申論 1【極限設計法】有一拉力桿長4 m，由等邊雙角鋼組成，須承受靜載重8.0 tf 及活載重17.0 tf，雙角鋼和1.2 cm 厚連接板接合如圖1(a)所示，角鋼和連接板皆使用SMA400 鋼（F= 2.5 tf/cm2，F= 4.1 tf/cm2）。因受長度限制，沿應力方向僅能使y u用3 顆F10T 高拉力螺栓以承壓型結合，孔為標準孔，螺紋在剪力平面上，螺栓設計剪力強度φF =0.3tf/cm2。v㈠假設角鋼無塊狀剪力（Block shear）撕裂，從表(一)設計最經濟之雙角鋼斷面。（10 分）㈡若螺栓孔變形為設計考量(φ=.075,R=2.1LtF≤4.2dtF)，從表(二)螺栓群ncuu中，設計螺栓直徑。（10 分）㈢若將原設計F10T 螺栓由3 顆改為2 顆，再以縱向填角銲銲接補足強度如圖1(b)所示，使用E70 銲材（F = 4.9 tf /cm2），銲腳長0.6 cm，採用遮護金屬電弧銲接（SMAW）E70施工，求所需銲道總長L(cm)。並檢核連接板厚度是否足夠。（10 分）Tu單位: cm1(a)圖TuSMAW, 填角銲圖1(b)表(一) 等邊雙角鋼斷面性質H×H×t 總斷面積A C I I(d = 1.2 cm)xxy Y(mm) (cm2) (cm)(cm4)(cm4)2 L60×60×5 11.6 1.6639.2 98.5Cx2 L65×65×6 15.1 1.8158.8 146X X2 L70×70×6 16.3 1.9374.2 1782 L80×80×6 18.7 2.18113 2572 L90×90×6 21.1 2.42161 354 d表(二) JIS F10T 螺栓M16 M20 M22 M24 M27 M30標稱直徑 d (cm) 1.6 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0標稱面積 A (cm2) 2.01 3.14 3.8 4.52 5.73 7.07b
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申論 2【容許應力設計法】有一受壓構材，其降伏應力為F = 2.5 tf/cm2，E = 2040 tf/cm2 。y㈠求彈性及非彈性挫屈分界點C 之值。（10 分）c㈡以細長比KL/r 為橫座標，安全係數Ω為縱座標，繪出兩者關係圖。（10 分）c⎡−(KL)r2⎤⎢⎣1⎥⎦F2C2y12π2E（參考公式：F=c,F=⋅）a⎛⎞⎡3⎤a23()253KLr1(KL)rKLr+⎜⎟−⎢⎣⎥⎦⎜⎟38⎝C⎠8C3cc
申論 3【極限設計法】有一懸臂梁長2.8 m，上承靜載重P = 23 tf，活載重P = 65 tf，如圖DL2(a)所示，僅在支撐點和載重點有側向支撐。㈠採用F = 2.52 tf/cm2 鋼料，使用圖2(b)選擇最佳斷面。（10 分）y㈡檢核斷面之剪力強度（腹板未使用加勁板，k = 5.0）。（10 分）v㈢檢核因「活載重」造成之撓度是否超過規範限制。（10 分）PD表(三)PLH×B×t×t(mm)twf2.8 m f920×300×22×50 (377 kg/m)tH(d)w942×400×19×36 (356 kg/m)(側視圖)810×400×22×45 (407 kg/m)960×300×22×45 (362 kg/m)B(上視圖) 820×350×22×50 (399 kg/m)圖2(a)hk參考公式：≤50v,φV=9.0×(6.0FA)tFvnywwwywC =1.0 , F = 2.52 tf/cm2byBH 950×350×22×40 (370 kg/m)(tf-m)BH 920×300×22×50 (377 kg/m)MnBH 942×400×19×36 (356 kg/m)φbBH 810×400×22×45 (407 kg/m)梁設計彎矩強度BH 960×300×22×45 (362 kg/m)BH 820×350×22×50 (399 kg/m)BH 850×400×22×40 (384 kg/m)無側撐長度 L (m)b圖2(b) 梁設計彎矩強度
申論 4【極限設計法】對稱斷面構材承受軸力P 和彎矩M 交互作用時，其結果如圖3 所uu示，X 軸為MφM，Y 軸為PφP。ubnun㈠說明在X、Y 座標軸分別除以φM及φP之原因。（10 分）bnn㈡由圖3 之AB及BC，推導出雙軸向組合力的互動方程式。（10 分）PuφPnM MuuA(0,1)P PuuB(0.9 , 0.2)MuOC(1,0) φMbn圖3