修護工法之種類

選擇修護工法時橋樑不同的部位的桿件其選擇的標準也不同。各 種修護方法各有優劣，如何選擇修護方法則需要通盤考量衡利弊得失

。通常以各種不同修護方法互相支援，組合運用其效果最佳。茲將各 種修護方法說明如下：

一、 現行鋼構橋樑可符合結構設計與外加荷重之需求狀況

(一) 直化法 (Straightening)

1. 熱焰直化 (Flame Straightening)

本工法乃採用高溫熱焰將鋼材受損部位加熱使其軟化，再以外 力施於受損部位，使其復原之方法。此法不會使鋼材品質有重大的 降級 (Degrade)，且可適用於大部分之受彎曲構材，但如有下列情況 時應避免使用：

(1) 破壞控制桿件 (FCM)不要使用本方法，除非加熱範圍有足夠 強度的螺栓接合。

(2) 起皺摺的鈑 (Wrinkled)不可使用本方法，因為此種損壞無法用 加熱直化法修理。

(3) 3.A-514 和經過淬火 (Qenched)、回火 (Tempered)的鋼材，使 用本法不會降級。但鋼材加熱不可超過其回火溫度約1150 ℉

。

(4) 對於平面曲率半徑超過 W×E/Fy 的桿件不可使用本法。

W:桿件寬度 E:楊氏模數 Fy:降伏應力

2. 熱作直化 (Hot Mechanical Straightening)

本法是將彎曲的桿件於各方向皆加熱，並於高溫時運用外力將 其拉直。這種修理方法所得的結果是無法預測的，當彎曲曲率半徑 較小時熱作豈化可能在加熱區造成連續的彎曲。當曲率半徑相對較 大時加熱可能使桿件產生一系列的小曲線，視加熱點多寡而定。根 據Rothman [21]之研究結論顯示:熱作直化應不適合用於淬火、回火

。而過度的彎曲及皺摺會使鋼材降級。一般對於主要拉力桿件的修 護，熱焰直化相對較好的方法，可用來替代熱作直化法。而對於主 要壓力桿件或次要桿件使用熱作直化法比較不會產生裂縫、皺摺、

膨脹。熱作直化法將桿件加熱後再施力，造成分子之重新排列，因 此本法所引起的殘餘應力很小。

3. 冷作直化 (Cold Mechanical Straightening)

冷作直化是在不加熱的情況之下，運用外力將受彎曲桿件拉直

，如圖 3.1 所示。Mishler 認為冷作直化所關連的鋼材降級效應乃相 當複雜 [22]。

圖3. 1 直化工法修護鋼樑示意圖

塑性應變量和應變循環數 (Strain Cycle)是影響冷作鋼材降級的 兩大因素。一般於設計經驗認為橋樑桿件使用冷作方法修理一次，

若其塑性應變限制在標稱應變的百分之五以內應不會造成重大的降 級。對於主要壓力桿件和次要桿件則沒有應變量的限制。在不減少 韌性、延展性且不導致裂縫、皺摺的情況下要冷作直化受損桿件其 困難度隨應變量增加而提高。端部受制桿件的塑性曲線很難用冷作 方法直化。對於有裂縫、孔溝、割痕的桿件亦不適用冷作方法。

對於不符合目前 AASHTO 規範的低查比值鋼材不可使用冷作 方法。另外對於旋轉或扭轉桿件之修理也儘可能不使用冷作方法。

本方法未將桿件加熱，分子無法重新排列，因此殘餘應力無法消除

。

(二) 銲接 (Welding)

銲接可應用之各種修理方式包括：缺陷與裂縫修補、部份銲接取 代 (Welding Replacement Segment into Place)補強鈑的接合。對於拉力 區域的修理其銲接技術非常重要，如圖 3.2 所示 [23]。使用銲接修理 其對象必須是可銲接鋼 (Weldable)，包含：A-36、A-442、A-572、A-588 等。另外對於 A-514、A-517 和破壞控制桿件 (FCM)建議不要使用銲 接方法。選擇焊接尺寸的兩個重要因素：

