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1、壹、前言随着世界木材资源减少，全球环保意识日增，各国相继采取原木或木材出口限制措施。国内目前所需之林业原料近99%仰赖进口，因此，如何开发国产造林木加工技术以提高国内木材自给率，实为今后林产工业所面临之重要课题(吴万益等，1998)。根据林务局第三次台湾森林资源及土地利用调查报高，目前台湾森林地面积约占全岛陆地面积约58.53%，而人工造林地面积约占森林地面积20%。其中，柳杉在台湾人工林面积中仅次于松类造林木，蓄积量约777万立方公尺，且大部分柳杉造林木已达间伐及主伐期，因此必须有效利用以增加其附加价值(王松永2002)。由于国产造林木多属中小径木，无法应用于大断面实木的场合。因此，必须藉由
2、集成材之优点以增加中小径木利用范围，并提高国产材的附加价值。国内木材工业中已逐渐注重结构用集成材之应用与开发，然而受限于结构用集成材之制造技术与对于新订定CNS11031结构用集成材相关标准尚未应用于制程上之控管。因此，造成结构用集成材制品不符结构上设计需求与产品规定，使得在设计与应用上产生困难。另一方面，由于结构用集成材能作有效之弯曲加工作业，可灵活应用在建筑空间内，深受建筑设计者及民众所接受。然而，在开发过程中，国内相关结构用弯曲集成材强度性能之研究并不多见。本研究目的依据CNS11031之标准，使用国产柳杉中小径木开发6 m长之结构用弯曲集成材，并以三铰径向拱型集成材进行静曲试验，评估实
3、大尺寸弯曲集成材之强度性能。另外，并搭建弯曲集成材拱桥，以长期监测木造桥梁之潜变及桥梁于自然环境下材料含水率之变化与劈裂情形，用以评估中、小径木材应用在木质结构之可行性，以提供相关业者及建筑师设计之参考。贰、材料与方法一、试验材料(一)、柳杉(Cryptomeria japonica D. Don) 采用南投县鱼池乡私有林班地30-40年生之中小径木。(二)、胶合剂：间苯二酚酚甲醛共缩合树脂 (Resorcinol-phenol-formaldehyde adhesive，RPF) 主剂型号为AD- 500，固形份含量52-58 。硬化剂型号为Hardener-501，固形份含量69-73 。
4、胶合剂外观为红褐色，常温硬化时间约3-4小时。使用时主剂与硬化剂之比例为1：1。(三)、H型扣件：镀锌碳钢材。(四)、弯曲集成材拱桥：型扣件如图1所示，其余详细材料项目列于表1图1、 型扣件(单位：)表1、 木质集成弯曲拱桥材料单名 称*尺 寸（）数 量(支)备 注集成梁集成柱扶手1扶手2扶手3装饰拼花1装饰拼花2装饰拼花3桥面板木钉补强材5931025158101110010410210410310461104471041910424104601044710423104181046310447104171042210411610451（）3.918.543128848888888844446
5、0804柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材柳杉防腐材南方松防腐材螺栓螺帽垫片型扣件锚栓13.51.588（）23.51.588（）1.5550.4510200.5301.5（）24242424636不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢镀锌钉镀锌牙钉L型角铁多功能角铁3.9(长)5(长)7.7(长)7.7(长)2.5A34111 kg14048镀锌碳钢镀锌碳钢镀锌碳钢镀锌碳钢镀锌碳钢镀锌碳钢护木油Cobot30605加仑*尺寸为长宽厚、()直径尺寸二、
