螺栓、螺帽、墊圈各自合格，裝成一組還是可能不過：FHWA 長螺栓旋轉能力試驗依長度從初始軸力轉 2/3、1 或 1 1/6 圈，到最低安裝軸力時的扭矩不得超過 0.25PD

1991 年手冊指出的缺口：沒有人試整組

FHWA-SA-91-031《High-Strength Bolts for Bridges》是 FHWA 第 88 號示範計畫的教材，1991 年 5 月出版，1994 年 4 月 14 日加了一份修訂與勘誤附錄。它的第二講開頭就寫：扣件組件受三份 AASHTO 或 ASTM 產品規格管，另外還有規格管各零件的幾何與螺紋尺寸；組件的表現取決於強度與幾何變數的組合，而「The existing specifications do not require the testing of the assembly」，當時的規格沒有要求試驗組件。1994 年的附錄把這句改成過去式，並註明新的 AASHTO 條文已經要求 A325 與 A490 螺栓都做 RC 試驗。

手冊第一講交代了背景。1980 年代中期，橋梁結構的高強度螺栓安裝出了一連串問題，FHWA 委託德州大學研究，之後在 1989 年發布 AASHTO M164（A325）螺栓的補充契約規格。手冊列的問題清單裡，光是「扣件失效」就有 16 項，包括崩牙、到預力前就斷、到規定轉角前就斷、未硬化的螺帽、硬度超出規格、安裝後氫脆、鍍鋅的 A490、鋅厚不當、誤讀螺帽攻牙加大的要求、螺帽沒有潤滑，最後一項是「通不過旋轉能力試驗」。

其中一句和這篇的主題直接相關：ASTM 規格多年來就要求旋轉能力試驗，但「The test was not well understood and was not always performed」，試驗沒有被充分理解，也不一定有做；手冊接著說，如果做了，潤滑與攻牙加大這兩類問題本可得到部分處理。由這段敘述可知，這個試驗不是 1989 年才發明的，FHWA 做的是把它講清楚、寫進補充規格，要求出貨前做、工地再做一次。

程序：兩組、一個起點、四個判定

本頁採用 FHWA 網站提供的「Procedures for Performing Rotational Capacity Test」，標示 2005 年 2 月修訂，分成 A325 與 A490 各兩頁：放得進軸力計的長螺栓一頁，放不進的短螺栓一頁。長螺栓的程序如下。

1. 一次 RC 試驗由 2 組螺栓、螺帽、墊圈構成。
2. 量螺栓長度：從螺桿末端到頭下承面。轉角看的就是這個長度。
3. 把螺栓裝進已校正的軸力計（bolt tension calibrator），用墊片或墊圈調整，讓螺栓末端突出螺帽的量（stick-out）在「與螺帽齊平」到「最多 3 牙」之間，這樣握持長度內通常有 3 到 5 牙。頁面註明，實際安裝時也要符合同樣的 stick-out。
4. 用 spud wrench（尖尾開口扳手）鎖到表上的初始軸力，容許 -0／+2 kips。
5. 在螺栓、螺帽與軸力計面板上畫一條對位線（match mark）。
6. 用校正過的扭力扳手鎖到至少最低安裝軸力，記錄軸力與扭矩。扭矩要在螺帽轉動中讀，而且不得超過 T = 0.25PD。
7. 從對位線起算，繼續轉到規定圈數，記錄軸力；軸力要不低於最低安裝軸力的 1.15 倍。
8. 鬆開取下螺帽，不得有牙剪斷、崩牙或螺栓扭斷；螺帽要能用手指轉回試驗時的位置（不必轉完全長），手指轉不動就算牙失效。

規定的轉角依螺栓長度分三級：長度不超過直徑 4 倍轉 2/3 圈；超過 4 倍、不超過 8 倍轉 1 圈；超過 8 倍轉 1 1/6 圈（FHWA 的 Q&A 把這一級限定到 12 倍直徑以內）。不合格的條件有四個：扭矩超過上限、轉不到規定角度、到規定角度時軸力不足、牙失效。兩組裡任何一組有任何一項不合格，這次 RC 試驗就不合格，該批扣件拒收。頁面同時給承包商一條路：可以清潔、重新潤滑之後重試。

