Architects, engineers, contractors, and owners are looking forward to using high -strength reinforcement, which should be permitted by design code.
To update our design codes, ABRI conducted two projects in 2016 -2017 to allow the use of high-strength reinforcement, but however, without the acceptance criteria for mechanical splices of high -strength reinforcement. To solve this problem, additional cyclic tests of mechanically spliced assemblies are proposed in this stud y to revise and verify the acceptance criteria of mechanical splice for high -strength reinforcement in the new design code. This study includes literature review and cyclic tests of mechanically spliced assemblies. Based on available test evidence, this study proposed code changes in chapter 18 and 26 of the new design code, which should be published in 2021.
1
第一章 緒論
第 一 節
研 究 緣 起 與 背 景
壹 、 研 究 緣 起 鋼筋為 土建工 程大 量使用 之材 料，近年來 台灣鋼 筋年均 用量 約為 500 至 600 萬 公 噸，鋼 筋 續 接 器 用 量 推 估 約 為 每 年 超過 2000 萬 個，用 於土木 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 品質管 制及 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」[7]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 」 [12]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 。 目前我 國 部頒 版「 混凝 土結構 設計 規範」[1]內容主 要是 參考美 國 混凝土 學會 ACI 318-05 規範[2]，其中耐 震梁柱 構架及 剪力 牆主筋 降 伏強度 等級上 限為 420 MPa。近 15 年來 ACI 318 規範經過共 4 次修 訂 [3-6]，內容 及架構 已大 幅變革，其 中最 大的變 革是 ACI 318-19 規範 [6]放 寬 耐 震 梁 柱 構 架 及 剪 力 牆 主 筋 使 用 高 強 度 550 MPa 和 690 MPa 等級鋼 筋。結構 使用 高強度 鋼筋 可以降 低 鋼筋用 量，不僅 經濟 且有助 於舒緩 梁柱接 頭或 剪力牆 鋼筋 過於 擁擠、難以 施 工的問 題。我 國 國 家 標 準 CNS 560[7]鋼筋 規 格 2018 年新增 550 MPa 和 690 MPa 等級鋼 筋，國 內亦有 鋼廠 能 生 產，各 界 期盼 我國 混凝土 結構規 範 能 跟 進 ACI 318-19 規範 [6]允 許 耐 震 結 構 使 用 高 強 度 鋼 筋 。 為期使 我國規 範能 與時俱 進，內政 部建研 所陸 續於 105 及 106 年2 辦理「混凝 土結 構技術 規範 之修正 研擬 」[8]和「 建築工 程鋼 筋機械 式 續接性 能基準 及驗 證研究 」[9]計畫，完成「新 版混凝 土結 構 設計 規範 草案」 刻正進 行審 議，惟 草案 內容 係以 ACI 318-14 規範[5]為藍本 ， 審議期 間部分 內容 參考 ACI 318-19 規範[6]修訂， 預期 將允許 耐震 結 構系統 使用高 強度 鋼筋。國 人房 屋住宅 多 數為鋼 筋混凝 土造，近年來 都 會 區 建築物 有趨 向 高樓 化，需 要 使 用 較 大號徑 或較 高 強度 鋼筋，因 此 鋼 筋 使 用機 械式 續接較 美國 更為 普遍。目前我 國已有 一套 較美規 更 嚴謹的 機械式 續接 檢驗和 合格 標準，經前 開 105 及 106 年辦 理之計 畫 研 究 納 入 新 版 規 範 草 案 ， 惟 續 接 器 部 分 未 能 涵 蓋 強 度 等 級 超 過 500 MPa 之 高 強 度 鋼 筋，致 使 新 版 草 案 雖 允 許 耐 震 結 構 系 統 使 用 高 強 度 鋼 筋，卻欠 缺高強 度鋼 筋機械 式續 接 之檢 驗 合 格標 準，亟待 補充 實驗研 究 後 納入 2020 年審議 中之 「 新版 混凝土 結構 設 計 規範 」 修 正版 。 貳 、 研 究 背 景 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 質管制 及檢驗。 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 」[7]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 」[12]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。(註：本 案共 同主持 人 林 克強 博士為 CNS 15560 標準之 主筆 ) 現 行 內 政部部 頒 100 年版「混 凝土 結構設 計規範 」[1]僅第 5.15.3.3 節 及 第 15.3.6.4 節 要 求 機 械 式 續 接 接 合 強 度 至 少 應 達 鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 𝑓𝑦之 1.25 倍或最 小抗 拉強度 𝑓𝑢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 用舊有 規範 (土木 401-86 附錄乙[11]、內政部鋼 筋續接 施 工 規範及 解 說 草 案 [13]、結構工 程學 會鋼 筋續接 器續 接 規範 [14]、公 共工程 施工 綱 要 規 範第 03210 章鋼筋 V2.1[15]或 V3.0[16]等) ，這些舊 有規範 均已