6、仪器及设备(一)、分等工具与仪器设备1、目视分等工具：游标卡尺、直尺、卷尺。2、位移计：型号3026F，精密度为0.01 mm，非破坏性静曲试验。(二)、实大尺寸集成材静曲破坏试验设备动态疲劳试验机最大载重50公吨，型号WT-6040A1，最大试验跨距800，试材容许高度100，控制系统由万匠企业股份公司设计。(三)、指接设备1、指接作榫机型号KMFJ-400，川劦企业有限公司制造。手动进料，刀轴马力15HP，切断马力5HP。容许切削宽35，加工容许高度15。2、指接机型号KMFJ-400S，川劦企业有限公司制造。手动进料，加压时间可设定延迟至1小时以上。指接机容许加工长度610，宽15，厚7
7、.5。油压缸容许压力10吨。3、指刀规格160 (直径) 50 (轴) 6 (指距) 22 mm (指刀长) 9片，如图2所示。图2、指接刀规格及形状(四)、集成材层积胶合设备1、扭力板手：容许出力2707 kgf-cm。2、集成机台：工作台作业长度800 cm、宽度300 cm、高度100 cm，配有15座活动加压夹具组，本次试验使用11组共22支水平加压螺杆，螺杆平均直径为2.8，螺纹间距0.33。由光信公司承制。3、电子天秤4、布胶滚轮(五)、拱桥监测仪器1、电阻式含水率测定仪：型号Hydromette H 35，德国制。2、位移计：型号BXL-302，精度为0.01量测范围50，Mit
8、utoyo Co.制造。(六)、其它加工及施工设备双面刨、圆锯机、水平式钻孔机、手提式钻孔机、手提电刨、手提圆锯机、花刨机、自动纵切机：作为定长、定宽、定厚、打花边、钻孔等木材加工及拱桥建造使用。三、试验材料制造方法(一)、集成元分等方法1、非破坏静曲试验目视分等方法依据CNS11031集成元之品质标准规定进行等级区分，依照强度性能项目之检测标准，对于对称异等级结构用集成材之最外层用集成元，长度方向未纵接者需符合CNS11031静曲B试验测定合格静曲弹性系数标准，依测定结果将集成元区分为3等，试验方法如图3所示，跨距采用330。测定加上适当初期载重与最终载重时之挠曲差，依下式计算出静曲弹性系数
9、 (MOE)。L90以上为1等、L80-L90为2等与L70-L80为3等。试样集成元合格标准须符合表2之平均值以上，且试样集成元之95%以上静曲弹性系数须符合表2之下限值所示数值以上，静曲弹性系数计算如下：MOE(kgf/2) = P：比例限度内上限载重值与下限载重值之差(kgf)y：与P相对应之挠曲差值()l：跨距()b：集成元宽度() h：集成元厚度()图3、 柳杉集成元三点载重静曲试验B之试验方法表2、依目视区分等级之强度性能标准树种群树种名称依目视区分等级1等2等3等静曲弹性系数(103kgf/cm2)静曲弹性系数(103kgf/cm2)静曲弹性系数(103kgf/cm2)平均值下限
10、值平均值下限值平均值下限值F柳杉、台湾杉、杉木、西部侧柏及具同等强度之树种9075806570602、目视区分等级方法经强度性能初步区分等级后，再进行集成元外观缺点之集中节径比、材缘部径比、纤维倾斜比、端裂、腐朽、及平均年轮宽之判定，以区分本试验集成元试材之等级，其判定标准如下：依CNS11031结构用集成材，有关柳杉集成元以目视区分等级方法说明如下：(1)、集中节径比A、节之直径以节存在之材面，与材长方向的棱线相平行之节的两切线间之长度表示之，当直径为集成元短边之2.5倍长度以上之节径者，视为其实测直径之1/2。B、节径比节之直径对于其所存在材面宽度的百分率表示，本试验集成元只以宽面之节为主
11、要判定对象，分别求出宽材面之两材面径比，以其最大值为径比。C、集中节径比系指在15长度之材面所存在的节与穴之径对于其所存在之材面宽度的百分率之合计。集中节径比N ()= Di：存在于材长15范围内，且与材长方向的棱线相平行之两切线间之长度为其节径( i = 1.n)。W：材宽(2)、宽面之材缘部径比从棱线至材面宽度的1/4距离作为材缘，该范围内节及穴之径对于其所存在之材面宽度的百分率。(3)、平均年轮宽在横断面上年轮宽完全者之平均年轮宽表示之。(4)、纤维走向之倾斜比纤维走向之倾斜比系指纤维走向之倾斜高度对于集成元长度方向之比。依照CNS11031与CNS14630中目视区分之集成元测定方法进
