橋梁振動頻率量測方法與安全評估模式之研發

鄭明淵 ； 廖國偉 ； 吳育偉 ； 林雅雯 ； 郭佑綱

《港灣季刊》 106期 (2017/02) Pp. 42-62

摘要

臺灣橋梁因天然環境因素，遭受洪水與地震等災害時倒塌或斷裂的機率極高。因此，對現有橋梁進行健康度檢測勢在必行。本研究以量測橋梁自然振動頻率取代目前例行性目視檢測方式(D.E.R.&U.)，改善其僅能觀看橋梁外部受損，無法評估內部性能損傷的缺點。而振動量測方式可分為直接和間接，直接量測法雖然結果較準確，但全面安裝測量儀器不僅費時且所需經費高。因此，本研究參考已發展之間接量測技術，評估間接量測所量測到橋面版之振動頻率是否能反應直接量測法量測到之橋墩振動頻率，進一步藉由量測頻率評估橋梁安全性。根據上述，本計畫分為兩部分：1.驗證間接量測橋面板之振動頻率能否反映直接量測法量測到橋墩振動頻率：分為實驗室試驗與現場調查兩部分進行驗證。首先，建立縮尺模型之水工試驗成果，確認橋梁洪水沖刷與頻率之相關性，再藉由現地量測驗證間接量測能否反映直接量測之振動頻率；2.決定橋梁振動頻率基準值，以作為衡量判斷橋梁是否安全之標準：用數值分析方法進行耐震與耐洪側推分析，推導求得橋梁損壞前後之頻率變化比值，定義為「地震損壞臨界頻率比值」(Rec)與「洪水沖刷臨界頻率比值」(Rsc)。並發展創新人工智慧推論模式，應用案例學習機制，找出所建置27座橋梁分析案例之初評因子(輸入)與詳評Rec、Rsc值(輸出)的映射關係，推論求得其餘2590座橋梁之Rec與Rsc，作為判斷各橋梁是否安全之振動頻率比值基準值。公路橋管單位在災時即可藉由災害前後所量測之橋梁振動頻率比值與基準值比較，作為判斷橋梁封橋後能否開放通行之依據。平時則可用來檢視橋梁健康度，作為橋梁維護之參考。