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建築研究簡訊第110期

  • 日期:109-12-31
主題報導李台光
本所材料實驗中心3000噸油壓試驗成果

  本所材料實驗中心設置有大型力學、耐久耐候、材料分析及非破壞檢測等實驗室,期望帶動國內建築結構耐震性能之實驗研究,累積本土性大型結構構件之實驗數據,支援建築業界於新材料、新技術研發之需求。3,000噸油壓試驗機(以下簡稱本案設備)為本所材料實驗中心大型力學實驗室進行大型結構試體實驗,以及實尺寸挫屈束制斜撐之檢測服務之重要設備,設備最大壓力荷重容量為30MN(約3,000噸),最大拉力荷重容量為15MN(約1,500噸)。

  本案設備可進行之試驗及能力如下:

1.挫屈束制斜撐(Buckling Restrained Brace,簡稱BRB)性能試驗(如圖1所示):本所材料實驗中心建置完成之3000噸油壓試驗機,試體測試長度可達15公尺,利用油壓致動器進行拉壓反覆測試,可進行挫屈束制斜撐試體之非線性力學行為試驗。

2.鋼結構銲道穿透式梁柱接合性能驗證試驗(如圖2所示):以反覆載重試驗,測試鋼結構銲道穿透式梁柱接合工法對力量傳遞效果之影響。

3.拉桿抗拉試驗(如圖3所示):以單軸拉力載重試驗,測試屋頂拉桿或空橋拉桿之軸向抗拉強度,及觀察最後破壞位置及破壞模式。

4.大型滑輪拉力強度驗證試驗(如圖4所示):試體包含滑輪2個和鋼纜1條(長13.3公尺),進行拉力強度試驗驗證直徑89.5英吋(約2.3公尺)大型滑輪之負載性能。

5.短柱試體抗壓試驗(如圖5及圖6所示):以單軸壓力載重試驗,量測鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼骨鋼筋混凝土結構或填充混凝土箱型鋼柱結構之短柱試體抗壓強度,並觀察最後破壞位置及破壞模式,用以提出其耐震性能之提升方案。

109年度試驗結果分析:

  本案設備109年度l月至11月廠商委託本所材料實驗中心進行檢測案共16件,全數為挫屈束制斜撐試體,其中11件為依照AISC所訂定的BRB性能試驗,試驗結果如表l所示。能夠通過BRB性能試驗者,表示挫屈束制斜撐試體能夠滿足AISC規定BRB之非彈性變形量(消能)及最大拉壓力差(試體製作品質控制程度)最低標準。AISC規定之通過標準為疲勞破壞前之累積非彈性變形量至少為試驗降伏位移之200倍,且最大拉壓力差百分比需小於30%。本案設備109年度挫屈束制斜撐試驗檢測11案統計,如表2所示。 

表1 109年度挫屈束制斜撐試驗檢測結果

  

表2 109年度挫屈束制斜撐試驗檢測統計

  由表2顯示,疲勞破壞前之累積非彈性變形量於500-1000倍及1000倍以上之範圍,約各佔一半。最大拉壓力差百分比於3%-6%及6%-9%之範圍,亦約各佔一半。由統計結果顯示,109年度所有挫屈束制斜撐試驗試體之疲勞破壞前累積非彈性變形量(消能容量)皆高於AISC規定2.5倍以上,也就是說所有試體的消能能力皆為AISC規定2.5倍以上。另所有試體之最大拉壓力差百分比(%)皆低於AISC規定三分之一以下,表示試體最大拉壓力值相近,製作品質控制良好。109年度挫屈束制斜撐試驗檢測詳細統計資料如表3及表4所示。

表3 109年度挫屈束制斜撐試驗檢測非彈性變形量詳細統計

表4 109年度挫屈束制斜撐試驗檢測最大拉壓力差詳細統計

  本案設備啟用至今,已進行挫屈束制斜撐性能試驗179件、鋼結構銲道穿透式梁柱接合工法驗證試驗12件、拉桿抗拉試驗2件、短柱試體抗壓試驗259件及大尺寸滑輪抗拉試驗1件,確實解決國內長期以來無法進行實際尺寸建築構件基本力學與耐震行為驗證之問題。目前本所仍積極協助新類型結構構件的研發或檢測之工作,以期本案設備能擴大對學界及產業界之服務。未來本所材料實驗中心亦將持續努力,期能拓展更多元之新興試驗項目,增進本所材料實驗中心之檢測能量。

圖1 挫屈束制斜撐性能試驗 圖2 鋼結構銲道穿透式梁柱接合性能驗證試驗
圖3 拉桿抗拉試驗 圖4 大型滑輪拉力強度驗證試驗
圖5 填充混凝土箱型短柱試體抗壓試驗 圖6 鋼筋混凝土短柱試體抗壓試驗