臺灣博碩士論文加值系統

近年來公共工程建設已經逐漸老舊，因新建成本之考量，對於結構之損傷檢測與評估成為國內外工程研究發展中最重視的議題，本文欲以重車行經有缺陷或無缺陷橋梁所得到動態位移，來分析橋梁勁度分布狀況，並進一步對橋梁損傷進行評估，為了解此試驗及分析方法之可行性，研究分為兩部份，第一部分為數值模擬，第二部分為鋼梁模擬試驗來進行分析比較。
分析方法是將量測到的動態位移，由紀錄之時間與車速轉換成車行位置求取動態位移影響線，再使用視窗濾波法濾除高頻訊號求取擬靜態影響線，並作二次微分得到曲率，再由曲率和力施於位移量測點的彎矩關係求得橋梁勁度。
在數值分析方面，採用了頻率域連續解動力分析程式（1DC.FOR），來進行數值模擬之參數研究，參數包括缺陷位置、範圍及勁度損失。分析結果顯示由數值模擬歸納出缺陷最大勁度損失百分率以及缺陷附近EI值變異區寬度可反推出模型I值損失百分率。
試驗方面則是使用模擬橋的鋼梁(6 m)和模擬車子的鋼球(8 kg)行進鋼梁求得勁度分佈及損傷狀況之探討。初步結果顯示，當勁度值越靠近缺陷位置時，勁度值會明顯地降低。

In recent years, the damage detection and evaluation of aging infrastructures becomes an important topic for domestic and international engineering research due to the increasingly high cost of constructing new structures. In present study, we would like to explore the idea of using the dynamic displacement response of a bridge corresponding to a heavy truck passing a defective or a non-defective bridge to evaluate the stiffness distribution along the bridge and assess the damage of the bridge. The study is divided into two parts- numerical simulation and experiment.
Analysis method is as following: Measure the dynamic displacement at one position. Transfer time into position of the moving vehicle to obtain a dynamic displacement influence line. And then use Windows filtering to obtain quasi-static influence line. The curvature is as quadratic differential of the influence line. Finally the bridge stiffness can be obtained by dividing the moment diagram for point load applied to the displacement measurement position to the distributed curvature.
In the numerical study, the continuous solution program (1DC.FOR) which perform the dynamic analysis in the frequency-domain is used , for parametric study. The parameters include the position, range and stiffness loss of the defects. The defect stiffness and position can be back cacluated from the percentage of stiffness loss, and the width of the stiffness decreasing zone.
In the experiment, the bridge girder was simulated by the H-beam and the moving truck was simulated by the rolling of the steel ball. Preliminary results indicate that the stiffness near the damage zone decreased substantially.

目錄
摘要…….. I
Abstract… II
致謝…….. III
目錄…….. V
表目錄….. VIII
圖目錄….. IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機及目的 2
1-3 研究規劃流程 3
第二章 文獻回顧 4
第三章 理論背景 9
3-1 桿件波傳理論 9
3-2 頻率域連續解動力分析程式 11
3-2-1側向振動連續解動力勁度 11
3-3 模態曲率觀念應用於直接損傷定位【14】 13
3-4 視窗濾波法 16
3-5 梁曲率與勁度分佈的關係 17
第四章 數值模擬規劃與結果 19
4-1 數值模擬簡述 19
4-2 簡支梁模型 19
4-2-1 數值模擬元素設定 19
4-2-2 橋梁的損傷狀況模擬 20
4-2-3 分析方法 20
4-3 無缺陷鋼梁之模擬結果 21
4-4 缺陷鋼梁之模擬結果 22
4-4-1 單一缺陷位於45-50元素改變缺陷I值之勁度變化 22
4-4-2 單一缺陷位於49-50元素改變缺陷I值之勁度變化 23
4-4-3 單一缺陷位於33-34元素改變缺陷I值之勁度變化 23
4-4-4 雙缺陷位於33-34、49-50元素改變缺陷I值之勁度變化 24
4-5 多點勁度之標準偏差分析 25
4-6 勁度損失百分率分佈圖 26
4-7 擬靜態影響線求取之勁度分佈反推缺陷I值損失率 27
第五章 實驗規劃與結果 29
5-1 實驗規劃 29
5-1-1 鋼球移動速度量測方法 29
5-1-2 試驗方法 30
5-2 試驗儀器介紹 32
5-3 簡支梁之滾球動態位移試驗結果 34
5-3-1 完整鋼梁無缺陷之滾球試驗 35
5-3-2 損傷鋼梁之滾球試驗 35
5-4 多點勁度之標準偏差分析 36
第六章 結論與建議 38
6-1 模擬之結論 38
6-2 試驗之結論 39
6-3 建議 39
參考文獻... 40
附件…….. 42

