r - The Hong Kong Polytechnic University

高 屏 溪 引 橋 共 包 含 五 個 橋 梁 單 元 , 均 為 預 力 混 凝 土 箱 型 梁 橋 , 皆 採 樁 基 礎 設 計 , 長 度 依 承 載 力
設 計 約 在 20 公 尺 至 35 公 尺 之 間 。 除 非 洪 水 期 間 , 其 下 方 河 川 流 域 並 無 水 流 , 常 被 用 於 耕 作 與 養 殖 。
颱 風 來 襲 時 , 洪 水 則 常 漫 及 此 區 域 , 並 沖 刷 橋 墩 基 礎 。 由 於 高 屏 溪 斜 張 橋 的 基 礎 較 深 , 雖 亦 因 洪 水
作 用 發 生 嚴 重 沖 刷 掏 空 , 但 橋 梁 並 未 發 生 任 何 損 壞 , 但 不 可 否 認 的 是 沖 刷 掏 空 已 降 低 基 礎 的 承 載 力 。
考 量 全 球 氣 候 異 常 加 劇 , 未 來 強 烈 颱 風 來 襲 將 更 加 頻 繁 , 風 災 所 引 起 洪 水 沖 刷 作 用 亦 將 日 益 嚴 重 ,
高 屏 溪 斜 張 主 橋 是 否 可 抵 抗 風 災 洪 水 經 常 性 的 衝 擊 應 乃 是 一 個 必 須 嚴 肅 面 對 的 問 題 。
三 、 現 地 微 振 量 測 與 振 態 頻 率 識 別
本 研 究 團 隊 為 精 確 掌 握 高 屏 溪 斜 張 橋 之 現 況 與 動 力 特 性 , 於 2010 年 內 分 階 段 對 其 進 行 數 次 現
地 微 振 量 測 , 範 圍 涵 括 主 跨 與 側 跨 之 主 梁 橋 面 、 鋼 構 箱 型 梁 內 部 、P2 橋 墩 頂 、P1 塔 腳 橫 梁 及 斜 張
鋼 纜 。 使 用 儀 器 為 日 本 東 京 測 振 VSE-15D 伺 服 型 速 度 計 與 SPC51 主 機 , 設 定 取 樣 頻 率 200Hz, 每
次 量 測 時 間 300 秒 , 每 筆 共 計 60000 點 速 度 歷 時 資 料 。
以 下 首 先 針 對 與 本 文 相 關 的 主 梁 橋 面 及 箱 型 梁 內 部 之 量 測 配 置 加 以 說 明 , 詳 如 圖 3 和 圖 4 所 示 ,
其 中 各 個 感 測 器 之 位 置 編 號 定 義 為 :
首 碼 英 文 字 母 ~ M: 主 跨 橋 面 ;S: 側 跨 橋 面 ;I: 箱 型 梁 內 部
數 字 碼 ~ 距 離 橋 塔 原 點 處 之 距 離 (m)
附 屬 標 示 (-) ~ 箱 型 梁 內 水 流 側 向 之 不 同 位 置
我 們 在 主 梁 橋 面 的 量 測 包 括 垂 直 (vertical or gravity direction)、 水 平 (horizontal or river direction) 與 車 行
(axial or driving direction) 等 三 個 不 同 的 振 動 方 向 , 其 目 的 在 識 別 斜 張 橋 體 主 要 呈 現 於 這 些 方 向 的 各
振 態 參 數 ; 而 箱 型 梁 內 部 的 量 測 則 只 鎖 定 垂 直 向 , 其 目 的 在 識 別 斜 張 橋 體 以 扭 轉 (torsional) 向 為 主 之
各 振 態 參 數 。 值 得 一 提 的 是 , 由 於 感 測 器 數 目 的 限 制 , 我 們 進 行 主 梁 橋 面 各 方 向 的 量 測 均 分 為 (M280,
M230, M180, M130, M80) 及 (M80, S50, S100, S150) 兩 階 段 進 行 , 但 以 M80 為 共 同 參 考 點 。 另 外 對 於
箱 型 梁 內 部 的 量 測 , 我 們 分 別 選 定 主 跨 距 橋 塔 276m 及 165m 兩 個 截 斷 面 內 部 進 行 , 並 且 以 圖 4 所
示 的 兩 點 位 置 同 步 成 對 量 測 。
斜 張 橋 體 振 態 頻 率 主 要 是 以 微 振 速 度 訊 號 的 傅 利 葉 振 幅 譜 之 尖 峰 值 進 行 識 別 。 利 用 傳 統 的 傅 利
葉 分 析 , 可 將 一 個 時 間 域 的 函 數 經 由 傅 利 葉 轉 換 (Fourier transform) 呈 現 為 頻 率 域 中 的 複 數 函 數 。 而
此 複 數 函 數 在 不 同 頻 率 下 之 振 幅 大 小 , 即 直 接 代 表 原 函 數 在 各 個 頻 率 的 組 成 權 重 , 一 般 以 其 直 接 對
頻 率 作 圖 來 檢 視 原 函 數 之 頻 率 內 容 , 即 為 所 謂 的 傅 利 葉 振 幅 譜 (Fourier amplitude spectrum)。 在 外 部
擾 動 作 用 下 , 一 個 結 構 系 統 之 位 移 、 速 度 或 加 速 度 歷 時 反 應 因 為 均 經 由 系 統 之 轉 換 函 數 而 在 各 振 態
頻 率 處 特 別 放 大 組 成 權 重 , 所 以 通 常 透 過 其 傅 利 葉 振 幅 譜 便 可 簡 易 判 斷 各 振 態 頻 率 的 可 能 位 置 。 不
過 必 須 注 意 的 是 , 在 外 部 擾 動 頻 率 內 涵 未 知 的 情 形 下 , 結 構 反 應 歷 時 的 傅 利 葉 振 幅 譜 之 峰 值 所 在 頻
率 , 除 了 可 能 對 應 系 統 各 振 態 頻 率 外 , 也 無 法 排 除 乃 是 外 力 集 中 於 少 數 特 定 頻 率 而 產 生 。 首 先 以 圖
5 所 示 橋 面 M80 感 測 器 於 垂 直 向 量 測 之 歷 時 與 傅 利 葉 振 幅 譜 為 例 , 明 顯 可 以 看 出 基 本 上 不 難 直 接 由
圖 3 主 梁 橋 面 之 感 測 器 配 置
圖 4 箱 型 梁 內 部 之 感 測 器 配 置
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