3 生爭議 造成業 界困 擾。 有鑑於 此，公共工 程委 員會 105 年和 107 年委託 台灣營 建研 究院 辦理公 共工程 施工 綱要規 範第 03210 章鋼 筋 V4.0[17]和 V5.0[10]之更 新及審 議作業， 使其 試驗法 符合 CNS 15560，並修正續 接組件 之韌 性 指標，改 以續接 處外 鋼筋之 伸長 率為準，並排除 破壞模 式和 斷裂位 置 作為拒 收之理 由。然而，上述 所有 的續接 器規範 編修，適用 範圍 都是 鋼筋等 級不超 過 500 MPa。(註：本案主持 人 李宏 仁 教授為公 共工 程施 工綱要 規範 第 03210 章 鋼筋 V4.0 和 V5.0 之主筆 )。 台灣鋼 筋續接 器 續 接性能 規範 如 圖 1-1 所示經過 二十年 演進，現 況市場 上鋼筋 等級 主流 為 420 MPa，較高 強度 490 MPa 亦有少數 廠商 使用，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 諸多樣 式，分別 適用 不同的 構造工 法 。 過往在 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）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 [18]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 15 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，目前已是 業界 共識。然而，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 限官署 發布 為準，例如 CNS 15560、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 ， 實 驗室 方 可出 具 TAF 認可標 誌 之 報告 。 目 前， TAF 認可符 合新版 CNS 15560 的續接 器性 能 規範僅 有公 共工 程施 工綱 要
4 規 範 第 03210 章鋼 筋 V4.0[17]和 V5.0[10]。注意前 述規範 係以 國內業 界慣用 之土木 401-86 附錄乙 規範 [11]為藍 本，修正試 驗方 法和韌 性檢 測指標 ，僅適 用於 SD490W 或更 低強度 等 級鋼筋 。 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 構用鋼 筋續 接器，設計 圖說可 能引用 前述 舊有規 範 [11, 13, 14]， 如 無 特 別 要 求 ， 則 可 能 依 內 政 部 頒 版 混 凝 土 結 構 設 計 規 範 [1]或 ACI 318-05 規範[2]，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 1.25𝑓𝑦。無視設 計規範第 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 及伸長 率等之 影響。鋼 筋機 械續接 的滑 動量與 構 件裂紋 寬度有 關，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，而 續接 後之延 展性或 伸長 率則與 構材 耐震 性能有 關，若續接 器遠離 地震 時鋼 筋可能 降伏的 位置 並且錯 開 75 cm 作續接，則 機械續 接後 之伸長 率或 許不需 要關切，但若欲 使用 鋼筋續 接器 於 任何位 置，包括 同斷面 續接， 則必須 嚴格把 關機 械續接 後之 滑動 量及伸 長率。 近年來 少子化 缺工 問題嚴 重，加 上工法 進 步，建築 工地趨 向於 使 用 鋼 筋 籠 預 組 工 法 或 構 材 預 鑄 工 法 ， 需 要 鋼 筋 在 同 一 斷 面 或 是 柱 底 (地 震 時 鋼 筋 可 能 降 伏 位 置 )作 續 接 ， 需 要 大 量 應 用 機 械 式 續 接 ， 為 維 護國人 生命財 產安 全，建築 工程 之鋼筋 機 械續接 有必要 嚴格 檢驗，以 確保其 使 用性 及耐 震性能 。 基於上 述需求，建 研所於 106 年度委 託 李 宏仁等 人 [9]辦理「建 築 工程鋼 筋機 械式 續接 性能基 準及 驗證 研究 」，依 CNS 15560 試驗 法執 行 超 過 80 組 420 MPa 等級鋼 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，另外完 成八 支混凝 土梁構 件彎曲 試驗 內含鋼 筋 機械式 續接，研提 修正 建築工 程鋼 筋機械 式續接 性能合 格標 準及檢 驗 準則，經比對 試驗 數據 和彙整 各方 意見，終於新 版「混 凝土 結構 設計 規範草 案」新增 26.6.5 節 規定鋼筋 機械式 續接之 檢驗頻 率及 合格標 準 如后 。包 含 性 能判 別 、施 工檢 查 、取 樣頻 率、 試驗 程 序及 合格 標準 ， 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 。
5 26.6.5.1 檢驗 頻率 (略 、 詳 閱 規 範 草 案 ) 26.6.5.2 允 收 準 則 (Acceptance criteria) (a) 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 應 依 CNS 15560 之 規 定 辦 理，惟 指 定 負載、 加載反 復週 次及循 環週 次等 應依本 節規定 辦理。 (b) 續 接 試 體 準 備 及 裝 置 依 CNS 15560 規 定 辦 理，續 接 試 體 在 進行試 驗前不 得預 拉。 (c) 鋼 筋 機 械 式 續 接 試 驗 合 格 標 準 如 表 1-1 所 列， 適用𝒇𝒚不超 過 5,000 kgf/cm2 [490 MPa]之 鋼 筋 。 (d) 除 非 另 有 規 定，試 體 破 壞 模 式 如 斷 裂 位 置 或 鋼 筋 拔 出 等 不 作為等 級判別 或拒 收之理 由。 (e) 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 過 程 如 發 生 試 體 挫 曲 之 現 象，該 試 驗 視為無 效而非 試體 不合格 。 --- 由 於 106 年 建研所 委託 李宏仁 等人 [9]主要目的 是研 究 420 MPa 等級鋼 筋機械 續接 性能之 合格 標準 及檢驗 準則，但當 時也一 併測 試了 36 組 日 本 製 造 之 高 強 度 鋼 筋 (550 和 690 MPa 等 級 )續 接 組 件 試 驗，包 含螺紋 節鋼筋 續接 器及砂 漿填 充式 續接套 管大約 各占一 半，目的 是檢 討 表 1-1 所列 之高塑 性反 負負載 試驗 程序 是否適 用高強 度鋼 筋。儘管 這批續 接 器符 合日 本要 求品質 非常 良好， 強度皆 能達到 1.25𝑓𝑦或 𝑓𝑢以 上， 但並 無法 全 數滿 足高 塑性 反 負負 載試 驗滑 動量 或伸 長 率之 要求 ， 結 論 是 表 1-1 的 高塑性 反復 負載 試驗 程序 對於 550 MPa 或 更高 強度 等級鋼 筋有 過於 嚴苛 之情形 ，並 不適 宜 。 圖 1-3 為高塑 性反復 負載 試驗程 序， 先在 彈性域 (0.95𝑃𝑦↔ -0.5𝑃𝑦) 間 重 複 16 回，再拉伸 至 6 倍 𝜹𝒚後 再反向 加 壓至 -0.50Py 重複 8 回，接 著續再 拉伸至 12 倍 𝜹𝒚再 重複 8 回，累計 32 回，最 後再 拉伸至 破壞。 合格標 準有強 度須 大於 1.25𝑓𝑦和 𝑓𝑢；韌性指 標 取 續接 處外兩 側鋼 筋伸 長率之 較大值 ，須 至少大 於 6%(D36 以上)或 9%(D32 以下)；且第 16 回 、 24 回、32 回之滑 動量 不得超 過 0.3 mm、0.9 mm、1.8 mm。上述 彈性 域重 覆負 載 考慮 的是 較常 遭 遇的 小震 ，結 構物 維持 在 彈性 階段 ， 6 倍𝛿𝑦約略是考 慮在 中震 (475 年設計 地震水 準 )構材已經 產生 塑性鉸， 該 位 置 鋼 筋 可 能 需 要 的 塑 性 伸 長 率 ， 最 後 12 倍 𝛿𝑦則 約 莫 在 大 震 時 (2500 年 最 大 考 量 地 震 水 準 )構 材 塑 性 鉸 可 能 需 要 的 塑 性 伸 長 率 。
6 根據李 宏仁等 人初 步檢討 ， 420 MPa 等級鋼筋於 塑 鉸曲 率轉 角以 等位移 法則推 估，當鋼筋 強度 等級提 高至 550 MPa 等級時，高塑 性反 復負載 試驗程 序約 莫調降 為 5 倍 𝜹𝒚及 10 倍 𝜹𝒚各 8 回，鋼筋強度 等級 690 MPa 時，高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 約 為 4 倍𝜹𝒚及 8 倍 𝜹𝒚各 8 回。但需 要 更多 的測 試驗 證 ，特 別 是 針 對 台灣 製造 的產品 。 總 結經過 106 年度計 畫李宏 仁等 人 [9]彙整 各方意 見建議 之表 1-1 僅 適 用於 SD 490W 或更低 強度 等級 鋼筋 。由於表 1-1 的 高塑 性反復 負載試 驗程序 對 於 SD 550W 或更 高強 度等 級鋼筋 有過於 嚴苛 之情形， 故有關 鋼筋強 度等 級 在 SD 550W 以上之 機械式 續接試 驗性 能合格 標 準 ， 或 許 可 參 考 台灣 混 凝 土 學 會 TCI 之 高 強 度 鋼 筋 續 接器 性 能 規 範 [19]，此 2014 年 版 規 範 草 擬 之 總 幹 事 即 李 宏 仁 和 林 克 強 博 士，但 時 空 環境變 遷， TCI 此版規 範內容 與 表 1-1 有 明顯差 異， 且 TCI 學會規範 並非官 署或機 關發 佈之規 範，實驗室 無法 取得 TAF 認證，故目前 迄今 6 年 內 僅 曾 被 兩 家 公 司 (潤 弘 精 密 、 台 日 國 際 工 程 顧 問 )用於 建 築 新 材 料新工 法之 認可 申請， 尚無 工程實 績。
7 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： 壹 、 台 灣 混 凝 土 學 會 T C I ， 高 強 度 鋼 筋 續 接 器 性 能 規 範 2014 年 前 我 國 鋼 筋 國 家 標 準 CNS 560 尚無 SD550W 和 SD690 鋼 筋，亦 無鋼筋 機械 式續接 試驗 法 CNS 15560[12]，當年 李 宏仁 和林克 強 博 士 以我 國土木 水利 學會「土木 401-86 附錄乙 」[11]及結構 工程學 會的「鋼筋 續接 器續接 參考 規範 」[14]為腳 本，參考 2007 年版日本 土 木學會 之「鉄 筋定 着継手 指針 」 [20]和美 國 ASTM A1034 鋼筋機械 式 續接 試 驗法 [21]研擬 ， 由台 灣 混凝 土 學會 之技 術 發展 委 員會 與 規 範委 員會組 成審議 委員 會 [22]，審議後 公布 供 業界參 考使用 。表 1-2 此 版 規範之 合格標 準，藍色 部 分係 與 表 1-1 有 差異處，試驗 名稱 有差異 ， 但實質 上內相 近，主要 差異 是 塑 性域的 加 載程序。此版規 範僅 被兩家 公司 用於 建築 新 材料 新工 法申 請 認可 書之 參考 規範 ，尚 無 工程 實績 。 後 來 李 宏 仁 等 人 (2017)[9] 研 究 建 議 韌 性 指 標 由 早 期 的 跨 越 續 接 處的延 展性或 伸長 率 [11]，或 靠近鋼 筋斷 裂 處之直 徑收縮 率 [14]，統 一 改 為 續 接處 外之 鋼筋伸 長率 ，即圖 1-2 中 試驗裝 置，試驗 前於 續接器 兩側之 鋼筋上 各刻 劃兩個 標示 點，標示點 距離續 接器兩 端 或 夾具均 不 得 小 於 1 倍鋼 筋標 稱直徑，試 驗後 取續接 處外兩 側鋼筋 伸長 率 之較 大 值，若此可適 用於 不同 號徑鋼 筋續 接、或不同等 級鋼筋 續接、或 長 套 管續接，此韌性 指標 較無爭 議，回 到機械 式 續接後 預期「 被 續接 鋼筋 」 須能發 展至 規 定之 伸長 率 以確保破 壞時 具 有 適當 之韌 性 。至 於表 1-1 的規定 伸長率 6%(D36 以上)或 9%(D32 以下)，是參 考加 州交通 廳標 準 (Caltrans 2015)標準。總 結來說，韌 性指 標統一 改為 續 接處 外之 鋼筋 伸 長 率 ，是 目前的 共識 。 因此， 本研究 案唯 一的課 題是 高強 度鋼 筋 SA 級機械式 續接塑 性 域的負 載程序，究竟要 從表 1-1 在 6 倍 𝜹𝒚及 12 倍 𝜹𝒚各 8 回，調 整為 n 倍 𝜹𝒚及 2n 倍 𝜹𝒚各 8 回 ， 注意 TCI 版規 範是 2 倍𝜹𝒚及 5 倍 𝜹𝒚各 4 回 ， 其中迴 圈數一 律取 8 回較 保守 影響 不大，較困難 的抉擇 是 n 倍 𝜹𝒚如何 調降， 以及其 對應 之滑動 量允 收值 是否需 要一併 修正。