初始軸力為什麼是這些數字？頁面沒有說。本站算了一下，A325 那一欄的表列值大約是最低安裝軸力的 8% 到 11%（不含 +2 kips 的容差）；1991 年手冊的解說把起點寫成「snug」，定義為規定 proof load 的 10%，而它在談 AASHTO M164（A325）的另一頁，把最低安裝軸力和 proof load 試驗的要求值連在一起。以 7/8 吋（約 22.2 mm）A325 為例，初始 4 kips，最低安裝 39 kips（本站換算約 173.5 kN），轉後至少 45 kips（約 200.2 kN）。

0.25PD：用扭矩與軸力的關係檢查潤滑

扭矩與軸力的比較，用的是 T ≤ 0.25PD。頁面的定義是：P 是軸力，單位磅；D 是螺栓直徑，單位英尺（吋數除以 12）；T 的單位是 ft-lb。1991 年手冊的投影片把同一件事寫成 T ≤ kPD，k 叫螺帽係數（nut factor）。單位取一致時，這條上限等於說：這一組螺栓螺帽達到最低安裝軸力時，用同時量得的扭矩與軸力換算出來的螺帽係數不能超過 0.25（本站換算的讀法）。扭矩和摩擦的關係，見一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件。

用 7/8 吋 A325 算一次（本站試算）：最低安裝軸力 39 kips，也就是 39,000 磅；直徑 0.875 吋是 0.0729 英尺。0.25 × 39,000 × 0.0729 ≈ 711 ft-lb（約 964 N·m）。如果軸力計讀到 39 kips 時，扭力扳手已經是 800 ft-lb，這一組就不合格，即使它後面轉得到規定圈數、軸力也夠。

為什麼要管扭矩？手冊第二講給了機制：轉螺帽鎖緊時，螺紋間的摩擦會在螺栓裡加入扭轉，拉伸加扭轉的組合應力會降低螺栓的延性與拉伸強度；缺潤滑時扭轉更大，能鎖到的軸力可能大幅下降。手冊第一講也記了一組對照：在一組試驗中要鎖到 39 kips，收到時原狀（as-received）的組件要超過 1400 ft-lb，潤滑過的不到 400 ft-lb。手冊這段沒有交代螺栓直徑。假設是 7/8 吋（39 kips 正好是 7/8 吋 A325 那一列），原狀組件的螺帽係數大於 0.49，潤滑過的小於 0.14（本站試算的界限值，不是原文給的實測值）；前者超過 0.25 上限的 1.97 倍。

手冊對潤滑的要求寫得很具體：鍍鋅螺帽一定要潤滑，螺帽承面和螺紋一樣重要，做法是整顆螺帽潤滑；FHWA 的補充規格要求鍍鋅螺帽上有看得見的潤滑劑。FHWA 的 Q&A 另外說，依他們的經驗，工地重新潤滑時蠟系潤滑劑給出的扭矩比油和脂低。重試前允許「清潔、重新潤滑」，可能改善與表面狀態、潤滑有關的扭矩超限（這是本站對程序的解讀，頁面沒有寫各種失敗原因的比例）。下雨對潤滑的影響，見高強度螺栓下雨天能不能鎖。

轉過頭還不能斷：考的是牙的配合與螺帽

扭矩那一關管的是摩擦，接下來的轉角管的是另一件事。1991 年的手冊說，RC 試驗的轉角是 AASHTO 橋梁規範轉角法安裝轉角的兩倍。也就是說，在手冊所述的程序中，這一組要在比實際安裝多轉一倍的情況下不斷、不崩牙，軸力還要到 1.15 倍（網頁版超過 8 倍直徑那一級改成 1 1/6 圈，不能直接套用「兩倍」的說法）。手冊另外註明，螺帽與螺栓頭之間的螺紋在規定轉角時伸長是預期的，不算失效。

