基礎錨定螺栓鎖固扭力探討 - 技師報

ASTM A307錨栓為普通強度錨栓，其設計所採用錨栓錨頭型式及錨定長度、或錨栓表面紋節不同，其施工品質甚為不易掌控。

以及現行"鋼結構設計規範"，並無如何 ... 發佈訊息： 大口徑輸水幹管修復案例探討 慨談南橫全線邊坡防護工程 工程會表示公共工程查核機制早已存在 鋼橋遭落石重創緊急搶通之管理及執行 談基礎「巨積混凝土」溫控計畫案例與建言 首頁 著作權聲明 隱私權政策 使用條款 關於我們 聯絡我們 網站地圖 台灣省土木技師公會-技師報 技師報 專業文章 文章分類 工程知訊水土保持工程鑑定施工技術營建管理地工技術結構設計法規法令 文章排序 精選文章最新文章最多點閱文章搜尋 專欄報導 技師報社論工程專家專欄主任技師專欄公會活動專欄 專業服務 中英日工程名詞查詢 結構標準圖 鋼筋混凝土 鋼結構 工程翦影 工程圖像Gallery 工程影像Video 會員登入 會員登入 記得我 -> 您目前位置： 首頁結構設計基礎錨定螺栓鎖固扭力探討 詳細內容 分類：結構設計 作者陳正平技師 2017-09-30 點擊數：19675  列印  Email 一、前言 鋼結構廠房鋼柱基板通常是採用ASTMA307錨栓鎖緊固定，因錨栓之螺帽係以扳手工具人工鎖固，操作人員施力大小的不同，使得不同位置之螺帽，其鎖緊程度差異甚大。

因此產生基礎錨栓螺帽鎖固所需之鎖緊程度，是否有相關規範規定的疑義？這也是施工單位或監造單位常問的問題。

二、基礎錨栓之錨定機制 基礎錨栓主要係用來固定鋼柱，並承受鋼柱軸力、剪力及彎矩等所引致之單一錨栓的拉力與剪力。

當錨栓承受拉力時，鋼柱基板需與灌漿層或混凝土承壓面間達緊密接觸程度，否則會產生間隙而增大結構物頂部之側向位移量；當錨栓承受拉力而伸長，亦會因基板轉角變形，而增大結構物頂部之側向位移量；當錨栓承受剪力時，一般係藉鋼柱基板與灌漿層間之正壓力、或藉錨栓之拉力防止脫離，產生剪力摩擦之方式承受剪力；亦有以剪力榫埋入基板下方混凝土內來抵抗水平剪力，不過此種抵抗剪力機制，會因剪力榫抵抗剪力之重心與基板間距離所產生之偏心彎矩，會略為增加錨栓所受的拉力，也會因而增加錨栓的伸長量。

因此除了鋼柱基板與灌漿層或混凝土間，須將錨栓鎖至緊密接觸外，甚至錨栓鎖固後存有預拉力更佳，此因錨栓鎖固後存有預拉力，會使錨栓的受拉伸長量預先產生，當錨栓承受水平力所產生之拉力，僅會取代原已存在的預拉力，因此不會增加伸長量，同時也不會再增大結構物頂部之側向位移量。

三、錨栓之鎖固扭力 ASTMA307錨栓為普通強度錨栓，其設計所採用錨栓錨頭型式及錨定長度、或錨栓表面紋節不同，其施工品質甚為不易掌控。

以及現行"鋼結構設計規範"，並無如何鎖緊至有部分預拉力之方法的相關規定。

採用普通錨栓之鋼結構物，一般均未特別規定鎖緊程序，或錨栓鎖緊預拉力值，當鋼柱安裝完成，錨栓之螺帽須立即鎖緊，尤其是，當結構物必需預先排除錨栓受拉伸長，對結構物頂部側向位移量的影響時，或需降低懸臂結構物之撓度時，或承受反復載重可能因錨栓伸長，而致使錨栓之螺帽逐漸鬆脫等考量時，此時錨栓必需鎖至有預拉力之狀態。

普通強度錨栓螺帽至少須鎖緊至「緊貼狀態」，所謂鎖至「緊貼狀態」係指以一般扳手參考美國結構接合協會（RCSC）公佈「SpecificationStructuralJointsUsingHigh-StrengthBolts」(2014)對高強度螺栓安裝時，第一次鎖固至「緊貼狀態」之規定，也就是使用衝擊扳手鎖至數次衝擊，或使用一般板鉗用人力全力鎖緊，使接合面接觸達緊密狀態；或參考美國(PortlandBolt&ManufacturingCompany)所提供之鎖緊扭力近似值(見表1)施加扭力，即可鎖住ASTMA307錨栓，約達錨栓設計軸拉力強度之鎖緊狀態。

原則上，在不使螺栓破壞或改變螺栓螺牙永久性變形的前提下，螺栓的預拉力愈高愈好。

若基礎錨栓需使用到預拉力，或需使用預力錨栓時，基板、基礎錨栓及混凝土基墩之設計須特別謹慎，尤其是預力錨栓之桿身與混凝土間，不可提供太大的握裹力，在施預力時桿身必須可自由伸長，且其錨頭端之型式須可承受全部的預力拉力。

