2023-08-No1-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 (2023-08-No-1)：

#技術主題 : #單邊鎖固螺栓抗剪強度測試

單邊鎖固螺栓(Blind bolt) 使用BOM螺栓設計，由螺釘與套筒組成，兩者皆為碳鋼材質。BOM螺栓具有良好的抗拉和抗剪能力、安裝定位精確等優點，適用於關鍵連接處的施工，而且比焊接更環保、更安全，比傳統螺栓更高效、更易於安裝。

Jiang 等人[1] 利用試驗與有限元素數值分析(Abaqus)，比較採用BOM螺栓架構的單一單邊鎖固螺栓、不同螺栓串接長度與不同螺栓鎖固佈局之抗剪強度：

(1) 以低碳鋼鈑(Q355)測試單一單邊鎖固螺栓(Blind bolt)之抗剪強度。

(2) 以鋁合金鈑(AA6061-T6)測試多個螺栓串接長度，包括2種螺栓外徑、3種鎖固長度(9/12/15倍螺栓孔徑(d0)，分別串接4/5/6個螺栓)對抗剪強度之影響。

(3) 以鋁合金鈑(AA6061-T6)測試2個螺栓佈局(與拉力平行/垂直)，其螺栓孔中心距離試片長度方向端面距離(e1)、孔中心距離試片寬度方向邊緣距離(e2)及2個螺栓孔中心距(p1/p2)對抗剪強度之影響。

具有以下結論：

1. 單個單邊螺栓剪切測試(鋼板)：套筒(sleeve)與螺柱(pin)皆剪切破壞剪斷。剪切力達到規範中規定的剪切設計值時，BOM 螺栓仍處於彈性狀態；預緊力(preload force)摩擦型螺栓規範要求的最小預緊力的32.5%。

2. 比較單邊螺栓串接長度剪切測試(鋁板)：螺栓無明顯變形，鋁板從螺栓孔處拉開分離。當螺栓連接長度增加 67%時，兩端螺栓的不均勻係數增加 200%。當連接長度為 15倍d0 時，兩端螺栓的應力幾乎是中心螺栓應力的兩倍，這將導致端部螺栓更快損壞。因此，當連接長度超過 9倍d0 時，螺栓抗剪承載強度的設計值應部分扣除。

3. 螺栓間距影響連接鋁板的承載強度：
(1) 垂直於荷載的距離 e2 和 p2 的增加效果最明顯。當e2和p2分別增加66%和58%時，Pu增加20%和18%。
(2) 平行於荷載的距離 p1 增加 61% 時，Pu 增加 11%。對承載力影響最小的e1增加75%，Pu僅增加12%。

4. 比較中國與歐洲之鋁結構規範計算螺栓承載強度：
(1) 歐洲規範計算結果比測試結果高出25%，以歐洲規範設計BOM螺栓抗剪連接承載強度，可能存在安全風險。
(2) 中國規範之承載強度計算值，比試驗值低30%以上，該設計方法謹慎但容易造成材料浪費。

應用該技術，可協助產業透過『單邊鎖固螺栓抗剪強度測試』，建立『扣件產品性能測試』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] Jiang, Y., Ma, H., Zhang, Z., & Cheng, P. (2023). Testing and Numerical Simulation of the Shear Resistance of Blind-Bolted Aluminum Connections. Metals, 13(8), 1337..

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2023-08-No1, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_39bfd6bf-e589-44de-afc8-2730ac0f790d

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Tag: #Fastener, #ProductDesign, .

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