臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用一般傳統靜態橋樑評估及動態敲擊實驗（Plunking Test）的方式探討橋梁承載、耐震能力安全評估工作。此試驗可以求得橋樑之震動衰減之幅度，並可以知道橋樑結構疲勞劣化是否會造成橋樑承載力和耐久性不足的問題。
本實驗結果顯示振動頻率會因為橋樑斷面尺寸及跨徑的差異而有顯著不同，尤其橋桁的支撐系統的不同亦會造成振動頻率及勁度K值的顯著差異。此外林尾大橋實驗所得之勁度K值均明顯大於靜載重試驗所得之K值，本研究認為此橋樑之靜載重試驗過程及結果可能須進一步確認其正確性及可用性。林尾大橋阻尼比值透過計算其值大於臨界阻尼，稱為超阻尼比（Over damped），此一超阻尼之橋樑在地震時可明顯抑制震動之產生。
一般混凝土結構物阻尼比值為5% ~7%之間，清元橋至今已經有28年的歷史，當年橋樑施工之品質管理欠佳且橋樑的老化會造成內部瑕疵或產生裂縫使阻尼比值增大，並且使其K值顯著降低；本實驗結果小於理論值（15~30%）似乎可以印證其老化及內部瑕疵之現象。

關鍵字：衝擊試驗、橋樑評估、橋樑勁度、阻尼比

The study was conducted to evaluate the structural integrity and earthquake resistance using commonly employed traditional method in bridge engineering and dynamic plunking test for the selected existing bridges in central Taiwan. The plunking test, which has been developed for several decades in structural dynamics, may provide additional information to reveal the existing structural conditions in terms of structural fatigue and material decay within the structural elements.
The results of the tests include the dynamic parameters such as stiffness k and damping ration D of the tested bridge girders to provide useful reference and guideline for the future repair/maintenance programs related to the structural capacity and durability of the bridges.
The results of the study revealed that the most significant factors affecting the natural frequency and stiffness is the bridge girder support conditions (boundary conditions: fixed, roller, hinge, free). Other significant factors include the cross-sectional dimension and span length of the bridge. The results of the study indicated that the damping ratio D of the tested Lin-wei bridge is close or equal to 1 which may imply the bridge exhibits critical or over damped behavior during strong vibration. In this case, the amplitude of the bridge during earthquake or vibration resonance condition may be significantly reduced and may provide more smooth traffic driving patters.
The results of the study also revealed that the stiffness k of the Chin-yuan bridge from tests is 15-30% less than the theoretical value. It is estimated that the significant reduction of the stiffness may be contributed to the quality decay of the bridge material and/or the long term lack of proper maintenance of the Chin-yuan bridge which was built about 80 years prior to the time of the bridge evaluation.