12、行分等，依节之集中径比、宽面之材缘部径比、纤维走向倾斜比、腐朽、割裂以及平均年轮宽，将试材区分成四个等级。如表3所示。表3集成元目视区分之标准项目等级1等2等3等4等节及穴集中径比20%以下30%以下40%以下50%以下宽面之材缘部之径比17%以下25%以下35%以下50%以下纤维走向倾斜比1/16以下1/14以下1/12以下1/8以下腐朽无无无无割裂极轻微极轻微极轻微轻微变色轻微轻微轻微轻微逆木理轻微轻微轻微轻微平均年轮宽6mm以下6mm以下(二)、结构用弯曲集成材制造方法：1、试验设计：本研究开发之结构用弯曲集成材，依照CNS11031结构用集成材之规定设计制造：(1)、拱桥主构材之制造：
13、以二铰径向拱型集成材方式制作，该集成材由12支600 cm长 10 cm 宽2 cm厚之集成元，胶合层积成3支弧度为/6曲率半径为1146，断面尺寸为10宽 240厚之中断面对称异等级结构用集成材，其集成元之排列方式为1、2、3、3、4、4、4、4、3、3、2、1，如图4所示。(2)、结构用三铰拱之弯曲集成材制造制作弧度为/6之三铰径向拱型集成材，每支弯曲集成材由2支300长10宽25.2厚之中断面对称异等级结构用集成材组合构成，试验弯曲集成材共由12支360 cm(长) 10 cm(宽)2.1 cm(厚)之集成元胶合层积而成，经解压后定长为300之集成材，再由H型扣件接合而成。其集成元排列方
14、式分为两种类型，每种类型各重复3次。一为1、2、3、3、4、4、4、4、3、3、2、1，另一为1、1、2、2、3、3、3、3、2、2、1、1，如图4所示。拱橋集成材1233444433211 12 13 23 24 34 34 34 33 23 22 11 1三鉸拱型集成材图4、对称异等级结构用弯曲集成材之集成元等级配置断面图2、曲率之计算方法弯曲集成材品质之优劣，除取决于材料强度性质外，成品曲率之精度亦相当重要，因曲率会直接影响结构体之组装及外观，曲率之偏误过大甚至可能导致该批集成材无法组装使用，因此于加工前与加工过程中需将影响曲率之因子降至最低。本试验曲率半径之计算方法如图5，并依下列各式
15、计算：h = R dd =R - hS = Rd = R cos= cot=C=2 R sin=2 d tan=2=C：跨距或弦长S：弧长R：曲率半径：角度h：弦高d：曲率半径与弦高之差本研究采用S = 600；弧度为时；则 =30可得圆周长为600 12 = 7200；则2R=7200/3.1416=2292；R =1146C = 2R sin = 2292 sin15= 593d = R cos = 1146 cos15=1107h = R d =39RCS图5、曲率计算方法3、集成元之纵向接合方法(1)、指形指形规格：指长L为18 mm，指距P为6 mm，指端宽为1.5 mm。(2)、指
16、榫制作将窑干后集成元试材刨光至厚度为21后进行指榫切削，切削前需将端部切削范围内之缺点去除，以避免缺点于指榫部位影响指接胶合的效果，然后进行指榫切削作业。(3)、集成元之纵向接合作业指榫接合以间苯二酚酚甲醛树脂胶合剂进行胶合，木材之布胶量约为250 g/m2，主剂与硬化剂之比例为1：1，榫接布胶后进行指接端部纵向加压接合，加压压力为10 kgf/cm2，仪表压力控制在20 kgf/cm2以下，加压时间为5分钟，置于常温硬化时间为4小时。所加压之仪表压力计算方式如下：R PA W式中，R：气压缸之断面积 (cm2)P：仪表压力 (kgf/cm2)A：集成元材料断面积 (cm2)W：纵接胶合压力