 
表目錄
表4-1 鋼梁模擬研究之材料性質參數 42
表4-2 單缺陷寬度為5個元素之模擬參數 42
表4-3 單缺陷寬度為1個元素之模擬參數 43
表4-4 單缺陷位置改變之模擬參數 44
表4-5 雙缺陷與1個元素之模擬參數 45
表4-6 位於元素45-50的勁度最大損失百分率與變異區寬度 46
表4-7 位於元素49-50的勁度最大損失百分率與變異區寬度 46
表4-8 位於元素33-34的勁度最大損失百分率與變異區寬度 47
表4-9 位於元素33-34、49-50的勁度最大損失百分率與變異區寬度 47
表5-1 鋼梁與鋼球之參數 48
表5-2 缺陷鋼梁之參數 48

 
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 49
圖2-1 互易定理示意圖【4】 50
圖3-1 頻譜波速曲線 50
圖3-2 不同時間比值情況下之簡支梁載重車影響線 51
圖3-3 由Matlab程式中的視窗濾波法設定視窗為window-91模擬圖 52
圖3-4 在橋跨1/5L、1/2L及4/5L處由視窗波法取得之擬靜態位移影響線圖 52
圖3-5 在1/5L、1/2L及4/5L位置由擬靜態位移影響線二次微分所取得之曲率分佈圖 53
圖3-6 在1/5L、1/2L及4/5L位置施力之彎矩圖 53
圖3-7 在1/5L、1/2L及4/5L位置由彎矩除以曲率求得之敲梁勁度分佈圖 54
圖4-1 模擬車子經過簡支梁示意圖 54
圖4-2 三節點之示意圖 55
圖4-3 鋼梁缺陷位置與元素大小示意圖(a)中跨6元素之模擬45-50(b)中跨度2元素之模擬49-50(c)1/3跨2元素之模擬33-34(d)1/3跨與中跨2元素之模擬33-34、49-50 57
圖4-4 (a)節點1/2處之時間動態位移圖(b)節點1/2處動態影響線圖(c)節點1/2處擬靜態影響線圖(d)節點1/2處一次微分斜率圖(e)節點1/2處二次微分曲濾圖(f)節點1/2處彎矩圖 60
圖4-5 動態影響線位移圖 60
圖4-6 視窗濾波與原始位移對照圖(a)2 m處(b)5 m處(c)8 m處 62
圖4-7 一次微分與二次微分曲線圖(a)斜率變化量(b)曲率變化量 63
圖4-8 勁度分佈圖(無缺陷) 63
圖4-9 元素45-50降低I值10%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 64
圖4-10 元素45-50降低I值20%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 65
圖4-11 元素45-50降低I值30%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 66
圖4-12 元素45-50降低I值40%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 67
圖4-13 元素45-50降低I值50%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 68
圖4-14 元素45-50降低I值60%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 69
圖4-15 元素45-50降低I值70%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 70
圖4-16 元素45-50降低I值80%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 71
圖4-17 元素45-50降低I值90%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 72
圖4-18 元素49-50降低I值10%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 73
圖4-19 元素49-50降低I值20%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 74
圖4-20 元素49-50降低I值30%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 75
圖4-21 元素49-50降低I值40%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 76
圖4-22 元素49-50降低I值50%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 77
圖4-23 元素49-50降低I值60%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 78
圖4-24 元素49-50降低I值70%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 79
圖4-25 元素49-50降低I值80%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 80
圖4-26 元素49-50降低I值90%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 81
圖4-27 元素33-34降低I值10%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 82
圖4-28 元素33-34降低I值20%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 83
圖4-29 元素33-34降低I值30%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 84
圖4-30 元素33-34降低I值40%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 85
圖4-31 元素33-34降低I值50%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 86
