實場量測設備與規劃

為 了 探 求 風 洞 實 驗 結 果 與 橋 樑 實 際 受 風 行 為 是 否 一 致 ， 本 計 畫 以 高 屏 溪 斜 張 橋 之 實 場 量 測 與 全 橋 模 型 風 洞 實 驗 之 結 果 進 行 比 較 ， 驗 證 橋 樑 之 基 本 振 動 頻 率 與 受 風 振 動 反 應 之 差 異 ， 以 了 解 全 橋 模 型 風 洞 實 驗 結 果 之 可 靠 性 ， 建 立 本 所 風 洞 實 驗 方 法 與 量 測 技 術 之 基 礎 。

橋 樑 實 場 量 測 受 限 於 場 地 因 素 ， 尤 其 是 風 速 、 風 向 不 穩 定 ， 過 往 車 流 造 成 的 振 動 ， 與 高 速 公 路 現 場 佈 線 不 易 及 安 全 之 顧 慮 ， 皆 有 其 困 難 需 要 克 服 ， 因 此 ， 實 驗 之 規 劃 應 妥 善 且 設 備 應 力 求 輕 便 簡 易 ， 以 收 事 半 功 倍 之 效 。

(一 ) 高 屏 溪 斜 張 橋 樑 簡 介

高 屏 溪 斜 張 橋 橫 跨 高 屏 溪，為 南 二 高 主 要 橋 樑 之 一，全 長 510 公 尺，其主跨 330 公尺，為全銲接箱型鋼樑，副跨 180 公尺，為預力混 凝 土 箱 型 樑 ， 橋 塔 高 約 183.5 公尺，如圖 2-4 所示。

圖 2-4 高屏溪斜張橋全貌

橋 塔 兩 側 各 配 置 14 組鋼纜，錨定在橋面中央，橋樑斷面結構為 箱型梁，寬 34.4 公尺，高 3.2 公尺，如圖 2-5，橋樑以 1.7%之坡度向 東 側 傾 斜 。

(a) 鋼 纜 (b) 箱 型 橋 樑 結 構

圖 2-5 高屏溪斜張橋鋼纜及箱型橋樑結構

(二 ) 實 驗 器 材 與 設 備

本 次 量 測 重 點 為 橋 址 之 風 向 、 風 速 ， 以 及 橋 樑 振 動 之 加 速 度 反 應，由 於 非 屬 長 期 之 監 測，因 此，使 用 之 量 測 設 備 及 其 規 格 說 明 如 下：

1. 單 軸 微 震 加 速 度 計 ， 廠 牌 Wilcoxon ， 型 號 731A Seismic Accelerometer， 為 低 頻 加 速 度 計 ， 靈 敏 度 為 10.2 V/g， 範 圍 0.5g、

第二章 實場量測與風洞實驗規劃

頻 率 範 圍 在 0.1 Hz 至 340 Hz，如圖 2-6(a)。

2. 二 維 超 音 波 風 速 計 ， 廠 牌 為 Gill， 型 號 Windsonic， 如 圖 2-6(b)所 示 ， 輸 出 頻 率 1 至 4Hz、量測風速範圍 0~60m/s (解析度 0.01m/s、

精 度 ±2%)、風向 0~359°(解析度 1°、精度±3°)。

3. 資 料 擷 取 器：廠 牌 為 National Instruments，型 號 為 NI Compact-DAQ 之 可 攜 式 量 測 儀 器，具 8 個擴充槽，為 USB2.0 介面，使用 NI 9215 電 壓 訊 號 處 理 模 組，為 BNC 接頭、16 位元、4 通道、100kS/s 同步 擷 取 ， 如 圖 2-6(c)，並配合 LabView 軟體擷取數據。

(a)微 震 加 速 度 規 (b)超 音 波 二 維 風 速 計 (c)資 料 擷 取 系 統

圖 2-6 實場量測儀器設備

(三 ) 實 驗 規 劃 與 實 場 量 測 實 驗

本 次 實 驗 量 測 斷 面 位 置 在 主 跨 上 ， 約 距 離 橋 塔 1/3 處，如圖 2-7 所 示 。 橋 樑 受 風 力 影 響 之 基 本 振 動 模 態 ， 包 括 垂 直 向 、 扭 轉 向 與 拖 曳 向 擾 動 ， 因 此 需 要 設 置 1 個風速計與 3 個加速度計，其中 2 個為垂直

向，用 以 測 量 垂 直 與 扭 轉 之 擾 動，1 個水 平 放置 以 量 測 拖曳 向 之擾 動 。 為 了 減 少 車 流 經 過 所 引 起 之 干 擾 風 場 ， 風 速 計 設 置 於 距 離 橋 面 2 公尺 高 ， 且 伸 出 橋 護 欄 約 2 公尺之處，如圖 2-8 所示。各儀器設備佈設情 形 及 實 際 量 測 操 作 狀 況 ， 如 圖 2-9。

圖 2-7 量測儀器設置位置

圖 2-8 量測儀器配置圖

量 測 儀 器 設 置 位 置

第二章 實場量測與風洞實驗規劃

(a) 風 速 計 設 置 (b)加 速 度 計 設 置 (垂 直 及 水 平 向 )

(c) 加 速 度 計 設 置 (垂 直 向 ) (d) 實 際 量 測 操 作 圖 2-9 儀器佈設及操作情形