8 貳 、 日 本 鋼 筋 續 接 指 針 日 本自 2007 年後 土木 和建築 用鋼 筋機械 續接器 性能規 範在 調整 為 一 致 ， 分 別 是 日 本 土 木 學 會 之 鐵 筋 定 著 繼 手 指 針 (鋼 筋 錨 定 續 接 指 針 )[20]和日本 国土交 通省「建 築物の 構造 関係技 術基準 解説 書 」政令 第 73 條，鉄 筋 の継 手及定 着 [23]，迄今 未 變 [24]。日本建 築學 會的鋼 筋混 凝 土 構造 計 算 規範 [25]自 2010 年 版 後鋼 筋 設 計降 伏 強 度最 大值 提 高 至 490 MPa。更高強 度的 鋼筋如 590 MPa 或 685 MPa[26]等級則 是需 要 國土 交 通大 臣 建築 材 料認 定 書 (相 當 於我 國 建築 新 材料 新 工法 ) 方能使 用，日 前在 日本有 超過 500 棟建築 物曾使 用高強 度鋼 筋。 日本機 械續接 性能 分成 SA、A、B 及 C 級，其中 SA 級是指 續接 後強度、勁度、拉伸 變形能 力與 鋼筋母 材 相當，SA 級續接 可用 於構件 任何位 置；A 級續 接後 強度和 勁度 與鋼筋 母材相 當 、伸 長變 形能力 不 如母材 ； B 級 續接 只有強 度與 鋼筋母 材相 當，其 他性能 較母 材為劣 ； C 級 則 是 續 接 後 各 項 性 能 皆 較 母 材 為 劣 。 表 1-3 是 日 本 繼 手 指 針 之 續 接性能 判定 基準 。圖 1-4 至圖 1-7 是施載 程序示 示意圖 ，注 意其塑 性 域 是 2 倍 𝜹𝒚及 5 倍 𝜹𝒚各 4 回 (降伏應變 𝜀𝑦乘以標 距 𝐿𝑔就是降 伏位移 𝛿𝑦)。 基本上，前述 TCI 高強 度鋼筋 續接 器續接 性能規 範是參 考日 本繼手 指 針 ， 捨去 A 級和 C 級 ，簡化 為 SA 級和 B 級。 筆 者 調 查得知 日本 高強度 鋼筋 續接 器是採 用新材 料認定，基 本上 B 級或 C 級 沒 有 人 使 用 ， 有 取 得 日 本 建 築 中 心 評 定 書 的 續 接 器 只 有 SA 級 和 A 級 續 接 ， 日 本 東 京 鐵 鋼 TTK 的 砂 漿 填 充 式 續 接 套 管 (預 鑄 工 法 用 )，則是 A 級 和 有條 件 SA 級認定 書，其 性能 介於 SA 級和 A 級 之間。經過研 討、訪談跟 專家 座談會 凝聚 共識，本 研究 建議我 國 規範 也應該 參考 日規 分成 SA 級、 A 級 和 B 級 。 注 意 表 1-3 中 原 本 A 級 韌 性 指 標 𝜀𝑢 ≥ 10𝜀𝑦 & 0.02， SA 級 𝜀𝑢 ≥ 20𝜀𝑦 & 0.04，早年日 本普 通強度 鋼筋 降伏強 度等 級是 390 MPa (相當於 我 國 420 MPa 等級)，一般鋼 筋彈性 模數 標 稱值為 200,000 MPa，故 標 稱降伏 應變 𝜀𝑦=390/200000≈0.002，故 10𝜀𝑦=0.02，20𝜀𝑦=0.04。 然而降 伏應變 正比於 鋼筋 強度等 級，若韌 性指標 或塑性 加載程 序依 舊正比 於 𝜀𝑦，將過 於嚴格 。 我國續 接器技 術 1980 年代自 日本引 進， 舊有續 接器規 範 [10, 11, 13-17, 19]皆 是 以 日 本 繼 手 指 針 為 圭 臬，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
9 歸納日 本續接 性能 性能優 劣對 照組 為被續 接之鋼 筋母材，續 接性 能合格 標準皆 為定 量指標 如強 度、勁 度、滑 動變形、韌性或 伸長 率等， 不限定 破壞模 式或 破壞位 置。 日本業 者 通常 是採 信廠商 提供 之續 接器性 能評定 報告書，即 取同 批鋼筋 母材和 機械 式續接 作續 接性 能試驗 報告，每一 鋼筋號 徑或 等級 至少三 支為一 組，施工 期間 不另作 機械 續 接性能 檢驗。我 國國情 不同， 續接器 進場、取樣 和檢 驗的作 法有 差異，本案前 期研究 [9]經過規範 委 員會討 論，一致認 為台 灣需要 規定 鋼筋機 械續接 施工期 間最 低取樣 頻 率，在材料進 場後，鋼 筋機械 續接 組件進 場各號 數須分 開取 樣，每滿 100 個 至 少 取 樣 1 個 ， 執 行 26.6.5.2 節 單 向 拉 伸 及 滑 動 試 驗 ； 第 二 類 (SA 級 )機 械 式 續 接 每 滿 1000 個 至 少 取 樣 1 個 ， 執 行 26.6.5.2 節 高 塑 性反復 負載試 驗。 參 、 美 國 鋼 筋 續 接 器 性 能 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 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 318-19 規範[6]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 318-19 規範[6]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 [29]評估 耐震結 構用高 強度 550 MPa 及 690 MPa 等 級鋼筋 之可行 性，建議 ACI
10 318 規範 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 率 (Uniform Elongation)或 8%。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， 故另 訂 續接處 外鋼筋 之均 勻伸長 率至 少 8%。 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 [6]及橋樑 規範 [30]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 要求只 能用 於弱震 區。 近五年 內美國 有一 些新的 試驗 研究 [31-37]陸續指 出，已有 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。隨然 現 行 ACI 318 規範有要 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 並沒 有官方 統 一版本 的機械 式續 接性能 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 通廳 標準 [38]可 以 借 鏡 。 依 California Test 670 鋼 筋 機 械 與 銲 接 續 接 試 驗 法 [39] 檢核使 用性能 及極 限性能，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 1-4 之 規 定 值 ， 彈 性 域 最 大 滑 動 量 標 準 大 約 是 鋼 筋 直 徑 的 1/40 。 此 法 僅 適 用 ASTM A706[40] Grade 60,000 psi (420 MPa)鋼 筋 ， 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。
