建築工程設備所需配合介面之建議

針對本案之長期監測需求，本研究除了對於各相關設備規格進行規 劃外，另外對於建築工程設備所需配合之介面亦提出相關建議。簡而言 之，本計畫將針對如何發揮此兩套光纖資料集錄系統之功能提出建築工 程上所需之布線建議，以使結構材料實驗群未來在正式營運時，得以完 整的監測整體結構之動態行為。

由於佈線之依據主要乃在於確實反應整體結構物在動態擾動下可 能發生的震動行為，因此如何選擇適當的位置加以布設感測器便成為當 務之急。一般而言，感測器的位置必須選擇在結構物中的臨界位置

（CRITICAL POINT），諸如結構物中短期容易發生損害位置、結構物中受 力較大的位置、結構物中可能因為長期荷重、老化造成破壞之位置等，

均屬於佈線中必須加以詳細考慮的範圍。

由於目前本案對於大型結構實驗室之細部規劃尚未完成，因此光纖 感測器之布設將僅著重在包含各力學實驗室之辦公大樓上。感測器位置 之考量並不考慮整體結構物裝設隔減振裝置後之效果，此乃因安裝格見 鎮設備後整體結構物之應力反應將會大幅縮小，而監測之重點將被侷限 在溫度之量測上。

以下將利用比對結構物在 1.單純呆載重與活載重，2.單純呆載重、

活載重與X 方向地震力，3.單純呆載重、活載重與 Y 方向地震力之各種 情況，以找出結構物中最適合之布線路線，以做為未來實際監測之參 考。以下即針對光纖動態監測系統與全棟溫度、應力監測系統兩部分之

建議結果加以說明：

(一)光纖動態監測系統

由於本研究案所建議之光纖動態監測系統具有相當強大的功 能，其可同時監測之感測器數目可達 512 個之譜，因此為了充分利用 其優點，在光纖動態監測系統之感測器布設上，傾向採用網路式分 佈，以使整體結構受到完善的監測與保護。

為了使這個監測系統能夠確實被安裝在所需之位置，如何選定適 合的位置便可能成為成敗的關鍵。如前所述，本研究案利用交叉比對 的方式，找出在整體結構物中最適宜進行監測的位置，並考量如何發 揮光纖網路之最大效益。

以下即針對結構物的梁系統、柱監測系統進行規劃設計：

1.梁系統光纖感測器布設位置

在梁系統上，最主要的考量乃在於結構之彎矩分佈，藉由評估整 體結構在 X 向地震力、Y 向地震力之作用下所造成的彎矩，即可找出 未來結構完成後遭受外力侵襲下所可能造成之影響。結構之最大受力 情形。其中可再細分為 X 向彎矩、X 向軸力、Y 向彎矩、Y 向軸力四 種組合，如此即可找出最後之臨界位置並加以設計。

由分析可明顯的發現，結構物在遭受X 向地震力的作用下，在越 靠近下層結構與中央結構的部分明顯的反映出較大的彎矩。整體彎矩 值之變化雖然不大，但是考量未來安裝光纖光柵感測器之位置時，顯 然集中在左下方能獲致較佳的監控效果。

在結構物柱軸力的部分，同樣的 X 向亦可分為柱線 B、柱線 C、

與柱線 D 三組資料。整體柱軸力的分佈情形亦趨向與彎矩分佈圖相 似。在結構物靠近中央區的第一根與第三根柱上，可以明顯的觀察到 相當大的柱軸力。而此兩柱系統明顯的可能在未來外力擾動下造成某

些程度的傷害，而光纖光柵感測器也應當被專注在此些構件上。

在 Y 向梁彎矩的七組資料中，可發現最大的彎矩值發生在柱線 1 與柱線2 之位置上，而一如預期的，越下層樓的彎矩值明顯的較上層 梁為較大，因此在感測器之位置理應放置在較低樓層之梁上。