17、(kgf/cm2)2.5 2.5 3.1416 P10 2.1 10 kgf/2P11kgf/24、结构用集成材层积加压胶合方法先以双面刨将指接作业后之柳杉集成元刨光至厚度2 cm，以刨除指接部位之渗胶保持接合处之平整，然后进行布胶，布胶量为250 g/m2，再以水平加压夹具台进行集成材胶合作业，每支集成材采用12支集成元胶合层积而成，相邻集成元之指接位置间距需错开15 cm以上，加压至紧密后以扭力板手进行压力之检测。加压胶合时间为4小时，其用胶量与压力之计算如下：(1)、每支集成材总布胶量：(600 10 )/10000 250 g/m2 11=1650 g(2)、集成压力为600 10 1
18、0 kgf/260000 kgf，利用螺杆加压，加压螺杆总数22支计算扭力扳手载重，扭力扳手载重计算公式如下：FLW R ( 3.1416 F DK ) / ( 3.1416 DF K )D(d1d2 ) / 2，R=D / 2，FL：扭力扳手施力作功 (kgf-cm)；K：螺纹间距 (cm)W：单一螺杆所需负载之力60000/22=2727 (kg)R：螺杆之半径 (cm)F：摩擦系数 (0.2)；d1：螺杆外径 (cm)；d2：螺杆内径 (cm)D：螺杆平均直径 = (螺杆外径+螺杆内径)/2 (cm)；FL =2727 1.48 (3.1416 0.2 2.8 +0.33)/(8.796
19、5 -0.2 0.33)FL =966 (kgf-cm)四、三铰径向拱型结构用集成材性质试验(一)、集成元之基本性质测定1、柳杉集成元基本性质试验方法(1)、密度试验，根据CNS 451，测量柳杉气干体积(V)，称取试材质量(m)，依下式计算其气干密度(D；g/cm3)：D = (2)、含水率试验，根据CNS 452，测量柳杉干燥前之质量(m1)，将试材置于103 2 烘箱中，直到质量恒重，即为试材绝干质量(m2)，依下式计算其含水率：MC(%)=(3)、柳杉之实木剪断试验，根据CNS 455，柳杉以径切面及弦切面两种型式进行试验，重复次数各为12次，依下式计算其剪断强度()： = (kgf/
20、cm2)式中，：剪断强度 P：最大载重 (kgf)A：剪断面积 (cm2)2、指接性质试验方法柳杉集成元之四点载重静力弯曲试验，依据CNS11031中静曲C试验，如图6所示，制作宽度及厚度与试样集成元相同，长度为集成元厚度之25倍以上之试材。柳杉集成元试材区分为有指接与无指接两种，长度方向有纵接胶合集成元，制作试材时，该指接胶合部位应置于试材中央。指接胶合集成元试材规格为72(长) 10.1(宽) 2.1(厚)，其试验重复14次。其静曲强度依表4区分为3等，依目视区分集成元，试片静曲强度之平均值及下限值需符合表所示数值以上。圖6、柳杉集成元經縱向接合後進行四點載重靜力彎曲試驗(單位：) 表4、
21、依目视区分集成元之静曲强度等级区分标准树种群1等2等3等静曲强度( kgf/cm2)静曲强度( kgf/cm2)静曲强度( kgf/cm2)平均值下限值平均值下限值平均值下限值A630475540405485365B540405485365450340C485365450340420315D450340420315390295E420315390295360270F390295360270330250(二)、结构用弯曲集成材强度试验：1、集成材强度性能之试验方法(1)、四点载重静力弯曲试验根据CNS 11031静曲A试验，如图7所示，测定在破坏时之静曲强度(MOR)，依比例限度内之上限载重及下
22、限载重及其相对应之挠曲差，求出静曲弹性系数(MOE)。试材尺寸为593(长) 10(宽) 25.2(厚)，跨距593(为集成材实大材厚度之18倍以上)。由下式计算出静曲弹性系数及静曲强度。MOE ( kgf/cm2 ) = MOR ( kgf/cm2 ) = 式中，P：比例限度内上限载重与下限载重值之差 (kgf)y：与P相对应之挠曲差 (cm)l：跨距 (cm) Pb：最大载重 (kgf)s：两载重点间距 (cm)b：实大集成材试材宽度 (cm)h：实大集成材试材厚度 (cm)图7、三铰径向拱形结构用弯曲集成材四点载重静力弯曲试验(三)、煮沸剥离试验1、试材制作:从试验集成材之两端各截取长度
