r - The Hong Kong Polytechnic University

The 5th Cross-strait Conference on Structural and Geotechnical Engineering (SGE-5)
Hong Kong, China, 13-15 July 2011
應 用 現 地 微 振 量 測 進 行 斜 張 橋 之 沖 刷 評 估
吳 文 華 陳 建 州 石 峰 王 勝 威
( 國 立 雲 林 科 技 大 學 營 建 工 程 系 , 斗 六 , 雲 林 )
摘 要 : 橋 墩 與 基 礎 之 沖 刷 監 測 近 年 來 成 為 工 程 界 與 學 界 特 別 重 視 的 問 題 , 不 過 相 關 研 究 在 精
確 度 和 穩 定 性 上 一 直 無 法 獲 得 重 大 突 破 。 本 研 究 選 定 高 屏 溪 斜 張 橋 為 對 象 , 目 標 在 發 展 出 一 套 根 據
現 地 橋 體 微 振 量 測 進 行 有 效 沖 刷 評 估 以 至 長 期 監 測 的 方 法 。 首 先 針 對 主 梁 橋 面 、 箱 型 梁 內 部 及 橋 墩
頂 進 行 各 振 動 方 向 之 微 振 量 測 , 而 後 據 此 識 別 主 梁 垂 直 、 水 流 、 車 行 、 扭 轉 向 及 局 部 橋 墩 車 行 向 之
各 個 實 測 振 態 頻 率 。 接 著 以 SAP2000 軟 體 建 立 斜 張 橋 結 構 體 之 有 限 元 素 模 型 , 並 配 合 原 始 設 計 之 各
項 參 數 進 行 振 態 頻 率 分 析 。 結 合 前 述 兩 項 結 果 , 本 研 究 進 一 步 交 叉 分 析 出 有 限 元 素 模 型 中 最 符 合 現
地 實 況 之 各 項 邊 界 支 承 條 件 。 再 來 則 改 變 模 型 中 橋 墩 基 礎 之 土 層 深 度 進 行 參 數 分 析 , 由 此 決 定 出 對
於 沖 刷 效 應 最 為 敏 感 的 幾 個 關 鍵 振 態 頻 率 。 最 後 以 所 得 關 鍵 振 態 頻 率 為 基 準 設 計 目 標 誤 差 函 數 , 然
後 改 變 有 限 元 素 模 型 中 橋 墩 基 礎 之 土 層 深 度 與 勁 度 參 數 進 行 最 佳 化 分 析 , 由 此 便 足 以 有 效 評 估 出 最
可 能 的 洪 水 沖 刷 現 況 。
關 鍵 詞 : 沖 刷 評 估 斜 張 橋 微 振 量 測 有 限 元 素 模 型
SCOURING EVALUATION OF CABLE-STAYED BRIDGES BASED ON AMBIENT
VIBRATION MEASUREMENTS
W.-H. Wu, 1 C.-C. Chen, 1 F. Shi 1 and S.-W. Wang 1
1 Dept. of Construction Eng., National Yunlin University of Science and Technology, Touliu, Yunlin 640, Taiwan
Abstract: Scouring monitoring of bridge piers and foundations has recently attracted a considerable
attention in engineering practice and academics. Nevertheless, the stability and accuracy of its related
research works have not been able to reach a satisfactory level. This study chooses Kao-Ping-His
Cable-stayed Bridge as the research target and is aimed to develop an efficient scouring evaluation method
based on the ambient vibration measurements of bridge structures. The ambient vibration measurements in
different directions are first conducted on the girder, inside the girder and on the pier top to identify various
actual modal frequencies of girder and local pier. The finite element model of the cable-stayed bridge is
then constructed with SAP2000 to perform the modal frequency analysis with the original design
parameters. Combining the above results, this study further determines the best boundary support
conditions for the finite element model to fit the identified modal frequencies. Based on this globally best
fitted model, the parameter analysis with the alteration of soil depth supporting the pier foundation is
subsequently performed to reveal the critical bridge frequencies most sensitive to the scouring effect.
Finally, an objective error function considering all the critical bridge frequencies is defined such that the
optimal analysis can be carried out to effectively investigate the current scouring status from different
possible values for soil depth and stiffness.
Keywords: Scouring evaluation, cable-stayed bridge, ambient vibration measurement, finite element model.
-515-