這一關檢查的失敗模式包括牙剪斷與螺栓斷裂。關於牙，手冊第一講寫，崩牙主要取決於牙的剪切面積與螺栓、螺帽的強度；鍍鋅讓螺栓的牙變大，但不會提高抗崩牙強度，軟的鋅只會增加摩擦、容易咬住。熱浸鍍鋅的螺帽要攻牙加大才裝得上，加大太多，嚙合就少了，螺帽或螺栓的牙就容易剪斷。手冊引用 ASTM A563 第 7.4 節：熱浸鍍鋅螺帽的攻牙加大量（直徑方向的增量，適用於節徑與小徑），7/16 吋以下至少 0.016 吋、超過 7/16 到 1 吋至少 0.021 吋、超過 1 吋至少 0.031 吋；手冊引用的舊版 A563 列的是最小值，手冊所述的 FHWA 立場則把這三個值當成上限。1994 年的附錄另外提醒，A563 的攻牙加大條文後來已大幅修訂。鍍鋅螺帽為什麼要鍍完才攻牙，見熱浸鍍鋅的螺帽，是鍍完才攻牙的。

螺帽強度是另一個變數。手冊說，當時規格允許未硬化的螺帽，強度通常不如熱處理過的，已經造成崩牙；鍍鋅 A325 也需要熱處理螺帽，補償攻牙加大損失的剪切面積。手冊也寫，把配對適當的組件加載到最終破壞時，正常的模式是螺栓在螺帽外的螺紋處斷裂，而不是崩牙。

最後一關「手指轉得回去」是在檢查牙有沒有受傷。螺帽轉不回試驗時的位置，可能是牙變形或咬住；即使沒有明顯崩掉，程序也直接判為牙失效。這三關合起來，考的是螺帽和那支螺栓的配合。所以螺栓、螺帽、墊圈可以各自合格，裝成一組還是不過：潤滑不夠、攻牙加大太多、螺帽太軟，僅憑單一零件的硬度或保證荷重，不能完整判斷配對後的表現。

放不進軸力計的短螺栓：只量扭矩

軸力計有最小的夾持長度，太短的螺栓裝不進去。FHWA 的短螺栓頁寫，只有放不進軸力量測裝置的螺栓才用這個程序，通常是長度不到直徑 4 倍的螺栓；Q&A 也寫，放得進軸力計的螺栓都要在軸力計裡試。短螺栓改裝在鋼板上，孔比螺栓大 1/16 吋（約 1.6 mm），工程上的拼接孔也可以用。

程序的差別在於沒有軸力讀數。用 spud wrench 初鎖時，扭矩不得超過後面上限的 20%；畫線之後，用扭力扳手轉螺帽、擋住螺栓頭；長度不超過 4 倍直徑時，轉到 1/3 圈在螺帽轉動中讀扭矩，不得超過表值，然後從對位線起算繼續轉到 2/3 圈，看會不會斷或崩牙，最後一樣做手指檢查。表上還有第二列（1/2 圈讀扭矩、轉到 1 圈），但長度條件原文寫成「Greater than 4 x but no less than 8 x」，和長螺栓頁同一處的「no more than」不同，本頁不把它直接當成 4 到 8 倍的規定。頁面說，這些扭矩值是以假設軸力 1.15 倍最低安裝軸力算出來的。

本站把這 18 個值和公式對了一次，用長螺栓表「轉後最低」那一欄的整數軸力代入 0.25 × P × 直徑（英尺）：17 個四捨五入到 10 ft-lb 就是表值。例外是 A490 5/8 吋，算出 364.6、四捨五入是 360，表上是 370，文件沒有說明差異原因。以 7/8 吋 A325 為例，0.25 × 45,000 × 0.0729 ≈ 820 ft-lb（約 1,112 N·m），和表值一致。換句話說，短螺栓版本公式裡的名義係數一樣是 0.25，只是因為量不到軸力，改用一個假設的軸力把它換成扭矩。

