研究中主要以應力波原理為基礎的檢測方法來檢測混凝土板老劣化狀況，將以頻率-波慢譜呈現之板波模態(Lamb wave modes)評估混凝土板損壞狀況、並以波長-頻率圖推估混凝土板劣化深度。
利用單一敲擊源及單一接收器的反應位移波形，取得試驗之頻率-相位波速頻散曲線圖，再與DISPERSE程式得到之理論解做比較分析。研究中以單層混凝土板(牆)、純混凝土板、純水泥漿+混凝土雙層複合板及表面火害試體，進行試驗及分析比較。單層混凝土板(牆)試驗結果顯示，較長之敲接距離及較大之敲擊源，所激發出之波慢譜與理論解A0板波波慢相符，但只能分辨波長為0.2 m以上之波速，而淺層混凝土波速需縮短敲接間距才可取得。
純水泥漿+混凝土雙層複合板試驗結果顯示，弱層厚度0.06 m及0.1 m時，實驗結果顯示波長為劣化層厚度的1.5倍以內其波速約為定值，且接近弱層水泥漿體P波波速的一半。
表面火害試體試驗結果顯示，不同於水泥漿-混凝土雙層複合板試體高頻的能量可經由水泥漿體傳遞，而有明顯的低波速訊號，由於短波長的高頻波被表面裂縫阻擋，短波長的波速並不明顯，波速成穩定值處的最小波長大約為劣化厚度的1.5倍。

The study is based on stress wave method to detect deterioration of concrete slab. The dispersion curves in frequency-slowness spectrum generated by Lamb wave modes of the slab are used for the assessment. The depth of the deterioration of the concrete slab is estimated by the wavelength - frequency diagram.
Using the displacement waveforms obtained by one impactor and one receiver, the group velocity dispersion curves, and then with the theory DISPERSE program get the solution to do comparative analysis.
Research to single concrete slab (wall), pure concrete slabs, and concrete surface layer composite panels and fire damage specimens, were tested and analyzed. Single concrete slab (wall) test results showed that the longer the distance, and then choosing a large source of percussion, the slowness spectrum would be more consistent with the theory of slow wave solution A0 mode. The group velocity can only be obtained for the wave with wavelength larger than 0.2 m. The velocity of shorter wavelength required shorten impactor-receiver distance.
The experimental results corresponding to the cement-concrete layered composite panel showed that group velocity is approximately constant for the wave with the wavelength of less than 1.5 times the thickness of the deterioration and closes to half of the P-wave velocity of the weak layer of cement paste for the cases with 0.06 m and 0.1 m thick weak layer.
For the specimen with surface damaged by fire, the results show that, the short wave-length waves are blocked by the surface cracks and is not obvious in the wavelength-velocity graph, unlike cement layered specimen where high-frequency energy can pass through the cement paste and induce signal of low velocity. The minimum wavelength of the wave with constant velocity is about 1.5 times the thickness of the deterioration.

摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 1
1.3 研究流程 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 基本波傳原理 3
2.2 表面波譜法 4
2.3 板波檢測法 6
2.3.1 板波波傳原理 6
2.3.2 國內相關文獻 8
第三章 以單一敲擊源及單一接收器求取板波模態之群波時頻譜圖之分析原理 13
3.1 短時傅立葉轉換 13
3.2 再分配時頻譜【23】 15
3.3 Disperse介紹與應用 16
第四章 單層混凝土板實驗規劃及結果 17
4.1 試驗規劃 17
4.2 試驗儀器設備 18
4.3 試驗方法 20
4.4 試驗結果 20
4.4.1波速量測 21
4.4.2板波檢測試驗結果 21
4.5 小結 26
第五章 雙層複合板實驗規劃及結果 28
5.1 試體製作 28
5.2 試驗規劃 28
5.3 試驗方法 29
5.4 試驗結果 30
5.4.1波速量測 30
5.4.2板波檢測試驗結果 31
5.5 小結 36
第六章 結論與建議 38
6.1 結論 38
6.2 建議 39
參考文獻 41
圖1- 1 研究流程圖 46