Keywords: bridge inspection, damping ratio, stiffness, plunking test

摘 要....................................................I
ABSTRACT.................................................II
誌 謝..................................................III
目 錄...................................................IV
圖目錄..................................................VII
表目錄....................................................X
第一章 緒論...............................................1
1.1前言.............................................1
1.2研究動機與目的...................................2
1.3研究範圍與方法...................................3
1.3.1研究範圍....................................3
1.3.2研究方法....................................6
1.4 論文架構 ........................................8
1.5 預期研究成果與可能工程實務應用..................8
1.5.1 預期研究成果...............................9
1.5.2 可能工程實務應用...........................9
第二章 相關研究文獻回顧..................................11
2.1 前言...........................................11
2.2 橋樑承載能力分析與評估準則.....................12
2.3 南投地區交通流量調查...........................13
2.4 水位站位置概述.................................15
2.5 歷年地震資料情形...............................17
2.6 地質資料調查...................................18
第三章 一般靜態橋樑檢測方法及結果........................19
3.1 橋樑調查檢測方法...............................19
3.2 非破壞簡介分析討論.............................21
3.2.1 檢測項目..................................21
3.2.2 檢測內容及檢測方法........................22
3.3 D.E.R.檢測表格的使用方法.......................26
3.4 檢測結果分析討論...............................27
3.4.1 混凝土強度鑽心試驗分析與位置..............28
3.4.2 超音波裂縫深度試驗........................29
3.4.3 混凝土強度衝錘試驗分析與位置..............30
3.4.4 橋樑靜載重實驗............................32
3.5 探討橋樑維修補強建議...........................34
3.5.1 本研究主線林尾大橋補強....................34
3.5.2 本研究左線林尾大橋補強....................35
第四章 橋樑構件動態敲擊實驗原理及設備....................36
4.1 前言...........................................36
4.2 敲擊實驗原理...................................36
4.3 敲擊實驗設備...................................39
4.3.1 主要儀器設備 ..............................39
4.4 現場橋樑構件動態敲擊實驗內容...................43
4.5 小結...........................................46
第五章 動態敲擊實驗結果分析與討論........................46
5.1 實驗數據分析...................................47
5.2 結果分析與討論.................................60
第六章 結論與建議........................................63
6.1 結論...........................................63
6.2 建議...........................................65
6.2.2後續相關研究之建議.........................66
參考文獻.................................................67
附錄一...................................................68
圖目錄
圖1-1 林尾大橋地理位置 ........................................................................ 4
圖1-2 林尾大橋平面圖 ............................................................................ 4
圖1-3 林尾大橋立面圖 ............................................................................ 5
圖1-4 台中縣霧峰鄉清元橋地理位置圖 ................................................ 5
圖1-5 台中縣霧峰鄉暗坑橋地理位置圖 ................................................ 6
圖1-6 研究流程圖 ................................................................................... 10
圖2-1 玉峰大橋及彰雲大橋水站位置圖 .............................................. 16
圖2-2 集集雨量站及竹山雨量站位置圖 .............................................. 16
圖2-3 台灣地質圖 ................................................................................... 18
圖3-1 橋樑檢測研究方法流程圖 .......................................................... 19
圖3-2 本研究林尾大橋鑽心取樣位置 .................................................. 28
圖3-3 本研究林尾大橋超音波裂縫深度試驗位置 .............................. 30
圖3-4 本研究林尾大橋強度衝錘試驗位置 .......................................... 31
圖3-5 主線林尾大橋彙整維修項目 ...................................................... 34
圖3-6 左線林尾大橋彙整維修項目 ...................................................... 35
圖4-1 單自由度之阻尼系統 .................................................................. 37
圖4-2 組尼系統的自由振動 .................................................................. 38
圖4-3 集中荷重簡支樑示意圖 .............................................................. 38
圖4-4 均佈荷重簡支樑示意圖 .............................................................. 38
圖4-5 主要儀器設備與安裝方式 .......................................................... 39
VIII
圖4-6 筆記型電腦 ................................................................................... 40
圖4-7 多功距數據擷取系統（線組和接頭） ...................................... 40
圖4-8 多槽型數據擷取主機 .................................................................. 41
圖4-9 加速度規 ....................................................................................... 41
圖4-10 起重吊架一台及80 公斤與沙袋組立 ...................................... 42
圖4-11 筆記型電腦與多槽型數據擷取主機連結 ................................ 43
圖4-12 量測橋樑尺寸 ............................................................................ 44
圖4-13 架設起重吊架與沙袋 ................................................................ 44
圖4-14 加速度規需緊貼地面 ................................................................ 45
圖4-15 實驗過程 ..................................................................................... 45
圖5-1 清元橋平面圖............................................................................... 47
圖5-2 清元橋剖面圖............................................................................... 47
圖5-3 清元橋立面圖............................................................................... 48
圖5-4 清元橋簡支樑示意圖 .................................................................. 48
圖5-5 清元橋測點P1 歷時曲線圖 ........................................................ 48
圖5-6 清元橋平面圖............................................................................... 50
圖5-7 清元橋剖面圖............................................................................... 50
圖5-8 清元橋立面圖............................................................................... 50
圖5-9 清元橋簡支樑示意圖 .................................................................. 51
圖5-10 清元橋測點P2 歷時曲線圖 ...................................................... 51
圖5-11 暗坑橋平面圖 ............................................................................. 53
IX
圖5-12 暗坑橋剖面圖 ............................................................................ 54
圖5-13 暗坑橋立面圖 ............................................................................ 54
圖5-14 暗坑橋簡支樑示意圖..... ........................................................... 54
圖5-15 暗坑橋歷時曲線圖..... ............................................................... 54
圖5-16 林尾大橋平面圖..... ................................................................... 56
圖5-17 林尾大橋立面圖..........................................................................56
圖5-18 林尾大橋P1 歷時曲線圖 .......................................................... 57
圖5-19 林尾大橋平面圖 ........................................................................ 58
圖5-20 林尾大橋立面圖..........................................................................58
圖5-21 林尾大橋P2 歷時曲線圖 .......................................................... 58
X
表目錄
表2.1 南投地區的交通流量表 .............................................................. 14
表2.2 台灣近百年來大規模地震資料表 .............................................. 17
表3.1 一般橋樑靜態評估必須現場檢測的項目 .................................. 23
表3.2 本研究鑽心試驗結果 .................................................................. 29
表3.3 本研究林尾大橋超音波裂縫深度試驗結果 .............................. 30
表3.4 混凝土強度衝錘試驗 .................................................................. 32
表3.5 主線林尾大橋S6 試驗結果－編號L-1 ..................................... 33
表3.6 主線林尾大橋S4 試驗結果－編號L-2 ..................................... 33
表3.7 左線林尾大橋S6 試驗結果－編號L-3 ..................................... 33
表3.8 左線林尾大橋S4 試驗結果－編號L-4 ..................................... 33
表5.1 數值比較 ....................................................................................... 53
表5.2 靜載重試驗與動態敲擊實驗數據 .............................................. 59
表5.3 各橋樑實驗數據整理 .................................................................. 60