23、为75 mm之试材，本试验共制取12片试材。2、试验方法:将试片浸渍在煮沸水中4小时，更在室温(1025 )之水中浸渍1小时后，从水中取出将试片放入70 3 之烘箱中，干燥24小时以上，干燥后试片之含水率应较试验前之含水率为低。但标示第类使用环境目的时，需进行上述处理反复两次，之后计算试片剥离率，测定剥离长度时，干裂、节所引起木材之破坏不视为剥离。3、试片合格标准:将试材两横断面之剥离长度达3 mm以上者进行测定并合计之。再求出各集成材剥离率之平均值，当两横断面之剥离率在5以下，且同一胶合层剥离长度为各试材长度之1/4以下者为合格。由下式计算出剥离率：剥离率() = (两横断面剥离长度之合计/
24、两横断面胶合层长度之合计) 100 (四)、木块剪断试验:1、试片制作:依CNS11031胶合剪断试验之规定，将胶合试材制取35片规格如图6之试片，进行胶合剪断强度之预备试验。另外，于实大尺寸集成材静曲A试验后，再从试验集成材之两端各取一个试片，对于全部胶合层制作成如图8所示规格之试片，本试验共需制取132片胶合剪断试材。2、试验方法:试验时，试片之剪断面与载重轴成平行，载重速度为约1000 kgf/min，直至试片破坏为止。 图8、胶合剪断试片制作规格(单位：)3、试片合格标准:试片之剪断强度及木破率如表5所示，柳杉剪断强度应为54 kgf/cm，木破率为70 %以上。 表5、柳杉结构用集成
25、材剪断强度及木破率标准树种区分编号树 种 区 分剪断强度(kgf/cm2)木破率(%)6柳杉、台湾杉、杉木、西部侧柏及具同等强度之树种5470 五、两铰径向拱型结构用集成材制作拱桥之作业流程拱形集成材歩道桥之制造，桥身总长593 cm，宽116 cm，扶手型式设计为中国式拼花，桥面板至扶手高度依公路桥梁设计规范，规定需为105 cm高，且所有木材均经CCA防腐处理。 (图9)图9、弯曲集成桥梁之俯视图(单位：)(一)、基础桥墩施工依设计以混凝土铺设桥梁基础，混凝土之规格为160 长 45 宽 60 厚。首先进行模板作业，基础台面离地表约30，需视施工现场之斜坡，经水平仪量侧后之高度为基准。混凝
26、土之水泥、细沙及卵石，其比例为1：2：4，模板拆除时间为灌浆后3天。(图10)图10、基座尺寸与扣件之距离(单位：)(二)、锚栓安置锚栓总长30 cm，直径1.5 cm，一端加工折弯如锚状，材质为不锈钢螺杆，其用途是作为基础与弯曲集成梁端部扣件之连结，同时于混凝土硬化后可加强牢固作用，于灌浆过程中每一型扣件与6支锚栓套入后埋进混凝土基础中，位置分别在距基座长边约9 cm，离宽边约25 cm处，锚栓露出基础外2.53 cm长，埋入深度1720 cm。(三)、护栏施工1、装饰拼花首先制作拼花之矩形内框，框体四角以45接合，其接合部以木钉及涂布环氧胶接合，周围4支连结材同样以木钉接合。2、护栏柱、扶
27、手及拼花之连结拼花、护栏柱及扶手以L型角铁接合，柱与扶手使用A34多功能角铁接合，拼花及扶手与护栏柱接合位置依据桥梁曲率为基准。(图11)图11、弯曲集成桥之侧视图 (四)、护栏与弯曲集成梁之接合以两支直径1.588cm不锈钢螺栓进行接合，螺栓之端距及间距依规范分别为螺栓直径之4倍 (7cm) 及 7倍 (11cm )以上(图12) 。 图12、集成梁与护栏柱之组合详图(五)、结构用弯曲集成材之安装三支结构用弯曲集成材作为拱桥主梁，两侧端部安装时，置入于事先固定于混凝土桥墩上之型扣件内，再以4支13.5 1.588 () 之螺栓接合固定于基座上，相邻集成材之间距为40 cm，施工时应注意维持三
