於本章中，本組以課程之例題為範例，並配合本組所設計之計算軟體，二者相輔解說，其內容如下所示：

4-1 設計實例與測試

依第三章之『專題研究流程圖』之內容，進行如下所示之動作：

(1).相關例題之計算

(2).程式畫面設計

(3).程式碼之撰寫

(4).程式測試

(5).結束

4-1-1 直剪實例與測試

一.教科書之範例部份：

　　 直剪即為平均分配

　　  於直剪分析時，計算者可簡化並假設每一顆螺栓承受之作用剪力為相同之值。因此，計算者可輕易求得每一顆螺栓之作用剪力V_m。

　　  (4-1-1)

或每一顆螺栓之作用剪應力f_v

　    (4-1-2)

其中：

　(1).P=自由體鋼板拉力。

　(2).A_b=單一螺栓面積。

　(3).N_b=鋼板自由體之總螺栓數。„　(4).N=鋼板自由體之受剪面數。

　單剪N_s=1；雙剪N_s=2

二.程式畫面設計部份：

　 圖 4-1-1-1 程式畫面設計1-示意圖

　 圖 4-1-1-2 程式畫面設計2-示意圖

三.程式測試部份：

(一).搭接(單剪行為)例題：

　　今有一搭接鋼板(單剪接合)，其拉力(P)為500 tf/cm²、螺栓標稱直徑(d_b)為A325X-22mm、總螺栓數量(N_b)為3支。請問其單一螺栓面積(A_b)為何？及單一螺栓之作用剪力(V_m)為何？又其之單一螺栓之作用剪應力(F_v)為何？
 
(1). 22mm螺栓之單一螺栓面積(A_b)=
      

　　=(3.1415926/4) 22²

      =0.78539815 484

     =380.132 mm²；3.801cm²
  
   答：22mm螺栓之單一螺栓面積(A_b)= 380.132 mm²；3.801cm²

(2). 單一螺栓之作用剪力；Vm = (P/Ns) / N_b

    =(500/1)/3

    =166.67 tf/cm²

  答：單一螺栓之作用剪力(V_m)為166.67 tf/cm²

ƒ單一螺栓之作用剪應力；Fv=(P/Ns) / (A_b)(N_b)

  =(500/1)/(3.801)

  =500/11.403

  =43.85 tf/cm2

 答：單一螺栓之作用剪應力(Fv)為43.85 tf/cm2

1.啟動程式：

   圖 4-1-1-3 程式啟動ICON

2.按下進入按鈕進入主畫面：

  
     圖 4-1-1-4 程式啟動畫面

3.程式啟動後之主畫面：

  
      圖 4-1-1-5 程式主畫面

4.於螺栓之作用剪應力Vm及作用剪應力區，輸入相關參數值並進行計算動作之畫面：

    
        圖 4-1-1-6 單剪實際操作-示意圖

4-1-2 單剪實例與測試

一.教科書之範例部份：

1.ASD螺栓直剪接合之分析流程

     圖 4-1-2-1 ASD螺栓直剪接合之分析流程圖

2.教科書《觀念鋼結構-系統剖析》一書中之〈第七章-高強度螺栓結合〉中之例題7.3 ASD螺栓直剪接合強度檢核。題目內容如下所示：

   圖 4-1-2-2 例題 7.3

如圖所示，為一單角鋼與鋼板以螺栓之接合。角鋼為 L200*200*20(mm)，螺栓採標稱直徑22mm之 A325螺栓，螺紋不在剪力平面上。螺孔為標準孔。試依ASD規範，假設接合板強度足夠。請計算角鋼能承受之容許拉力強度(Pa)值。

一.若接合為承壓型接合，試依ASD計算角鋼能承受許拉力強度(Pa)。

二.若接合為摩阻型接合，試依ASD計算角鋼能承受之容許拉力強度(Pa)。已知 A325 M22螺栓之最小預拉力 Tb = 17.7 tf，接合面摩擦係數μ=0.33。