1. 有最小焊接尺寸限制以防止急速冷卻造成脆性破壞 2. 最大焊接尺寸以避免浪費

焊接法的成本/強度比通常隨尺寸增大而迅速增加。一般使用連續 小尺寸焊接取代不連續的大尺寸焊接。常用的焊接型式有對接、疊接

、T 接、角接、邊接等。

Mishler 研究認為壓力部位之銲接不可有疲勞產生，即使裂縫發生 在受壓桿件的殘餘拉應力區域，這些裂縫不會遍佈在此區域，也不會 對載重能力有所影響 [22]。從實務經驗可知，壓力桿件的裂縫通常不 是疲勞裂縫。可銲接鋼在壓力區的修理，焊接方法可滿足其強度要求

。對低查比值(低於 AASHTO 規範)的桿件不要使用本方法。在天氣溫 度太低（0 ℃以下）不要從事焊接工作，以免降低其品質。一般而言 焊接的優點有：

1. 接可節省螺栓接合所必需的連結鈑。

2. 焊接之應用範圍較鉚釘接合或螺栓接合廣。

3. 焊接能將結構物連接成剛性接合 (Rigid Connection)。

4. 變更設計容易。

5. 施工噪音小。

圖3. 2 焊接補強鈑示意圖 [23]

(三) 螺栓 (Bolting)

螺栓在鋼構接合所需要的技術工人比鉚釘、焊接方法少。因此在 工資昂貴的地區使用螺栓接合比其他方法更經濟。螺栓可單獨當成一 種修理方法，亦可作為其他修理方法。使用高強度螺栓繫結一塊新鋼 鈑來修理受損桿件是最安全的修理方法，如圖3.3 所示。受損的鉚釘元 件可輕易的以螺栓方式修理。銲接桿件若要再加螺栓接合其工作難度 較高、工時長且費用高。拉力區若使用A-514、A-517 鋼材其修理一定 要用螺栓法。而其他不適合使用熱焰直化法修理的桿件可考慮使用螺 栓法。高強度螺栓是目前使用最廣泛的，其優點計有：

1. 相同的工作，螺栓組的工人比鉚接組少。

2. 在相同的強度要求下，所需要之高強度螺栓較鉚釘少。

3. 焊接時需要施工螺栓，等焊接好之後拆卸，而螺栓不需要。

4. 螺栓接合較鉚釘接合噪音少。

5. 螺栓接合所用機械較簡單、便宜。

6. 鉚釘接合、焊接易引起火災、導電意外，而螺栓接合不會。

7. 相同條件下螺栓節點的疲勞強度大於鉚釘接點，而焊接節點比它 們還小。

圖3. 3 螺栓工法修護裂縫示意圖

(四) 部份更換 (Partial Replacement)

對於損壞較嚴重的情況，可考慮更換部份物件。損壞情況包含：

皺摺的鈑、桿件過度變形彎曲、桿件撕裂、過大的裂縫。部份更換包 含移除受損部位，更換為銲接或螺栓接合物，如圖 3.4 所示 [24]。更 換的銲接物必須是可銲鋼，查比值要比AASHTO 標準高並符合銲接規 定。部份更換能和其他方法同時使用。例如：彎曲且具有裂縫的桿件

，其彎曲修理可用熱焰直化，裂縫則更換為螺栓接合法。

圖 3. 4 部分更換工法修護裂縫示意圖 [24]

(五) 完全更換 (Complete Replacement)

正常狀況之下完全更換物件是最昂貴的方法。更換大樑需要移除 部份橋面版，若為連續式大樑，則更多跨徑的橋面版需要移除。使用 千斤頂幫助梁端連結時維持正確的間距。損壞若造成結點 (Joint)旋轉 將會增加更換的難度。對於強度完全受損的物件，完全更換物件可能 是唯一的選擇方案。而在選擇本方法之前應先考慮其他方法的可行性