(1)曾惠斌、鍾金龍，「我國橋樑維護管理績效評估之探討」，國立臺灣大學「台大工程」學刊，第八十五期，第109-123頁，2002。
(2)李有豐、林安彥編著，橋樑檢測評估與補強，全華圖書，2000。
(3)李有豐，“混凝土橋樑非破壞性檢測實例”，營建工程非破壞檢測研討會論文集，第133~163頁，民國86年1月。
(4)高速公路橋樑一般目視檢測手冊，中華民國交通部台灣區國道高速公路局，民國84年12月。
(5)沈永年、林信政，橋樑目視檢測評估簡介，橋樑檢測評估補強研討會論文集，pp.C1~C29，2000。
(6)交通部，公路橋梁耐震設計規範，臺北市，2008。
(7)蔡益超、張荻薇、曾榮川、洪曉慧，「橋梁耐震能力評估與補強」，土木技術，第六卷，第三期，橋梁工程專輯，1983。
(8)張國鎮、李有豐、劉光晏，應用非線性靜力側推分析於多跨簡支鋼筋混凝土橋梁耐震能力評估之研究，The 6thNational Conference on Structural Engineering Kenting, Taiwan, R.O.C, 26-28 August 2002 Paper No. P18.
(9)Anil K.Chopra, Dynamics Of Structures,University of California at Berkeley,New Jersey,pp.39-72.
(10)王仲宇，公共基本設施非破壞檢測及安全評估之目的和發展策略，第一屆公共工程非破壞檢測技術研討會論文集，1999。
(11)葉啟章，目視檢測簡介，橋樑檢測評估補強研討會論文集，2000。
(12)沈永年、林信政，橋樑目視檢測評估簡介，橋樑檢測評估補強研討會論文集，pp.C1~C29，2000。
(13)中央大學橋樑工程中心，橋樑管理檢測及監測，橋樑工程研討會(四)論文集，2001。