鋼材為 Fy = 2.5 tf / cm2， Fu = 4.1 tf / cm2，E = 2040 tf /cm2，G = 810 tf/cm2

     圖 4-1-2-2 例題7.3 ASD螺栓直剪接合之圖例

二.程式畫面設計部份：

1.例題7.3_程式主畫面：

     圖 4-1-2-3 例題 7.3_程式主畫面-示意圖

    (1).執行圖例按鈕之畫面：
     可看見題目之圖示。

        圖 4-1-2-4 例題7.3圖例畫面

    (2).執行鋼材選擇之畫面：
      可點選所需之鋼材。
         

         圖 4-1-2-5執行鋼材選擇之畫面

    (3).執行螺栓類參數之畫面

          圖 4-1-2-6執行螺栓類參數畫面

„    (4).執行折減係數U值表畫面
          

         圖 4-1-2-7執行折減係數U值表畫面

    (5).執行區塊模式示意圖畫面：

         圖 4-1-2-8執行區塊模式示意圖畫面

三.程式測試部份：

1.由主畫面中點選例題7.3

    圖 4-1-2-9執行例題7.3方式-示意圖 

2.進入例題 7.3之計算畫面(一.依承壓式接合計算其角鋼能承受之容許拉力強度(Pa)值及螺栓容許剪力強度(Va)值計算)

      圖 4-1-2-10進入例題7.3之計算畫面

3.顯示例題7.3題目之內容，此一視窗為獨立視窗畫面，可供使用者縮小後，並於需要時，將其放大觀看。

      圖 4-1-2-11進入圖例說明之畫面

4.選擇鋼材之構件種類

      圖 4-1-2-12依題目選取 L 型鋼之操作畫面

5.出現之L型鋼規格點選表，供使用者依需求點選所需之L型鋼。

(例：本題中需選取L-200*200*20)，則使用者需將畫面往下拖曳至適當處，選取後，按下確定按鈕離開，並回至主畫面。

      圖 4-1-2-13 L 型鋼點選之操作畫面1

      圖 4-1-2-14 選取需要之L型鋼點選之操作畫面2

     圖 4-1-2-15 選取需要之L型鋼後，回至主畫面之畫面

6.依題目所需，輸入及選取所需之螺栓相關參數值。

       圖 4-1-2-16依題目所需，輸入及選取所需之螺栓相關參數值之操作畫面。

          圖 4-1-2-17輸入與選取螺栓相關參數值之後回主畫面之畫面。

7.拉力構件斷面性質計算：

   (1).於拉力構作斷面性質計算區中，執行折減係數U值之數值選取。

      圖 4-1-2-18拉力構件斷面性質計算區之說明畫面。

   (2).於折減係數U值表中，選取所需之參數值。
 

        圖 4-1-2-19折減係數U值表之說明畫面。

        圖 4-1-2-20按下折減係數U值表中之選好返回之主畫面。

   (3).按下小計，進行拉力構件斷面性質之計算動作。

          圖 4-1-2-21按下小計後，拉力構件斷面性質之計算之畫面。

8.鋼材容許拉力強度(Ta)值計算：

   (1).於鋼材標稱參數區，輸入鋼材標稱參數值：

         圖4-1-2-22鋼材容許拉力強度(Ta)值輸入與小計區說明畫面

         圖4-1-2-23鋼材標稱參數輸入區之說明畫面

   (2).於塊狀剪力破壞區容許拉力強度區，輸入並點選相關參數值。

      1.點選區塊模式示意圖，叫出此題之區塊破壞模式示意圖

           圖4-1-2-24區塊破壞模式示-示意圖

      2.依序輸入相關數值，如下圖說明區域所示：

           圖4-1-2-25塊狀剪力破壞容許拉力強度值輸入區說明示意圖

     3.輸入完畢後，將得到Pa1值及Va1值，如下圖所示：

          圖4-1-2-26 (Pa1)值及(Va1)值之顯示畫面。

(二.依摩阻型接合，計算其角鋼能承受之容許拉力強度(Pa)值及螺栓容許剪力強度(Va)值計算)

     1.先計算出鋼板之容許拉力(Ta)。

           圖4-1-2-27 鋼板之容許拉力(Ta)值小計之操作畫面1。

      2.依螺栓之容許剪應力(Fv)不同，求出摩阻型接合時之螺栓容許剪應力(Fv)。

           圖4-1-2-28 螺栓容許剪應力(Pa)值小計之操作畫面。