圖2- 1 應力波動行為示意圖 47
圖2- 2表面波譜法表面波譜法之典型試驗配置圖【8】 47
圖2- 3表面波譜法流程 48
圖2- 4典型之頻散曲線圖 49
圖2- 5頻率-波數圖【11】 49
圖2- 6頻率-相速圖【11】 50
圖2- 7等向(isotropic)板的理論相位波速頻散曲線(a)頻率-相速圖【15】 50
圖2- 8對稱與反對稱模態圖【15】 51
圖2- 9自由板上板波頻散曲線圖【16】 51
圖2- 10純鋼板32個接收器間距18 mm之頻散曲線圖【17】 52
圖2- 11為敲擊與接收器間距40.05cm之頻散曲線圖【18】 52
圖2- 12為敲擊與接收器間距44.05 cm之頻散曲線圖【18】 53
圖2- 13為敲擊與接收器間距50.05 cm之頻散曲線圖【18】 53
圖2- 14數值模擬混凝土板之頻散曲線與混凝土板理論解比較圖【21】 54
圖2- 15數值模擬複合板波長-波速(上5cm下10cm) 【21】 54

圖3- 1以單一訊號短時傅力葉轉換所得之板波頻散譜【21】 55
圖3- 2以再分配頻譜獲得之原始譜圖【21】 55
圖3- 3混凝土板厚度15mm之理論解模態 56

圖4- 1牆體實驗施做照片(鋼珠) 57
圖4- 2純混凝土板實驗施做照片(可感測敲擊源) 57
圖4- 3鋼珠敲擊源(15 mm 、9 mm) 58
圖4- 4可感測時間原點敲擊源(3 mm、5 mm、7 mm) 59
圖4- 5位移接收器 59
圖4- 6訊號擷取盒 60
圖4- 7牆體波速量測之波型圖 60
圖4- 8純混凝土板波速量測之波型圖 61
圖4- 9牆試驗鋼珠敲擊接收間距1m所得之位移圖 61
圖4- 10單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接1 m，鋼珠9 mm) 62
圖4- 11單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接1 m，鋼珠15 mm) 62
圖4- 12單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接2 m，鋼珠9 mm) 63
圖4- 13單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接2 m，鋼珠15 mm) 63
圖4- 14單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接3 m，鋼珠9 mm) 64
圖4- 15單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接3 m，鋼珠15 mm) 64
圖4- 16單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接4 m，鋼珠9 mm) 65
圖4- 17單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接4 m，鋼珠15 mm) 65
圖4- 18單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接1 m，鋼珠9 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 66
圖4- 19單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接1 m，鋼珠15 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 66
圖4- 20單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接2 m，鋼珠9 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 67
圖4- 21單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接2 m，鋼珠15 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 67
圖4- 22單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接3 m，鋼珠9 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 68
圖4- 23單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接3 m，鋼珠15 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 68
圖4- 24單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接4 m，鋼珠9 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 69
圖4- 25單層混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接4 m，鋼珠15 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 69
圖4- 26牆試驗可感測敲擊源敲擊接收間距0.5 m所得之位移圖(可感測敲擊源直徑3 mm) 70
圖4- 27牆試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 70
圖4- 28牆試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 71
圖4- 29牆試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感7 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 71
圖4- 30單層混凝土板試驗與混凝土板理論解比較圖(敲接0.5 m，可感測敲擊源直徑3 mm) 72
圖4- 31純混凝土板可感測敲擊源敲擊接收間距0.5 m所得位移圖 72
圖4- 32純混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 73
圖4- 33純混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 73
圖4- 34純混凝土板試驗之波速-波長分佈圖(敲接0.5 m，可感7 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 74

