NCREE-2012-007
時間 2012-06-20
標題 以結構震動訊號診斷橋梁受沖刷之安全性研究
作者 蔡鎮安、林子剛張國鎮
摘要
台灣地形破碎,跨河橋梁眾多,加上地處熱帶、亞熱帶氣候交界,受經常性颱風侵襲,降雨強度大,且本島地理山高谷深,河川坡陡流急,因此跨河橋梁基礎普遍存在沖刷問題。無論國內外,橋梁損傷主因之一皆指向基礎沖刷,而橋梁基礎埋置深度是影響橋梁結構穩定性之重要指標,是目前計算基礎安全性不可或缺的參數,故發展出一套可即時掌握橋梁基礎剩餘埋置深度之方法,進而可準確的推算橋梁安全係數,供相關橋梁權責管理單位進行災前應變乃為當務之急。
本研究提出以橋梁微振動訊號作為識別橋梁埋置深度之方法,首先透過靜力試驗簡化沖刷問題,得知埋置深度是掌控結構主要頻率之主控因子,且其關係可以二次曲線表示,並以有限元素模型驗證實驗趨勢,而後以短時傅立葉轉換作為即時結構頻率擷取工具,再以埋置深度與頻率之關係式將頻率轉換成埋置深度,結合環境因子資料收集,輔以碎形理論作為結構穩定性判別,最後以埋置深度計算安全係數,以碎形理論計算安全指標,判定橋梁安全性。
為證實本研究方法之可行性與精確性,於實驗室進行縮尺橋梁沖刷試驗,藉由縮尺橋墩內之攝影機紀錄即時沖刷深度,驗證以微振訊號推算出之剩餘埋置深度。經一系列試驗結果可證實此研究方法可有效預測埋置深度之變化,環境因子之監測有助於釐清因沖刷以外造成橋梁頻率變化之因素。此方法對橋梁結構健康診斷有相當助益,可在災害發生前提出預警,減少生命財產之損失。
關鍵字 橋梁沖刷、結構健康診斷、短時傅立葉轉換、碎形理論、結構穩定性
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