雖然施拉預力之設備型式，在設計階段尚未決定，但錨栓桿身在混凝土內產生之潛變、錨頭滑動等預力損失，亦須納入考量。

施拉預力之施工程序及注意事項，須詳細規定於圖說內。

另，為免螺帽鬆脱，建議採用二個螺帽鎖固，下方需為重六角形螺帽，上方那個螺帽可用重六角形螺帽或一般六角螺帽。

表1ASTMA307鎖緊扭力近似值(PortlandBolt&Mfg.Co.) 螺栓直徑 驗證載重 (Proofload) (≒0.92Fy) (tf) 夾緊力(Clampload) 或錨栓容許拉力(≒033Fu)(tf) 鎖緊扭力(kgf-m)   鍍鋅＋潤滑 鍍鋅 未塗裝   (英制) (公制)   1⁄2 13 2.32 1.74 2.2 5.5 4.4   5⁄8 16 3.67 2.77 4.4 10.9 8.9   3⁄4 19 5.46 4.09 7.7 19.5 15.6   7⁄8 22 6.30 5.17 11.5 28.8 23.0   1 25 9.07 6.81 17.3 43.3 34.6     表1中之名詞定義及補充注意事項如下： 1.驗證載重(Proofload)：螺栓鎖緊過程會先鎖到「緊貼狀態」(snugtight)，在被鎖緊的鋼板間或螺栓與鋼板間，皆處於緊密接觸情況，此時螺栓已經承受一些張力。

螺栓自「緊貼狀態」受力情況開始，螺栓之軸拉力-軸向變形的關係曲線，自「緊貼狀態」開始呈線性關係發展，降伏現象會先在螺牙處發生，然後曲線進入非線性階段，接著螺牙處產生頸縮而強度開始下降，最後在螺牙處斷裂。

螺栓受拉力時，臨界斷面發生在螺牙處，螺栓的最大拉力強度為材料抗拉強度與有效張應力面積（Tensilestressarea=0.7854）的乘積。

材料的降伏發生在螺牙的凹痕處，螺牙的降伏會侷限在局部區域，因而螺栓之軸拉力-軸向變形的關係曲線，並沒有明顯的降伏平台。

螺栓在螺牙處降伏時的載重，稱為「驗證載重」(Proofload)。

A325高強度螺栓之「驗證載重」，約為自身抗拉強度之70%至80%（即約0.7~0.8）；A490高強度螺栓之「驗證載重」，約為自身抗拉強度之80%至90%（即約0.8~0.9）。

若未經驗證載重試驗，通常可取降伏強度之92%作為驗證載重。

2.夾緊力(Clampload)，或錨栓容許拉力：係為取0.33Fu或驗證載重之75%以預留安全餘裕，避定錨栓受力太接近驗證載重，而致錨栓破壞失敗。

若錨栓受力超過驗證載重，則有斷裂的風險，錨栓之夾緊力(Clampload)或容許拉力，僅為一估計值，不同設計者所訂之容許拉力可能不同。

3.超過150mm之長螺桿，扭矩損失甚為顯著，表1之鎖緊扭力不適用。

4.表1中之鎖緊扭力估計值，係以錨栓容許拉力值估計，並以表2中之扭力係數值K，依下式估算： T＝KdN 其中，K：扭力係數值。

鍍鋅＋潤滑(亦即，如同高強度螺栓潤滑方式)，K=0.10；鍍鋅K=0.25；未塗裝K=0.20。

T：扭力(kgf-m)。

d：螺栓標稱直徑(mm)。

N：螺栓拉力(tf)。

表2扭力係數值K 區分 扭矩係數種類 A B 同一製造批次之扭矩係數平均值 0.11~0.15 0.15~0.19 扭矩係數標準偏差 0.010以下 0.013以下   上述公式僅適用粗螺牙系列，其中： 扭矩係數種類：A類，係指螺栓與螺帽接觸面經潤滑處理；B類，係指螺栓與螺帽接觸面無潤滑處理。

由於影響螺栓鎖緊扭力與螺栓軸力間之變數甚多，例如：環境因素、人為操作錯誤、施力的大小、扭力扳手的精度、螺牙表面粗糙度、潤滑程度、螺栓表面(鍍鋅或其他防蝕)塗裝等，因此決定正確的扭力值，唯有經由安裝前之驗證試驗。