圖5- 1試體製作之木模(尺寸：2 m*2 m*0.2 m) 75
圖5- 2完成之雙層板試體 75
圖5- 3雙層板實驗施做照片(水泥漿+混凝土)(上層弱層0.05 m，下層0.15 m) 76
圖5- 4雙層板實驗施做照片(水泥漿+混凝土)(上層弱層0.1 m，下層0.1 m) 76
圖5- 5表面火害試體A實驗施做照片(火害0.06 m) 77
圖5- 6表面火害試體B實驗施做照片(火害0.04 m) 77
圖5- 7純水泥漿+混凝土試體上層純水泥漿波速量測之波型圖 78
圖5- 8純水泥漿+混凝土試體下層混凝土波速量測之波型圖 78
圖5- 9純水泥+混凝土試體直徑3 mm之可感測敲擊源敲擊接收間距0.5 m所得位移圖 (上層0.05 m，下層0.15 m) 79
圖5- 10雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.05 m，下層0.15 m，敲接0.5 m，可感3 mm，上層波速2901 m/s) 79
圖5- 11雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.06 m，下層0.14 m，敲接0.5 m，可感3 mm，上層波速2500 m/s) 80
圖5- 12雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.06 m，下層0.14 m，敲接0.5 m，可感5 mm) 80
圖5- 13雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接0.5 m，可感3 mm) 81
圖5- 14雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接0.5 m，可感5 mm) 81
圖5- 15雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1 m，可感3 mm) 82
圖5- 16 雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1 m，可感5 mm) 82
圖5- 17雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1.5 m，可感3 mm) 83
圖5- 18雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗與雙層混凝土板理論解比較圖 (上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1.5 m，可感5 mm) 83
圖5- 19雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.06 m，下層0.14 m，敲接0.5 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 84
圖5- 20雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.06 m，下層0.14 m，敲接0.5 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 84
圖5- 21雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接0.5 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 85
圖5- 22雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接0.5 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 85
圖5- 23雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 86
圖5- 24雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 86
圖5- 25雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1.5 m，可感3 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 87
圖5- 26雙層混凝土板(純水泥+混凝土)試驗波速-波長分佈圖(上層0.1 m，下層0.1 m，敲接1.5 m，可感5 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 87
圖5- 27表面火害6 cm試體直徑7 mm之可感測敲擊源敲擊接收間距0.6 m所得位移圖 88
圖5- 28表面火害6 cm試體試驗波速-波長分佈圖(敲接0.6 m，可感7 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 89
圖5- 29表面火害4 cm試體直徑3 mm之可感測敲擊源敲擊接收間距0.4 m所得位移圖 89

圖5- 30表面火害4 cm試體試驗波速-波長分佈圖(敲接0.4 m，可感7 mm，波形振幅門檻值-40 dB) 90




表目錄

表4- 1單層板之兩種試體試驗參數 58
表5- 1弱層波速之最大波長、波速穩定之最小波長、波長與弱層厚度比值比較 88

 

