2025-02-No2-扣件技術新訊

余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心

各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2025-02-No-2)：

#技術主題 : #後置式扭矩控制膨脹錨栓產品設計技術

後置式扭矩控制膨脹錨栓(Post-Installed Torque-Controlled Expansion Anchors)之安裝靈活性高、適用於補強與改造，在現代工程中扮演關鍵角色。然而，其抗拉拔與抗剪切性能表現受錨栓設計、施工品質、混凝土強度 等因素影響。

Hur等人[1]提出後置式扭矩控制膨脹錨栓產品設計技術，利用有限元素分析技術(ABAQUS)評估不同設計參數組合的等效應力分佈，改進錨栓套筒與頭部結構尺寸，提高其抗拉拔與抗剪切強度，以解決現有錨栓的強度不足問題，確保更高的安全性與耐久性。以最佳設計參數組合進行拉拔與剪切實驗，從實驗結果知：

(1) 最佳參數組合錨栓：套筒長度(9 mm)提供最佳摩擦力與膨脹效果、頭部長度(3 mm)能優化應力分佈，減少局部破壞，錨栓拉拔強度提升 1.71 倍。
(2) M16 錨栓最適合抗震補強，剪切強度提升 1.45 倍。
(3) 有效嵌入深度影響拉拔強度，M12 在 70 mm 嵌入時提升 1.55 倍。
(4) 修正歐洲技術認可指引(ETAG) 設計公式係數，並加入錨栓直徑，提升拉拔計算準確性，變異係數從 18.9% 降至 10.4 %，減少設計誤差。

以下為各設計參數對錨栓性能表現之說明：

1.套筒長度(ls)影響錨栓的膨脹機制與摩擦力：

(1) 長度增加，擴張範圍變大，提高與混凝土的摩擦力，增強拔出強度。
(2) 長度過長，可能導致應力集中，降低有效膨脹效果。

2.頭部長度(lh)影響應力分佈與混凝土內部的鍵合作用：
(1) 長度增加，擴大錨栓與混凝土的接觸面積，使內部應力分佈更均勻。
(2) 長度過短，錨固效果減弱，可能發生局部破壞。
(3) 長度過長，影響安裝效率，可能導致應力集中。

3. 錨栓直徑(d)，影響拔出與剪切強度：

(1) 直徑增加，增大承載面積，提升拉拔與剪切強度。
(2) 直徑國小，容易發生拉拔破壞。
(3) 直徑過大，影響混凝土內部應力分佈，可能導致邊緣破裂。

4. 混凝土強度(fck)，影響錨栓的極限承載能力：

(1) 強度增加，提高拉拔與剪切強度，減少混凝土破裂風險。
(2) 低強度(21 MPa)，拔出強度受限，需加大嵌入深度。
(3) 高強度混凝土(50 MPa)，拔出強度提升，但可能發生局部應力集中。

此技術論文，透過設計參數組合、有限元素分析評估與實驗比較，改善後置式扭矩控制膨脹錨栓的拉拔與剪切性能，並修正歐洲技術認可導引(ETAG)的設計公式，使其更適用於不同強度混凝土與錨栓規格，對於建築補強、設備固定、橋樑與抗震工程具有重大影響，可更準確地進行錨栓設計，確保結構安全與耐久性。

應用該技術，可協助產業透過『後置式扭矩控制膨脹錨栓產品設計技術』，建立『扣件產品設計』之技術能量及相關研究開發之參考資料。

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#參考資料：

[1] Hur, M. W., Chae, K. H., Lee, H. H., & Park, T. W. (2025). Performance Evaluation of Torque-Controlled Expansion Anchors with Improved Sleeve and Header Details. International Journal of Concrete Structures and Materials, 19(1), 3., https://ijcsm.springeropen.com/articles/10.1186/s40069-024-00720-w

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2025-02-No2, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_0509fba0-3c80-4e36-8ea8-709face07c45

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