。

(六) 組合修理 (Combining Repair)

在選擇修理方法時，可使用各種修理方法組合。例如：熱焰直化 法可與裂縫銲接組合使用；熱焰直化法也可與螺栓組合使用；螺栓可 和銲接組合使用。以上各種修護方法和各種損壞情況、材質、桿件種 類可行與不可行之關係如表3.1 所示。

表3. 1 各種損害種類、材質與修護方法

鋼構橋樑損壞種類不同、鋼材特性不同、物件重要性不同，所需 要之修理方法也不同。直化法不適用於破壞控制桿件 (FCM)，對於變 形過大的桿件、斷裂，疲勞、腐蝕、裂縫損壞也不能使用，較適用於 變形小且非破壞控制桿件的修理。其最大的優點是低廉。

焊接法不能用於「不可焊接鋼」，而破壞控制桿件也儘可能不要 使用此法。另外對於鋼材的皺摺、撕裂、疲勞、變形亦不適合使用。

螺栓法幾乎可用於任何一種材質、任何損壞（變形皺摺、撕裂除外）

。而且可作為其他方法的輔助措施，是國內工程界常用的方法之一。

部分更換和完全更換幾乎適用於任何一種損壞、任何材質、任何桿件

。惟其修理特性過高不合經濟效益，尤其完全更換更是昂貴，除非特 殊情況，否則應先考慮其他方法。組合修理可視損壞情況而決定其組

陳述可知在若干特別的損壞種類、鋼材材質、或桿件重要性不同時會 有特定的修理方法不能使用。因此在選擇修理方法之前應先就檢測報 告書的陳述將不能使用的方法先行剔除。

二、 現行鋼構橋樑不敷結構設計與外加荷重之需求狀況

(一) 增大斷面法

增大斷面法的是所有加固方法中最簡易的，且其效果非常明顯，

如圖 3.5-3.6 所示。唯採用此法時先須確認受損或欲加固構件所承受應 力之型態，一般可以區分成下列型式：

1. 正彎矩區（上壓下拉）

2. 負彎矩區（上拉下壓）

3. 反向彎矩區（即構件有時承受正彎矩，有時承受負彎矩）

4. 純受拉構件 5. 純受壓構件

6. FCM（斷裂控制構件）

於設計時需注意新鋼鈑之接合必須考量到「工程可行性」、「結 構耐久性與安全性」與「對稱性」，進而達到加固之目的。

圖3. 5 增大斷面法之加強正彎矩抗壓能力示意圖

圖3. 6 增大斷面法之加強正彎矩抗拉能力示意圖

(二) 加設構件法

加設構件法係指增設全新或可用之構件，進以提升原鋼構橋樑之 承載能力。當鋼構橋樑之承載力已顯不足，或大樑之間距太大（亦即 橋面版之正、負彎矩可能太大），則便可考慮將在原鋼樑中，增設新 的大樑之後再以橫樑連結，如此便可達到提升承載力之目的，如圖3.7 所示。

圖3. 7 加設構件法示意圖

(三) 預力加固法

預力應於混凝土橋樑結構已有很長之歷史，然對鋼構橋樑而言，

施加預力之方法仍大部份僅應用在維修與加固方面，如圖3.8 所示。鋼 構橋樑與混凝土橋樑之預力加固之觀念完全一致，其主要差異在於結 構之細部（例如錨碇）。目前一般常見鋼構橋樑之構件預力加固仍大 部份應用在簡支鋼樑，但對於連續式鋼樑而言，不僅設計複雜而且施 工困難度亦較高。一般而言，簡支預力鋼樑之預力鋼腱佈置並無一定 之準則，然一般可分為直線式、拋物線與彎折式等。

圖3. 8 預力加固法（直線式）示意圖