圖4-32 元素33-34降低I值60%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 87
圖4-33 元素33-34降低I值70%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 88
圖4-34 元素33-34降低I值80%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 89
圖4-35 元素33-34降低I值90%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 90
圖4-36 元素33-34、49-50降低I值10%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 91
圖4-37 元素33-34、49-50降低I值20%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 92
圖4-38 元素33-34、49-50降低I值30%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 93
圖4-39 元素33-34、49-50降低I值40%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 94
圖4-40 元素33-34、49-50降低I值50%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 95
圖4-41 元素33-34、49-50降低I值60%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 96
圖4-42 元素33-34、49-50降低I值70%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 97
圖4-43 元素33-34、49-50降低I值80%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 98
圖4-44 元素33-34、49-50降低I值90%(a)二次微分梁曲率圖(b)勁度分佈圖 99
圖4-45 位於元素45-50標準偏差門檻值篩選後之勁度圖(a至i)為I值降低10%至90% 104
圖4-46 位於元素49-50標準偏差門檻值篩選後之勁度圖(a至i)為I值降低10%至90% 109
圖4-47 位於元素33-34標準偏差門檻值篩選後之勁度圖(a至i)為I值降低10%至90% 114
圖4-48 位於元素33-34、49-50標準偏差門檻值篩選後之勁度圖(a至i)為I值降低10%至90% 119
圖4-49 位於元素45-50勁度損失百分率分佈圖(a至i)為I值降低10%至90% 124
圖4-50 位於元素49-50勁度損失百分率分佈圖(a至i)為I值降低10%至90% 129
圖4-51 位於元素33-34勁度損失百分率分佈圖(a至i)為I值降低10%至90% 134
圖4-52 位於元素33-34、49-50勁度損失百分率分佈圖(a至i)為I值降低10%至90% 139
圖4-53 各種模擬變數的分析之EI值最大損失百分率與模型I值損失百分率關係圖 139
圖4-54 分析之勁度損失百分率求得的缺陷附近EI值變異區寬度(a)單缺陷位移元素45-50、49-50、33-34(b)雙缺陷位移元素33-34與49-50 140
圖5-1鋼球圖 141
圖5-3 刻劃59條白線於鋼梁側面等份圖 141
圖5-4 Kmplayer影片擷取功能的操作介面 142
圖5-5 多項式趨勢線之鋼球移動速度與時間的關係圖 142
圖5-6 以速乾石膏固定鋼梁 143
圖5-7 以熱熔膠將LVDT固定鋼梁正下方 143
圖5-8 (a)節點1/2處之時間動態位移圖(b)節點1/2處動態影響線圖(c)節點1/2處擬靜態影響線圖(d)節點1/2處一次微分斜率圖(e)節點1/2處二次微分曲濾圖(f)節點1/2處彎矩圖 147
圖5-9 以電鋸破壞在5公尺處之缺陷約為0.415公分 148
圖5-10 Real-Time 控制器(NI cRIO-9025)結合NI 9237擷取器圖 148
圖5-11擷取器半橋和全橋連接圖 149
圖5-12 10公分變形量的位移計 149
圖5-13 JVC類單眼高速數位相機 150
圖5-14 LabVIEW擷取軟體擷取LVDT位移控制介面 150
圖5-15鋼梁試驗意圖(完整梁) 151
圖5-16鋼梁試驗示意圖(損傷梁0m-6m) 151
圖5-17鋼梁試驗示意圖(損傷梁6m-0m) 152
圖5-18鋼球速度與時間的多項式趨勢線圖(a)完整梁第一組試驗(b)完整梁第二組試驗 153
圖5-19無缺陷鋼梁動態位移影響線與擬靜態位移影響線之比照(a)測點1.5 m處(b)測點3 m處(c)測點4.5 m處 155
圖5-20第一組完整鋼梁之滾球試驗圖(a)二次微分曲率圖(b)鋼梁之勁度分佈圖 156
圖5-21第二組完整鋼梁之滾球試驗圖(a)二次微分曲率圖(b)鋼梁之勁度分佈圖 157
圖5-22鋼球速度與時間的多項式趨勢線圖(a)損傷鋼梁第一組試驗(b)損傷鋼梁第二組試驗 158
圖5-23第一組損傷鋼梁之滾球試驗圖缺陷位於5m處(a)二次微分曲率圖(b) 損傷鋼梁之勁度分佈圖 159
圖5-24第二組損傷鋼梁之滾球試驗圖缺陷位於5m處(a)二次微分曲率圖(b)損傷鋼梁之勁度分佈圖 160
圖5-25第一組完整鋼梁之滾球試驗圖(a)原始鋼梁勁度分佈圖(b)標準偏差門檻值篩選後之勁度分佈圖 161
圖5-26第二組完整鋼梁之滾球試驗圖(a)原始鋼梁勁度分佈圖(b)標準偏差門檻值篩選後之勁度分佈圖 162
圖5-27第一組試驗之勁度分佈圖鋼梁缺陷位於5 m處 (a)原始鋼梁勁度分佈圖(b)標準偏差門檻值篩選後之勁度分佈圖 163
圖5-28第二組試驗之勁度分佈圖鋼梁缺陷位於5 m處 (a)原始鋼梁勁度分佈圖(b)標準偏差門檻值篩選後之勁度分佈圖 164

1.陳鴻智，「鋼筋混凝土梁損傷檢測之初步研究」，碩士論文，朝陽科技大學營建工程系，2004年。
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