這也帶來一個限制（本站推論）：沒有軸力讀數，就不能從這次試驗算出實際的螺帽係數，也沒有「軸力不足」這一項判定。頁面列的失敗條件只剩三個：扭矩超過、轉不到角度、牙失效。

「RC 批」是一個組合，出貨要保留批號

程序說「該批扣件拒收」。理解這裡的「批」，可以參照 1991 年手冊對 RC 批的定義：每一個螺栓生產批、螺帽生產批、墊圈生產批的組合，要當成一組來試，並給一個 RC 批號（rotational-capacity lot number）；製造商或經銷商出貨前，每個 RC 批至少試 2 組，放得進的組件要用 Skidmore-Wilhelm 軸力計或同等裝置。墊圈即使實際安裝不需要，試驗也要放；這種情況下，墊圈不必有批號識別。

用一張假設的訂單看批數怎麼長出來：同一個規格的螺栓來自 2 個生產批，螺帽與墊圈各 1 個生產批，組合就是 2 個 RC 批，出貨前至少要試 4 組；到了工地，每個 RC 批再試 2 組，又是 4 組。如果螺帽也來自 2 個生產批，而四種螺栓與螺帽的配對都實際用到，就是 4 個 RC 批，兩個階段各至少 8 組。

出貨的規定跟著這個定義走。同一個 RC 批的螺栓、螺帽、墊圈要裝在同一個容器裡出貨，容器上標 RC 批號；例外是每個尺寸的螺帽與墊圈都只有一個生產批時，可以分箱。製造商自己做 RC 試驗時，製造商的試驗報告（MCTR）要寫六件事：每個品項的批號、指派的 RC 批號、RC 試驗結果、試驗地點與日期、組件各自的製造地點，以及符合規格的聲明。由經銷商做時，經銷商的報告要附上製造商的報告，再加上自己的 RC 批號、結果、地點與日期，以及製造商報告符合規格的聲明。手冊也要求材料的試驗報告寫出材料熔煉與製造的國家。

工地那一次的目的寫得很明白：在開始安裝前做，用來判斷運輸與儲存對潤滑的影響，而且應由交通部門（DOT）的檢查員見證。出貨前那一次則不必有第三方見證，但製造商或經銷商要證明結果正確。對 A490，Q&A 另外提醒，試驗中要注意最大軸力不超過規格的上限，超出就要拒收。同一題也寫，A490 的拉伸強度規定在 150 到 170 ksi 之間。材質證明本身怎麼看，見材質證明怎麼看。

1991 年版和網頁版不一樣的地方

同一個試驗，在兩份 FHWA 文件裡有幾處不同，引用時要看清楚是哪一版。

Q&A 的第 4 題提供了相關背景，但不足以說明兩份程序修訂的經過：它說 AASHTO M164 的 RC 轉角正在改成和 ASTM A325 相同，也就是 2/3、1、1 1/6 圈，最後一級適用到 12 倍直徑，而且只適用英制螺栓。至於為什麼 ASTM 那一級是 1 1/6 圈，這幾份文件沒有寫。

公制螺栓呢？Q&A 第 5 題說，公制 A325M、A490M 的轉角法安裝轉角，依德州大學的研究是 8 倍直徑以下 1/2 圈、超過 8 倍 2/3 圈，而且沒有負容差；第 6 題問公制的 RC 轉角，回答是「I am not aware that this has been researched」，據回答者所知沒有研究過，並建議 8 倍以下 1 圈、超過 8 倍 1 1/6 圈。這是一則 Q&A 的建議，不是 FHWA 頁面上的程序。