Y 向柱軸力分佈主要以比較三組剖面 B、C、D 為主，由各柱線圖 可看出，C 柱剖面之柱軸力明顯十分的小，而左右兩柱之軸力則隨著 樓層數之增加逐漸遞減，在一二樓間之支柱軸力達到最大值。而就七 組柱線之各柱軸力而言，大小均落在相似之範圍內，因此未來在標的 之選擇主要考量之因素將以施工便利性為主。　

2.光纖動態監測系統綜合設計結果：

經由以上 X 向彎矩、X 向軸力、Y 向彎矩與 Y 向軸力四組資料之 分析比對後，可對於整體結構之動態行為有一全面性的瞭解。而針對 分析的結果，本研究提出以下之光纖感測器佈線建議以配合未來之動 態監測系統，茲將設計之結果簡述如下：

由於本次建議採購之光纖動態監測系統支援高達 512 點之高速量 測，因此本案將建議採用約 100 點之常態性動態監測，並於各房間內 預留兩組光纖接頭，以方便未來之擴充性。關於常態性動態監測點大 致又可分為兩個系統：梁系統與柱系統。

在梁系統的部分，本研究建議挑選一樓與三樓之雙向梁進行動態 監測，而整個監測位置將橫跨結構之X 向，亦即整個一樓與三樓之 X、

Y 向彎矩均將被完整的監測，以確保整體結構的安全。在每一根梁上，

為了能夠監控整根梁之彎矩分佈情形，三組不同波長感測器將被建置 於梁上，以有效反映出實際結構的彎矩圖。

綜合上述所言，在梁系統的部分，規劃布設3（每梁）*6（每跨）

*2（每層）*2（每向）=72 個光纖光柵感測器。

這些光纖光柵感測器將被均勻的布設在結構物的一樓與三樓層 面上，亦即結構物終將有兩個水平帶寬被完整的監測。

另外一方面，在柱系統的部分，本研究建議挑選最靠近結構中央 位置之柱系統進行動態監測。整個監測位置將橫跨結構之Y 向，亦即 整個剖面之軸力均將被完整的監測，以確保整體結構的安全。在每一 根柱上，為了能夠監控整根梁之軸力分佈情形，兩組不同波長感測器 將被建置於柱的上下端，以有效反映出實際結構的軸力圖。

綜合上述所言，在柱系統的部分，規劃布設2（每柱）*6（每跨）

*2（每層）*3（每柱）=84 個光纖光柵感測器。

這些光纖光柵感測器將被均勻的布設在結構物的柱線一斷面 上，亦即結構物終將有一個垂直帶寬被完整的監測。

此兩個系統將整體結構物上形成類似π 字形的監控系統，而結構 物亦將可獲得完善之監控以避免各種可能之緊急狀況。

(二)全棟溫度、應力監測系統

在全棟溫度、應力監測系統上，主要的布設方式將伴隨著光纖動 態監測系統，由於全光纖監測系統將可針對每一光纖位置進行量測而 非點狀分佈，如此除了可收到全面間控制效果，另外亦可在未來進行 兩套系統間之相互比對，以進一步驗證光纖感測之優點。

關於全光纖式感測器的布設方式，由於此一建築之上部結構採用 鋼結構形式，因次未來在布設上將可採用吊掛之方式，以提供可靠之 量測結果。

隨著科技之日新月異，各種遠端監測與自動化監測之技術均達相 當成熟之階段。本案除了建置出適合的光纖感測設施以做為全國建築 結構之典範外，未來亦應朝向持其自動化監測與遠端監測之方向繼續 努力，並開發出公開之資訊平台，以使所量測到的資訊能夠進一步的

被各方面的專家學者加以利用，如此才能彰顯出建構本套系統之真正

Length up to 100Km

Resolution 1 度 5,000,000 ANDO BOTDR 全棟應力 長期監控

靜態行為

Length up to 100 km

Resolution 20 µ 5,000,000 相關線材 BOTDR 光纖