28、支主梁上缘在同一高度，以利于桥面板材之铺设与桥梁结构之完整。(六)、补强材施工分别在距离结构用弯曲集成材两端部150 cm位置，以2 8规格之南方松防腐材作为侧向支撑。(七)、桥面板铺设桥面板尺寸为2 4之柳杉防腐材，长度116 cm，以7.7 cm长之镀锌牙钉，由桥梁之一端开始铺设于弯曲集成梁材面上，每一支桥面板材间距为0.4 cm。 (八)、护木油涂装以Cabot水性透明耐候漆(水性油脂、水性压克力树脂)涂刷木材表面，干燥时间为24小时，涂刷次数为2次，在第一次涂刷后之15分钟内，于漆面仍处于湿润状态下复刷。六、弯曲集成拱桥之测试(一)、潜变测试：桥梁建造完成之后依公路桥梁施工规范，人行步
29、道桥应用场合之活载重设计以400 kgf/m计算，将水泥柱平均放置于桥面上，以位移计量测于桥梁中心，以监测梁中央位置之弯曲变位量，最初两星期每天量测一次，接着每三天量测一次，持续三星期，最后每一星期量测一次，预计量测三个月的时间。记录每一次量测之变位量，绘制弯曲变形-时间关系曲线，其最后结果不得超过公路桥梁设计规范L/300。(二)、含水率监控:施工完成后弯曲集成梁之含水率为30%以上，定期每个月测量一次弯曲集成梁含水率，量侧部位在弯曲集成梁之下弦杆材外侧。(三)、耐久性检测:经CCA防腐处理后之柳杉造林木，于长期暴露天候之试验条件下，观察其腐朽、白蚁、蛀虫、变色以及涂装效果等现象并进行纪录。
30、七、弯曲集成材设计与规范 生田晴家(1983, 1984)指出以不同曲率对针叶树与阔叶树进行应力分析，得到弯曲集成材对压缩应力及引张应力的耐力具有随着弯曲度的增加而降低的情形，因此对于弯曲集成材之设计必须对曲率因素与径向应力两个主要因子来调整设计值。(一)、弯曲应力：木构造建筑物设计与施工技术规范对弯曲集成材之规定，弯曲部分之容许弯曲应力依下式计算；且弯曲集成材之容许弯曲应力必须乘以曲率因素(内政部建筑研究所 2003) 。容许弯曲应力集成材之弯曲应力()依AITC(1984)规定如下式：弯曲应力 =断面模数S=k=1-2000()2A式中k为曲率因素t为集成元厚度为集成材中心线之曲率半径(二
31、)、径向应力 梁深固定之矩形断面受弯构材承受弯矩时，在半径方向所发生之最大应力依下式计算：(内政部建筑研究所 2003;日本建筑协会2002)半径方向应力R= (kgf/cm2)式中R为径向应力M弯曲力距为集成材中心线之曲率半径b为试材断面宽度d为试材断面深度。(三)、木材集成梁之最大水平剪应力(b)(王松永 1993)：最大水平剪应力(b)=Pb为最大载重(kgf) 。内政部建筑研究所(2003)在设计规范中对于弯曲集成材之容许径向应力尚有下述归定:1、弯曲力矩使梁弯曲度减少时，(增加曲率半径)，径向应力为受拉，其值应为集成材容许剪应力三分之一以下。2、弯曲力矩使梁弯曲度增大时，(减少曲率半
32、径)，径向应力为受压，其值应为集成材纤维垂直方向之容许压缩应力值以下。参、结果与讨论一、柳杉集成元之基本性质(一)、静曲性质柳杉集成元以非破坏性静曲试验求得之静曲弹性系数平均值为143 45 103kgf/cm2。符合CNS11031(2002)对于F树种群1等集成元静曲弹性系数之标准90 kgf/cm2高出58.8，且能达D树种群如铁杉，阿拉斯加扁柏之要求(平均值110 kgf/cm2，下限值95 kgf/cm2)。(二)、胶合性质1、柳杉实木之胶合剪断强度为99.6218.79 kgf/cm2，符合柳杉剪断强度应为54 kgf/cm2以上，合格率为100达标准95以上之条件，且木破率在70
33、%以上亦符合标准。此结果亦能符合对铁杉、阿拉斯加扁柏之要求，甚至可达南方松、花旗松等之要求(72 kgf/cm2)。2、实际制造成集成材后，经取样其胶合层之胶合剪断强度平均为106.423.9 kgf/cm2，木破率为87。(三)、指接性质经指接后之集成元试材，其静曲强度平均值为49380 kgf/cm2，最小值为333 kgf/cm2，在合格率须达95以上之条件下，对于CNS11031(2002)中F树种群1等集成元静曲强度之标准390 kgf/cm2，尚高出26.4，显示指接部位强度并不影响集成元等级区分。二、目视分等结果柳杉集成元试材于非破坏试验后，经目视区分法判定集成元等级发现，目视1