這些文件不能告訴你的事

本頁依 FHWA 網頁版程序四頁（2005 年修訂）、FHWA 的 Q&A 與 FHWA-SA-91-031（1991 年，含 1994 年附錄，用文字辨識讀掃描檔，關鍵頁目視核對）整理。現行 ASTM 與 AASHTO 規格裡的 RC 試驗條文，本頁沒有讀原文，不能說它們和 FHWA 網頁版是否一致；一個工程案要用哪一版，取決於契約規格。 1991 年手冊列的問題是當時的現場回報，這份問題清單沒有提供各問題的發生次數，本頁也不推測。1400 與 400 ft-lb 那組對照的螺栓直徑，手冊那段沒有寫，本頁的螺帽係數界限是假設 7/8 吋的結果。短螺栓表 A490 5/8 吋的 370 為什麼不是公式四捨五入的 360，文件沒有說明。短螺栓頁「no less than」是否筆誤，本頁只能指出它和長螺栓頁不同。 本頁沒有任何產品的 RC 試驗結果，也不代表任何廠商的產品通過或適用這個試驗；橋梁螺栓的選用與驗收，請依工程契約與主管機關的規定。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步，或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的，見指定一顆螺絲，那篇寫的是順序，以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

螺栓和螺帽都有出廠報告了，為什麼還要做旋轉能力試驗？

出廠報告分別證明螺栓、螺帽、墊圈各自符合規格；RC 試驗考的是它們組在一起的表現：用扭矩與軸力的關係檢查潤滑（扭矩不超過 0.25PD）、牙的配合與螺帽強度能不能撐過規定轉角而不崩牙，以及拆下後螺帽能不能用手指轉回原位。FHWA 1991 年的手冊有一段說，當時的規格沒有要求試驗組件。

0.25PD 的單位是什麼？

FHWA 網頁版程序寫：T 是扭矩（ft-lb），P 是軸力（磅），D 是螺栓直徑（英尺，吋數除以 12），P 用同時量得的軸力。以 7/8 吋 A325 在 39 kips 為例，上限約 711 ft-lb（本站試算）。這相當於螺帽係數不超過 0.25。

螺栓太短，放不進軸力計怎麼辦？

FHWA 有短螺栓版本：裝在孔比螺栓大 1/16 吋的鋼板上。長度不超過 4 倍直徑時，轉到 1/3 圈讀扭矩，不得超過表值，再轉到 2/3 圈看會不會斷或崩牙；表上另一列的長度條件寫法有歧義。頁面說表值以假設軸力 1.15 倍最低安裝軸力為基礎，這個版本沒有軸力讀數。

一組不合格，整個批就拒收嗎？

頁面寫的是：兩組中任一組任一項不合格，RC 試驗就不合格，該批扣件拒收；同時給承包商選擇，可以清潔、重新潤滑後重試。

公制螺栓適用這個試驗嗎？

FHWA Q&A 第 4 題所列的這組 RC 轉角只適用英制螺栓；對公制 RC 轉角，回答者表示據他所知沒有研究過，建議 8 倍直徑以下 1 圈、超過 8 倍 1 1/6 圈。這是建議，不是 FHWA 頁面上的程序。

參考資料

• FHWA —— Procedures for Performing Rotational Capacity Test（Revised February 2005；A325／A490 長螺栓與短螺栓四頁）
• FHWA —— Structural Fastener Questions & Answers
• FHWA（1991）—— High-Strength Bolts for Bridges, Report No. FHWA-SA-91-031（Demonstration Project No. 88，含 1994 年附錄）
• 熱浸鍍鋅的螺帽，是鍍完才攻牙的
• 一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件
• 最可靠的預拉方法，起算點是「一個鋼構工人使出全力」
• 高強度螺栓下雨天能不能鎖：泡水不擦就用塑性域轉角法鎖，6 支有 1 支共轉，平均軸力少 9%

本頁依 FHWA 網頁版程序、Q&A 與 1991 年手冊整理；1991 年手冊是掃描檔，本站以文字辨識讀取，關鍵頁另以影像目視核對。短螺栓扭矩表與公式的比對（18 個值中 17 個可由四捨五入重現，1 個差異原因文件未說明）、表列初始軸力占最低安裝軸力的比例、7/8 吋的扭矩上限與公制換算，都是本站試算。1400／400 ft-lb 對照的螺帽係數界限，是假設直徑 7/8 吋後換算，不是原文提供的實測值。RC 批數的訂單是假設的配對例子。本頁不是任何產品的試驗報告。