滑動 量允 收 標準 是否 要正 比 於鋼 筋號 徑 或 正比 於鋼 筋 等級 提高 ， 可以討 論，依日 規原 理是正 比於 鋼筋等 級，依美國 橋梁規 範是 正比於 鋼筋號 徑。
加 州 交 通 廳 要 求 機 械 續 接 組 件 抗 拉 強 度 應 達 80 ksi (550 MPa)， 即 ASTM A706 Grade 60,000 psi (420 MPa)鋼 筋 之 規 定 抗 拉 強 度𝑓𝑢，且
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 6%(D36 以 上 ) 或
11 除了基 本使用 性能 及極限 狀況 要求 外，針 對 California Test 670 另 外還有 重複負 載試 驗及疲 勞試 驗。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。 在建築 工程方 面， 鋼筋機 械續 接性 能一般 採用 ICC-ES 評定書送 審，其 性能接 受準 則為 ICC-ES AC133[41]，施工 中不另 外檢 驗性能， 僅抽查 抗拉強 度， 類似日 本作 法。在 ICC-ES AC133 評估準則 如表 1-5 和 表 1-6，基 本 上 有 部 分 是 參 考 日 本 繼 手 指 針 但 大 幅 簡 化，美 規 抗 拉 強 度 至少 1.25𝑓𝑦或𝑓𝑢外，且將 彈性域 與塑 性域 反復拉 壓試驗 合併 執行， 且不限 制滑動 量。 實務上 工程案 進行 前，材 料商 會提送 ICC-ES AC133 評定書 作資 格 審查 ，施工 中並 沒有試 驗取 樣頻 率， ACI 318 規範本身 沒有 規定， 由工程 案監造 技師 及相關 規範 的人 員同意 即可，經諮詢 美國 開業 技師， 材料進 場施 工中 取樣 頻率 大約為 1/100，試驗方 式基 本上 比照 送審 文 件 ， 即 ICC-ES AC133 評定書 。故 我國新 版規範 草案提 案之 機械續 接 基本拉 伸試 驗取 樣頻 率訂 為 1/100，但考 量國內 工程 慣例 ，施 工仍 維 持 1/1000 頻率取 樣作 高塑性 反復 負載 試驗 ，如 表 1-1。 表 1-6 的反復 拉壓試 驗 程 序，其實 相當於 日規彈 性域重 複和 塑性 域反復 試驗 (圖 1-6 和圖 1-7)合併執 行。但 注意 ICC-ES AC133 塑性 變 形指標 是訂在 2𝜀𝑦𝑎和 5𝜀𝑦𝑎，其中 𝜀𝑦𝑎是被續 接鋼 筋實 際被拉 伸之降 伏 應 變 乘 以 2 倍或 5 倍 。
在 此 以 SAS Stressteel, Inc. 提 送 的 試 驗 報 告 為 例 ， 報 告 編 號 為 CTLGroup Project No. 250708 ，Testing of Mechanical Connectors for Uncoated, Continuous Threaded, Grade 95 Reinforcing Bars per ICC AC133 Protocol, 2005。 此 報 告 測 試 之 鋼 筋 等 級 為 95 ksi (670 MPa)， 試驗佈 置 如 圖 1-9 所 示。
某一筆 試驗結 果如 圖 1-10 和圖 1-11 所示。注 意圖 1-10 顯示試 驗 時係以 鋼筋應 變控 制被續 接鋼 筋之 塑性率，這樣控 制很精 準，但 設備 必 須 同 時 架 設 髮 夾 型 伸 長 計 (Clip-on extensometer)和 另 一 對 跨 續 接 器
12 之伸 長計 量測 伸 長量 ，實 驗室 設 備門 檻較 高， 在台 灣推 動 窒礙 難行 。 圖 8 顯示此續 接器 有顯著 的當 周次 滑動量 ，若以表 1-3 日本 繼手 指針 來評估 ，是不 合格 的。但 這筆 報告以 ICC-ES AC133 評估是 合 格 的， 因 為 表 1-6 只 要求強 度保 持，不 限制 續接 處相對 滑動量 。
第 三 節
研 究 方 法 及 進 度 說 明
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) 實驗數 據分 析統計；(4) 座談檢討 及撰 寫 告。流程 如 圖 1-12 所示，本研究 預定 之進度 表如 表 1-7 所示。採 用的研 究方 法 及進度 說明 敘 述如 後。 壹 、 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 。 蒐 集 美 國、日本 和歐 盟 鋼筋 機械 續接之 規 範及 相 關文獻 約 44 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 。 貳 、 鋼 筋 機 械 續 接 組 件 試 驗 本研究 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， 測 試 CNS 560 鋼筋 混凝土 用鋼筋 SD 550W、 SD 690 二種鋼筋 等級，測 試#8(D25)、#10(D32)、#11(D36)、#12(D38)、 #13(D41)五種號 徑，四種 樣式 續接組 件(摩 擦銲接、擴 頭滾 牙、砂漿 填 充 式 螺 紋節 鋼 筋續 接 器、 砂 漿 充 填 式 續 接 套管)涵蓋 三 種工 法(現 場組 立、預 組 工法 、預 鑄 工法)。 完成一 般耐 震 構材用的 SD 550(#8-D25、 #10-D32、#11-D36、#12-D38、#13-D41)摩擦銲接、擴頭滾 牙、螺紋 節13 驗 共 56 組。 本計畫 完成 之續接 組件 試驗 已達 107 組，遠 超過原 計畫 預 期 數量 60 組 。 參 、 座 談 檢 討 及 報 告 之 撰 寫 本 研究 包含 召 開 工 作會議 協調 研究 方法、專家座 談會檢 討研 究成 果 及 兩 次 報告 之撰 寫，第一 次 為 期中報 告，在執行第 5 個 月時 說明本 案之執 行進度 。第 二次 為 期末 報告 ，在執 行第 11 個 月時完 成本 案之 研究報 告 。 進度說 明 本報告 即為成 果 報 告。
14
第 四 節
研 究 目 的