34、等集成元占总集成元数量之15，2等集成元占20，3等集成元占17，4等集成元占12，而以等级外集成元占36为最高，如图13所示。其中判定因子以集中节径比为主，其次为宽面之材缘部径比、端裂、腐朽及相异树种，而平均年轮宽与纤维倾斜比并不影响等级之判定。显示该批柳杉集成元可能多取自于小径原木，使得制材品存在有较多之节，而影响集成元等级导致利用率较低。 图13、目视区分等级集成元之数量分布三、三铰径向拱型集成材之强度性能根据目视区分之集成元，经适当组合后所制作成2组不同类型之对称异等级集成材，经CNS 11031 (2002)宽度调整因子求出其静曲强度。由表6可知，对称异等级结构用集成材第1类型(11
35、2233)及第2类型(123344)之MOE分别为356 103kgf/cm2与316 103kgf/cm2，MOR分别为703 kgf/cm2与896 kgf/cm2，有关静曲载重变位关系如图1419。当集成材最外层用集成元皆采用1等集成元时，皆符合对称异等级集成材E95-F270之等级。由于是三铰拱之静曲测试，其相对应之性能更能进一步符合E170-F495强度等级之标准，其中第2类型之静曲强度高于第1类型27 ，且静曲弹性系数亦高于第1类型20。依集成元之排列组合形式，第1类型之强度性能于理论上应优于第2类型，然而实验结果并未如预期之原因，可能与重复次数仅为3次，易受实验变因之影响。然而，
36、本试验结果显示以三铰径向拱型集成材运用时，其静曲承载性能远高于标准，因而增广其未来可能应用之场合。表6、三铰径向拱型集成材之静曲性能集成材类型破坏载重(kgf)破坏载重下之弯曲力矩(103 kgf-cm)静曲强度(kgf/cm2)静曲弹性系数(103 kgf/cm2)第一类型对称异等级集成材(112233)5925(32)683 (32)645 (32)328 (55)第二类型对称异等级集成材(123344)7497(10)864 (10)816 (10)393 (1)()为变异系数值图14、第1类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位图(试材NO.1)图15、第1类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位
37、图(试材NO.2)图16、第1类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位图(试材NO.3) 图17、第2类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位图(试材NO.1)图18、第2类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位图(试材NO.2)图19、第2类型结构用弯曲集成材之静曲载重变位图(试材NO.3)(三)、设计规范下之静曲性质1、设计挠度限制下之弯曲力距依内政部营建署之设计及施工规范之规定，受弯构材刚性之弹性变形范围内之最大挠度为L/300，且不得大于2 cm。本试验之实大尺寸集成材梁高为25 cm，依本试验试材之跨距为593 cm可知，最大变位量不得超过1.96，根据此变位量探讨各试材相对应之静曲载重值。由表7所示
38、，在达到最大静曲挠度限制之设计规定值时，各不同组合之集成材试材的相对应弯曲力矩值，约为最大静曲破坏时之弯曲力矩值的1129 %。其中第一类型所能承载之挠度限制下弯曲力距197 103kgf-cm则大于第二类型116 %。2、均布载重之评估对称异等级结构用集成材在设计挠度限制下之等效均布载重值，以1等为最外层及次外层集成元与2等为内层及3等为中间层用集成元，所组成之对称异等级集成材，其设计挠度限制下等效均布载重平均值为448 kgf/m，另外以1等为最外层、2等为次外层、3等为内层及4等为中间层用集成元之对称异等级集成材，其设计挠度限制下等效均布载重平均值为207 kgf/m，较第1类型低116