本文所提供之ASTMA307錨栓固定扭力值僅供參考，使用者須依個別需求先行驗證並自行負責。

除契約圖說指定無需預拉力外，錨栓安裝前應進行施工程序與檢驗之驗證試驗，以確認錨栓可達其圖說規定之預拉力，試驗經監造工程師核可後，錨栓方可安裝使用。

驗證試驗之執行方式，應包含於安裝計畫書內，並提送監造工程師核可。

錨栓鎖緊扭力驗證試驗，應於工地現場進行並使用軸力計確認預拉力大小，軸力計須每年校準。

試驗前應確認整個螺栓組之潤滑狀態、鎖緊設備、鎖固方法及程序等均與實際施工時相同。

扭力扳手法試驗執行方式如下： (1)試驗應於當日螺栓鎖固工作安裝前執行。

(2)試驗取樣以每一直徑、強度及批號之螺栓組進行分類，每一類試體至少取3個螺栓組進行試驗。

(3)試驗結果應確認此鎖緊方法可發展出驗證試驗所需之預拉力，且建立施工時之扭力標準並據以施工。

若任一螺栓組試驗所得預拉力，未達驗證試驗所需之預拉力，必須在現場安裝前，找出原因及解決方法後重新進行試驗，惟不可於重新試驗前，任意清潔或潤滑螺栓組。

驗證試驗建議以設計拉力之1.05倍，作為驗證試驗預拉力之標準。

螺栓鎖固後之檢驗：鎖固後應先檢驗螺栓餘長，螺栓尾端螺紋應凸出螺帽至少1個完整的螺牙，且不可超過6個螺牙。

扭力扳手法時除應進行目視檢驗外，須另進行扭力確認檢驗，扭力確認檢驗之檢驗頻率至少為螺栓組數量之10%，且每五個梁柱接頭至少抽檢一處，每處則至少抽驗三個螺栓組。

上述扭力確認檢驗，應於螺栓鎖固後三日內及接頭電銲前完成，若遇不可抗力之因素而無法於螺栓鎖固後三日內完成檢驗，則其檢驗方法及頻率應另經工程師核可。

扭力扳手法之鎖固後檢驗之程序如下： 1.完成鎖固後，應由第一次鎖緊後標記之參考線進行目視檢驗，檢查墊圈是否旋轉、螺帽旋轉量是否異常。

2.目視檢驗如發現螺栓組旋轉量明顯不足時，可採扭力扳手再次鎖固，鎖固完成後並應確認其扭力值是否合乎標準。

3.除目視檢驗外，另應以扭力扳手確認螺栓組鎖固後之扭力值是否合乎要求，若無法符合則應更換該螺栓組。

鎖固後之扭力值，應不小於當日驗證試驗結果所對應於規定最小預拉力之扭力值。

4.針對每一螺栓組群，若有任一螺栓組須更換，於該螺栓組更換並鎖固完成後，該群所有的螺栓組，均應再次檢查並確認其扭力值。

四、結語 實務上，施工廠商常以基板下方預置一螺帽，作為調整水平及高程之用途(見圖1及圖2)，此種情況基板上方之螺帽鎖緊時，鎖緊力只是與基板下方之螺帽互相抵抗，而無法鎖緊至錨栓產生預拉力。

甚至為了方便上部結構容易吊裝或方便調整精度，錨栓未鎖緊(見圖3)。

因此基礎錨栓若須鎖緊達存有預拉力之情況時，不能採用高程調整螺帽的方式施作。

工程界對於基礎用之ASTMA307普通強度錨栓，至今甚少有正確鎖緊之觀念，此點施工品質尚待提升加強。

圖1基板下方預置螺帽作為調整水平及高程 圖2基板下方預置之螺帽部分未接觸到基板 圖3錨栓之螺帽未鎖緊 【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載；未經允許請勿任意轉載】   校舍結構以液流黏性阻尼器補強設計之算例分析（下） 來來來哩來按個贊！ 精選文章新進文章 結構耐震評估與補強：TEASPA4.0線上服務網頁(下) 鋼橋疲勞破壞之探討 防杜道路塌陷工程會找原因、提對策 免開挖工法概述 從台南維冠金龍大樓倒塌談「單跨RC構架」之設計與施工 台灣營建業的再進化 結構耐震評估與補強：TEASPA4.0線上服務網頁(上) 鐵路工程臨軌施工之挑戰-以臺鐵中壢站跨站天橋為例 技師報 2022-05-31 技師報第1329期 施工技術 2022-05-31 大口徑輸水幹管修復案例探討 水土保持 2022-05-31 慨談南橫全線邊坡防護工程 技師報社論 2022-05-31 第1329期社論-抗震師法抗疫落實超前佈署 技師報 2022-05-25 技師報第1328期 工程知訊 2022-05-25 工程會表示公共工程查核機制早已存在 標題及其它 2022-05-25 時間不存在的墨西哥 技師報社論 2022-05-25 第1328期社論-租稅優惠再延五年積極驅動危老重建 Tweet 您可能有興趣文章： 詳細內容 分類：結構設計 2022-05-13 詳細內容 分類：結構設計 2022-04-28 詳細內容 分類：結構設計 2022-04-21 詳細內容 分類：結構設計 2022-04-08 詳細內容 分類：結構設計 2022-03-29 點我閱讀更多... 【版權重要說明】：本網站內容係由該著作權人或團體同意下轉載、或由該作者或會員自行創作上載發表之沒有違反著作權之圖稿內容，一切內容僅代表該個人意見，並非本網站之立場，本站不負任何法律責任；若讀者認為文章或評論有侵權不妥之處，請與聯絡我們，將儘速協同處理；同時未經本網站同意請勿任意轉載內容，我們也將保留一切法律追訴權利。

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