各界期 待未來 規範 能新增 適用 範圍至 SD 550W 及 SD 690 高強 度鋼筋 ，特別 是 SD 550W 鋼筋將 成為一 般建築 耐震構 材用 鋼筋， 需 要一個 官方統 一版 本的續 接器 性能 合格標 準，各界殷 切期盼 內政 部建 築研究 所能整 合各 方意見，將鋼 筋機械 式 續接之 合格標 準，納 入審議 中 的 2020 年〔 混凝 土結 構設計 規範 修正 版〕 。儘管 目前我 國已 有一 套較美 日更嚴 謹的 機械式 續接 檢驗 和合格 標準，但不 適用較 高強 度鋼 筋，需要 補充實 驗研 究調整 機械 式續接 的 檢驗和 合格標 準，使 新版規 範更趨 完備嚴 謹。15 試驗項 目 (取 樣 頻率 ) 加載程 序 指 標 第二 類 (SA 級) 第 一類 (B 級 ) 單向拉 伸及 滑動試 驗 (1/100) 0→0.95𝑃𝑦→0.02𝑃𝑦 →拉至破壞 抗拉強 度 ≥ 1.25𝑓𝑦 且 ≥ 𝑓𝑢 ≥ 1.25𝑓𝑦 殘留滑 動 量 (𝛿𝑠)1𝑐 ≤ 0.3 mm ≤ 0.3 mm 續接處 外 鋼筋之 伸 長率[ 1 ] ≥9%，鋼筋 尺 度 D32 以下 ≥ 2% ≥6%，鋼筋 尺 度 D36 以上 重複負 載及 滑動試 驗 (1/1000) 0→(0.95𝑃𝑦↔0.02 𝑃𝑦)×30 回 →拉至破壞 抗拉強 度 不適 用 ≥ 1.25𝑓𝑦 滑 動量 (𝛿𝑠)30𝑐 不適 用 ≤ 0.3 mm 續接處 外 鋼筋之 伸 長率[ 1 ] 不適 用 ≥ 2% 高塑性 反復 負載試 驗 (1/1000) 0→(0.95𝑃𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×16 回 →(6𝛿𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×8 回 →(12𝛿𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×8 回 →拉至破壞 抗拉強 度 ≥ 1.25𝑓𝑦 且 ≥ 𝑓𝑢 不 適用 滑 動量 (𝛿𝑠)16𝑐 ≤ 0.3 mm 不 適用 滑 動量 (𝛿𝑠)24𝑐 ≤ 0.9 mm 不 適用 滑 動量 (𝛿𝑠)32𝑐 ≤ 1.8 mm 不 適用 續接處 外 鋼筋之 伸 長率[ 1 ] ≥9%，鋼筋 尺 度 D32 以下 不 適用 ≥6%，鋼筋 尺 度 D36 以上 [1 ]兩段被 續接鋼 筋伸 長率取 大值 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [9]）
16 表 1- 2 TCI 高強 度鋼 筋續 接器續 接性 能規 範 (2014)之 合格 標準 試 驗 項 目 加載程 序 指 標 合格標 準 第二類 (SA 級) 第一類 (B 級 ) 單 向 拉 伸 及 滑 動 試 驗 (拉 力 試 驗 ) 0→0.95𝑃𝑦→0.02𝑃𝑦 →拉至破壞 抗 拉強 度 ≥ 1.25𝑓𝑦 且 ≥ 𝑓𝑢 ≥ 1.25𝑓𝑦 殘 留滑 動 量 (𝛿𝑠)1𝑐 ≤ 0.3 mm ≤ 0.3 mm 伸 長率 ≥ 6% ≥ 2% 重 複 負 載 及 滑 動 試 驗 (彈 性 重 複 載 重 試 驗) 0→(0.95𝑃𝑦↔0.02𝑃𝑦)× 30 回 →拉 至 破 壞 抗 拉強 度 不適用 ≥ 1.25𝑓𝑦 滑 動量 (𝛿𝑠)30𝑐 不適用 ≤ 0.3 mm 伸 長率 不適用 ≥ 2% 彈 性 反 復 載 重 試 驗 + 塑 性 反 復 載 重 試 驗 0→(0.95𝑃𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×20 回→(2𝛿𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×4 回→(5𝛿𝑦↔ -0.5𝑃𝑦)×4 回→拉至 破壞 抗 拉強 度 ≥ 1.25𝑓𝑦 且 ≥ 𝑓𝑢 不適用 滑 動量 (𝛿𝑠)20𝑐 ≤ 0.3 mm 不適用 滑 動量 (𝛿𝑠)24𝑐 ≤ 0.3 mm 不適用 滑 動量 (𝛿𝑠)28𝑐 ≤ 0.9 mm 不適用 伸 長率 ≥ 6% 不適用 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 [19]）
17 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 [21-24]， 表 格 製 作 陳 智 軒 [24]）
18 表 1- 4 美 國加 州交 通部 標準 規範鋼 筋機 械 續接滑 動試 驗要 求 鋼筋稱 號 號 徑 最大滑 動量 in. (mm) #6 以 下 D19 以 下 0.020 (0.5) #7, #8, #9 D22, D25, D29 0.028 (0.7) #10, #11 D32, D36 0.036 (0.9) #14 D43 0.048 (1.2) #18 D57 0.060 (1.5) （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [26]） 表 1- 5 ICC-ES AC133 第 二類 機械 式續 接 性能合 格標 準 試驗項 目 各等級 號徑 組件試 體數 合格標 準 1.靜 態 拉 力 試 驗 至少 5 件 強度 ≥ 1.25𝑓𝑦且 ≥ 𝑓𝑢 2.靜 態 壓 力 試 驗 同 上 同上 3.反 復 拉 壓 試 驗 同 上 完成下 表階段 1, 2, 3 不破壞 視 為合格 ，若執 行第 4 階段 至破 壞強度 ≥ 1.25𝑓𝑦且 ≥ 𝑓𝑢，則 第 1 項 靜 態 拉 力 試 驗 可 以 省 略 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [41]） 表 1- 6 反 復拉 壓試 驗 程 序 階段 拉力 壓力 迴圈數 1 0.95𝑓𝑦 0.5𝑓𝑦 20 2 2𝜀𝑦𝑎 0.5𝑓𝑦 4 3 5𝜀𝑦𝑎 0.5𝑓𝑦 4 4 加載至 破壞為 止 𝑓𝑦 =鋼 筋 規 定 降 伏 強 度 標 稱 值 𝜀𝑦𝑎=被 續 接 鋼 筋 實 際 降 伏 應 變 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [41]）
19 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 評 選 、 簽 約 ■ 文 獻 蒐 集 ■ ■ 續 接 組 件 試 驗 ■ ■ 專 家 座 談 ■ 6/12 期 中 報 告 ■ 6/30 續 接 組 件 試 驗 ■ ■ 構 件 分 析 模 擬 ■ 專 家 座 談 ■ 9/ 期 末 報 告 ■ 10/15 成 果 報 告 ■ ■ 12/04 預 定 進 度 百 分 比 7 14 29 36 43 50 57 64 79 86 93 100 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 。 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