1.蕭興臺、宋永鑾和廖肇昌，「R.C.構件鋼板補強工法之探討」結構工程，第九卷，第四期，民國八十三年十二月，第79-96頁。
2.Roberts, T.M. and Haji-Kazemi, H., ‘Theoretical study of the behavior of reinforced concrete beams strengthened by externally bonded steel plates’, Proc. Instn.Civil Engrs, Part 2, 87, 1989, 39-55.
3.Swamy, R.N., Jones, R., and Bloxham, J.W., ‘Structural behaviour of reinforced concrete beams strengthened by epoxy-bonded steel plates’, The Structural Engineer, 65A (2), 1987.
4.Jones, R., Swamy, R. N., Charif, A., ‘Plate separation and anchorage of reinforced concrete beams strengthened by epoxy-bonded steel plates’, The Structural Engineer, 66 (5), 1988.
5.蕭興臺，「複合三明治樑之撓曲理論及其在RC樑鋼板補強之應用」中國土木水利工程學刊，第九卷，第三期，民國八十六年。
6.倪勝火，「表面波譜分析法（SASW）之分析原理與應用」，地工技術，第86期，第5-18頁，2001。
7.Cho, Y. S., “Spectral analysis of surface wave response of multi-layer thin cement mortar slab structures with finite thickness,＂NDT and E international, Vol.34, pp.115-122, 2001.
8.Kim Dong-Soo, Min-Kyun Shin, Hyung-Choon Park, “Evaluation of density in layer compaction using SASW method,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.21,pp.39-46,2001.
9.M. Goueygou, B.Piwakowsik, A. Fnine, M. Kaczmarek, F. Buyle-Bodin, “NDE of two-layered mortar samples using high-frequency Rayleigh waves,” Ultrasonice, Vol 42,pp889-895,2004.
10.Dennis A. sack, Larry D. Olson, “Advanced NDT methods for evaluating concrete bridges and other structures,” NDT&E International Vol. 28, No.6, pp.349-357, 1995.
11.Hideo Cho, Shingo Ogawa, Mikio Takemoto, “Non-contact laser ultrasonics for detecting subsurface lateral defects,” NDT&E International Vol. 29, No.5, pp.301-306, 1996.
12.Basri R, W.K. Chiu, “Numerical analysis on the interaction of guided Lamb waves with a local elastic stiffness reduction in quasi-isotropic composite plate structures”, Composite Structures 66, 2004, 87–99.
13.Luangvilai K., W. Punurai, and L. J. Jacobs,” Guided Lamb Wave Propagation in Composite Plate/Concrete Component”, Journal of Engineering Mechanics, 128(12), 1337-1341, 2002.
14.Pavlakovic B. N., M. J. S. Lowe, D. N. Alleyne, and P. Cawley, (1997)“Disperse: A general purpose program for creating dispersion curves.’’ Review of progress in quantitative NDE, D. O. Thompson and D. E. Chimenti, eds., Vol. 16, Plenum, New York, 185–192.
15.Lamb, H. ‘‘On waves in an elastic plate.’’ Proc. R. Soc. London, 93, pp.114–128, 1917.
16.Ryden, N., Park, C.B., Ulriksen P., Miller R. D., “Multimodal Approach to Seismic Pavement Testing”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130 (6), pp. 636–645, 2004.
17.潘彥廷，「以藍姆波相位波速之頻散曲線檢測鋼板補強混凝土結構完整性」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系研究所，台中，2009。
18.柯盈慈，「以藍姆波相位波速之頻散曲線檢測鋼板補強混凝土結構完整性之初步研究」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系研究所，台中，2010。

19.劉宗哲，「以藍姆波相位波速之頻散曲線開發老裂化鋼板補強混凝土結構之快速檢測技術」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系研究所，台中，2011。
20.閻中堯，「以藍姆波相位波速之頻散曲線開發老裂化環氧樹脂黏結鋼板補強混凝土結構之快速檢測技術」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系研究所，台中，2012。
21.江瑞驥，「以藍姆波群波速知頻散曲線偵測混凝土品質與混凝土板後掏空狀況之初步研究」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系研究所，台中，2013。

22.Disperse ‘‘A system for generating dispersion curves,’’ User’s manual version 2.0.11. Software version 2.0.15e. www.ndt.imperial.ac.uk. 2001.

23.Benz Rűdiger, Marc Niethammer, Stefan Hurlebaus, Laurence J. Jacobs, “Localization of notches with Lamb waves” J. Acoust. Soc. Am. 114 (2), August 2003.
24.Qu, J. and Jarzynski, J.(2000),” Time-frequency representation of Lamb waves using the reassigned spectrogram”, Journal of Acoustic Society of America, 107(5), Pt.1, L19-L24.
25.林進興、蘇百加，「表面波譜分析法（SASW）之實務與應用」，地工技術，第86期，第19-28頁，2001。
26.馮正一，「靜動樁試驗之數值分析」，大地工程研討會，2005。
27.Ohtsu Masayasu *,Masahiko Yamada,Takahiro Sonoda,”Quantitative evaluation of SIBIE procedure and case studies”,Construction and Building Materials,2013.
28.Aggelis D.G. *,E.Z. Kordatos,D.V. Soulioti,T.E. Matikas,”Combined use of thermography and ultrasound for the characterization of subsurface cracks in concrete”, Construction and Building Materials,24(2010)P.1888-1897.
29.Oha Taekeun,John S. Popovicsb,Sung-han Simc,*,”Anaiysis of vibration for regions above rectangular delamination defects in solids”,Journal of Sound and Vibration,332(2013)P.1766-1776.