39、 %。在受拉状态下，弯曲集成材容许径向应力为集成材容许剪应力之1/3，柳杉为B2类树种，Lfsx-x9 kgf/cm2，因此弯曲集成材容许径向应力fRu应为3 kgf/cm2，从表7可知，第1类型及第2类型集成材其设计变位量之径向应力皆低于容许径向应力值，且仅为容许径向应力值的34及16，足见曲率半径为1146之弯曲集成材在静曲载重条件下，其所产生之径向应力并非破坏之关键因素，因此本试验材料断面尺寸为10 25 之柳杉弯曲集成材，于等效均布载重为448 kgf/m及207 kgf/m之条件下，可应用于跨距593之场合。表7、设计规范下之结构用集成材静曲性质集成材类型设计变位量之载重值破坏时等效
40、均布载重(kgf/m)破坏载重下之径向应力(kgf/cm2)弯曲力矩(103kgf-)等效均布载重(kgf/m)径向应力(kgf/cm2)第一类型对称异等级集成材(112233)197 (49)448 (49)1.03(49)1554 (32)3.55(32)第二类型对称异等级集成材(123344)91 (25)207 (25)0.48(25)1966 (10)4.49(10)()为变异系数值四、二铰径向拱型集成材桥梁之强度性能评估(一)、理论设计值桥面宽110，大梁由3支2铰径向拱形集成材为构成，规格为593长10宽 25 厚，桥面之均布活载重值为400 kgf/m2，欲检讨梁深尺寸是否合乎
41、国内木构造建筑物设计及施工规范之规定。1、载重弯曲集成材上均布载重q400 kgf/m2 0.4 m160 kgf/m1.6 kgf/cm弯曲力矩M（1.65932）/ 870330 kgf-cm2、弯曲梁挠曲应力设计柳杉为针叶树B2类材种，Lfbx-x135 kgf/cm2，E/x-x90103 kgf/cm2曲率调整因子 k1-2000(t /)21-2000(2.0/1146)20.994容许挠曲应力 Lfbx-x = 0.994 135 =134.2 kgf/cm2所需曲梁有效断面形数Ze=M /= 70330 / 134.2 = 524 cm4可得所需曲梁最小梁深为()1/2 = (
42、6524/10)1/2 = 17.7所以，可采用10 24 断面之柳杉弯曲集成材。Zo (10242) / 6960cm3实际挠曲应力b70330 / 96073.3 kgf/cm2 符合规定。3、径向应力设计R(370330) / (211461024)210990/5500800.384 kgf/cm2在受拉状态下，容许径向应力为集成材容许剪应力之1/3，柳杉材为B2类树种，Lfsx-x9 kgf/cm2。弯曲集成材容许径向应力fR1/3Lfsx-x3 kgf/cm2R 符合规定。4、剪应力设计V(1.6593) / 2474.4 kgfs1.5 (474.4 / 1024)2.965 k
43、gf/cm2Lfsx-x 符合规定。5、刚性设计设计限制下之容许挠曲为l/300593/3001.98I(10243)/1211520cm4实际挠曲(51.65934)/(3849010311520)2.48 未符合规定。所需之惯性力矩I(51.65934)/(384901031.98)14457 cm4d(1445712/10)1/325.9因此在刚性设计之考量下应采取10 25.9断面之柳杉弯曲集成材。(二)、潜变试验在施加载重初期，桥梁跨距中央之瞬间弹性变位为6.8 mm，潜变初期的变化较大，其中以第2天增加之挠度差0.67 mm为最多，之后逐渐减少。载重测试48天之后挠度差为4.16 mm，其相对潜变(Relative creep)为0.61，如图20所示。另外，载重测试48天之总挠度差为10.96mm，相当于跨距长的1/541