20 圖 1- 1 我國鋼筋續 接器 規範 之演 進 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 圖 1- 2 鋼 筋機 械式 續接 試驗 裝置 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [9]） 圖 1 我國鋼筋續接器規範之演進 需 TAF 認可 1980s 1990s 2000s 自日本引進續接器 建研所開始研議續接 器規範，起先置於 土木 401-86 附錄乙 機械式續接器續接 建研所(2004)續接設計規 範與施工規範及解說研修 結構工程學會(2007) 鋼筋續接器續接規範 2010s 施工綱要規範 03210 章 V2.0 & V3.0 CNS 15560 (2015) 鋼筋機械式續接試驗法 2016-18 施工綱要規範 03210 章 V4.0 & V5.0 建研所委託李宏仁等人(2017) 建築工程鋼筋機械式續接性能 基準及驗證研究 4 伸長計1 伸長計2 鋼筋續接器 或續接套管 夾具 =量測軸向變形及 滑動量之標定長度 夾具 Lg L1 L1 L2 L2 L1 = 1至 3倍鋼筋標稱直徑 L2 < 7倍鋼筋標稱直徑 L3 = 3倍鋼筋標稱直徑 量測續接處外鋼筋 伸長率之標距 L3 量測續接處外鋼筋 伸長率之標距 L3 = 夾具至續接處之淨距
21 符號說 明： Py= Ab fy，對應於 鋼筋 最小規 定降 伏強度 之軸向 力， N。 (s)1 c= 單 向 拉 伸 試 驗 加 載 至 0.95Py再減載 至 0.02Py時之殘 留 滑動量 ， mm。 (s)1 6c= 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 施 加 拉 力 至 0.95Py，再反向加 壓 至 -0.50Py 重 複 16 回到 標稱零 載重 之殘 留 滑動量 ， mm。 (s)2 4c= 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 第 24 回 測 取 之 當 次 滑 動 量，mm。 (s)3 2c= 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗 第 32 回 測 取 之 當 次 滑 動 量，mm。 y = Lgfy /Es，鋼筋標 稱降伏 伸長 量， mm。 Lg = 量 測 鋼 筋 續 接 試 體 軸 向 變 形 之 標 定 長 度 ， mm。 圖 1- 3 高塑性反復 負載 試驗 程序 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [9]） 6y 12y 0.95Py 0.5Py − 16 回
( )
s16c 軸向變形量 加載至0.95Py，反向加壓至 -0.50Py， 重複16回到標稱零載重之殘留滑動量 < 0.3 mm 第24回測取之當次滑動量 第32回測取之 當次滑動量( )
s24c< 0.9 mm( )
s 32c< 1.8 mm 力22 圖 1- 4 日規 單方向 拉伸 和滑 動量 試驗 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]） 圖 1- 5 日規 高拉力 重複 載重 試驗 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]） 圖 1- 6 日規 彈性域 反復 載重 試驗 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]）
23
圖 1- 7 日 規塑 性域 反復 載重 試驗
（ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [20]）
(a) Slip test (b) Cyclic test(Supplementary)
圖 1- 8 California Test 670 之 滑動 試驗及 重複負 載試 驗 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [27]） 應 力 f 軸向變形量 30,000 psi (210 MPa) 3000 psi (21 MPa) s=自3000 psi加載至30,000 psi， 再減載至3000 psi時之相對滑動量 共100週次 軸 力 P 0.90 y P 0.05Py =對應於鋼筋規定降伏強度下限值 之軸向力 y P 軸向變形量 殘留滑動量無規定
24 圖 1- 9 ICC-ES AC133 反 復拉 壓試 驗 佈 置 照片 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [41]） 圖 1- 10 載 重和 被續接 鋼筋 應變 之關 係圖 （ 資 料 來 源 ： 參 考 書 目 [41]） Clip-on extensometer 位移 控制 2𝜀𝑦𝑎或 5𝜀𝑦𝑎 伸 長 計 量測 跨 越續 接 器 的 伸 長量 (滑 動 量)，標距為 續接 器 本體長 +2𝑑𝑏
25
圖 1- 11 載 重和 跨越續 接器 之伸 長量 關係 圖
26 文獻蒐 集 調查 續接組 件試驗 專家座 談 意見調 查 續接組 件試驗 驗 座 談 、 檢討及 撰 寫結案 報告 圖 1- 12 研 究步 驟 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）
27
第 一 節
研 究 採 用 之 方 法
本 研究 內容 包 含資 料蒐集、鋼 筋機 械續接 性能 試 驗及規 範增 修條 文之研 擬。先 說明 建議 的性能 分級 架構如 表 2-1，分成 第一類(B 級)、 第 二 類 (A 級)、和第三 類 (SA 級)，以因 應 不同工 法和應 用時 機。所 謂 SA 級 係 指 續 接 後 強 度 、 變 形 及 韌 性 與 鋼 筋 母 材 相 近 ， A 級 續 接 後 強 度和變 形與鋼 筋母 材相近，韌性較 差， B 級續接 後僅強 度與 鋼筋母 材 相近， 其他性 質不 如鋼筋 母材 。 B 級和 A 級相當 於 ACI 318-19 規範 [6]的 第 一 類 和 第 二 類 機 械 續 接，SA 級 則 相 當 於 NIST 報 告 [29]建議 之 第 三 類 機械續 接。 原 本 ACI 318-14 規範[5]架構是所 有鋼筋 等級第 二類機 械續 接可 以 用 於 任 何 位置，即無條 件限制，可用於 地震時 鋼筋可 能降 伏並 承 受 多次 反 復非 彈 性應 變 之位 置 (塑 鉸 區)， 不 排除 在 同一 斷 面續 接 ，不 需 要錯置，因此 需要較 第一 類 (B 級)更嚴格之 施工品 質檢驗。但 ACI 318-19 規範 [6]開 放 使 用 高 強 度 鋼 筋 ， 規 範 審 議 過 程 ACI 318 委 員 會 考 慮 美國鋼 筋續接 器檢 驗過於 寬鬆 且無 實績， 決定 ACI 318-19 規範[6]不 准許高 強度鋼 筋第 二類機 械續 接用 於鋼筋 可能降 伏區域，此 款將 扼殺 高強度 鋼筋續 接器 的使用 ，勢 必需 要調整 。 我 國鋼 筋續接 技術 多半從 日本 引進，長久 以來續 接器規 範一 直以 較嚴謹 的日規 為藍 本，性能 合格 標準相 當 高，經過 專家座 談討 論凝聚 共識， 一致建 議 提 案參考 日規 區分 A 級(強接合)和 SA 級(韌性 接合 ) 續接以 便因應 不同 工法對 機械 續接 的需求，新增第三 類 嚴格 要求 韌 性 接 合 的 SA 級，若 機械 續接施 工品 質能受 到有效 的監督 和查 驗，應 可 允許 第 三類 (SA 級)續接 用於任 何位 置，不 需錯置 或遠離 塑鉸 區。 配 套 修 正規範 第 18 章 機械式 續皆 適用時 機 ， 明 確指出 修正 版規28 範新增 第三類 (SA 級 )機械式續 接依 26.5.5 節額外規定 係為 使機 械式 續接 可用 於地 震 時鋼 筋可 能降 伏 並承 受多 次反 復非 彈性 應 變之 位置 。 除第三 類 (SA 級 )機械式 續接外，其 他機械 式續接 應不使 用於 特殊 抗彎矩 構架之 梁或 柱接頭 面起 算兩 倍構材 深度範 圍內，或因 側向 位移 超過線 性行為 範圍 外時，導致 鋼筋 可能降 伏之臨 界斷面 處起 算兩倍 構 材深度 範圍內 ， 但 容許 使用 於柱構 材中 央 1/2 淨 高內 。 預鑄構 造另有 規 定 在規範第 18.6.2.1 節和 18.6.2.2 節，修正 版強 接 合 部 (Strong connection)目的 在接合 部外 產生撓 曲降伏，預 期鋼 筋續 接處不 發生塑 性降 伏。強 接合 部鋼 筋可採 第二類 (A 級)機械 式續 接使 其 連 續 穿 過 接 合 部 。 韌 性 接 合 部 (Ductile connection) 續 接 處 預 期 會 在 接合部 分產生 撓曲 降伏。韌性 接合 部鋼筋 可採第 三類 (SA 級)機械 式續 接使其 連續， 或其 他技 術 (如 銲接 )使其 可 以發揮 韌性。 最後規 範第 18.6.2.3 節， 對於 不符 合第 18.6.2.1 節或第 18.6.2.2 節規定 之 預鑄 混凝 土造 之 特殊 抗彎 矩 構架 須 符 合(a)至(c)之規定： (a) 提 出 如 何 建 立 設 計 流 程 以 及 如 何 透 過 分 析 與 試 驗 加 以 驗 證 之 程 序 。 (b) 實 驗 試 體 的 細 部 配 置 與 材 料 應 能 代 表 真 實 結 構 的 情 況 。 (c) 用 以 設 計 實 驗 試 體 之 設 計 流 程 應 定 義 構 架 抵 抗 重 力 與 地 震 效 應 之 機制，且 應建立 維持 該機制 之可 接受值。該機制 偏離規 範規 定之部 分 應涵蓋 於實驗 試體 中，且 應加 以測 試以決 定可接 受值之 上限 。 對於某 些預鑄 用砂 漿填充 式套 管， 無法充 分符合 第三 類 SA 級續 接 性能 ，卻又 必須 用於柱 底塑 鉸區 之續接 ，可 依 18.6.2.3 節經構 件試 驗證明 其韌性 符合 耐震性 能要 求，仍可 使 用於塑 鉸區，如 Ou 等人[42] 之柱構 件試驗 顯示，用 預鑄柱 底 SD690 主筋全斷 面用砂 漿填 充式套 管 續接能 具有適 當的 耐震性 能。在 此 構件試 驗應按 規定的 構材 耐震試 驗 程 序 辦 理， ACI 374 建議的程 序 [43, 44]可做為圭 臬， 試 體的 細部與 材 料 須 能 代表真 實結 構的情 況，若 有部分 偏 差，則該 偏差須 經專 業評估 對結構 行為不 會有 負面影 響亦 可被 接受。上述耐 震構材 試驗 程 序，需 要研擬 文字並 納入 規範之 解說 。 資料蒐 集部 分， 目前相 關台、美、 日、歐 規範和 文獻蒐 集 全 部 完 成，包含 台灣 較少人 使用 的 歐 規 ISO 15835 Steels for the reinforcement
29 0.6Py 單 方 向 拉 伸 滑 動 量 的 允 收 標 準 為 0.10 mm， 高 塑 性 反 復 負 載 試 驗的滑 動量彈 性 域 16 回允收 標準 同樣 為 0.30 mm，但 塑性域 跟日 本 繼手指 針相同 是 2 倍 𝜹𝒚及 5 倍 𝜹𝒚各 4 回 。 鋼筋機 械續 接組 件測 試，本研 究規 劃各項 試驗依 CNS 15560 規定 辦理，研究目 標是 SA 級和 A 級續 接試 驗 程序和 合格標 準。試驗裝 置 及加載 程序如 圖 R26.6.5.2 所示。 另為量 測續接 處外兩 側鋼 筋之伸 長 率，試驗 前於續 接器 兩側之 鋼筋 上各刻 劃 兩個標 示點，標 示點 距離續 接器兩 端或夾 具均 不得小 於 1 倍鋼 筋標稱 直 徑 𝑑𝑏，此法可適 用於各 種 樣式之 機械式 續接。續接 器樣 式非常 多元，請詳閱 ACI 439.3R-07[45] 或 文 獻 [46]，圖 2-1 是 國內 較常見 的 SA 級或 A 級續 接器 ，各有 其適 用的工 法和情 境，若以現 行規 範 修正 案作 檢驗，某些 A 級續 接套 管可 能無法 充分滿 足 SA 級 要求， 特別 是高塑 性反復 負載試 驗， 是否可 以 用於構 件塑鉸 區， 須依規 範第 18.6 節辦 理 。 本研究 預計測 試日 本及台 灣 製 造之 高強度 鋼筋續 接組件，試 驗參 數為鋼 筋等級、號 徑、續接 器樣式 和試 驗程 序等，續接 組件總 數 約 100 組，涵 蓋圖 2-1 四種 樣式 ， 550 MPa 和 690 MPa 等級 大 約各占 一半 。 本 研究 測試 高 強度 鋼筋 SA 級 機械 式續接 塑性域 的負載 程序 ，究 竟要從 表 1-1 在 6 倍 𝜹𝒚及 12 倍 𝜹𝒚各 8 回， 調整 為 n 倍 𝜹𝒚及 2n 倍 𝜹𝒚各 8 回 ， 注意 TCI 版 規 範 是 2 倍𝜹𝒚及 5 倍 𝜹𝒚各 4 回， 其中迴 圈數一 律取 8 回 較 保 守 ， 較 困 難 的 抉 擇 是 n 和 2n 如 何 調 降 ， 本 研 究 建 議 取 整 數 如 表 2-2 所示 。
