第七章 結論與建議
第二節 建議
本 研 究 建 議 事 項 分 述 如 後 ： 建 議 一
橋 體 氣 動 力 資 料 庫 之 建 立 ： 立 即 可 行 建 議 主 辦 單 位 ： 內 政 部 建 築 研 究 所
協 辦 單 位 ： 社 團 法 人 中 華 民 國 風 工 程 學 會
礙 於 工 作 期 程 與 經 費 之 限 制 ， 本 研 究 僅 能 針 對 有 限 種 類 (形 狀 、 寬 深 比 )之 橋 體 進 行 剖 析 ， 故 建 置 之 橋 體 氣 動 力 資 料 庫 尚 待 充 實 ， 以 增 益 其 實 用 範 圍 。 為 擴 展 建 研 所 風 洞 試 驗 室 之 服 務 範 圍 與 能 量 (目 前 多 著 重 於 建 築 風 力 研 究 )， 建 議 除 持 續 提 供 有 關 長 跨 度 橋 梁 之 風 力 研 究 外，另 宜 增 加 與 橋 梁 氣 動 力 穩 定 性 研 究 相 關 之 計 畫，使 得 橋 體 氣 動 力 資 料 庫 更 形 完 備 ， 對 國 內 之 橋 梁 之 分 析 與 設 計 提 供 更 為 實 質 之 貢 獻 。
建 議 二
增 加 應 用 數 值 模 擬 分 析 風 工 程 相 關 研 究 課 題 ： 中 長 期 建 議 主 辦 單 位 ： 內 政 部 建 築 研 究 所
協 辦 單 位 ： 社 團 法 人 中 華 民 國 風 工 程 學 會
除 了 以 風 洞 模 型 試 驗 進 行 橋 體 斷 面 之 研 究 外，在 計 算 機 軟 /硬 體 大 幅 進 步 的 現 今 ， 應 用 計 算 流 體 動 力 學 (computational fluid dynamics;
CFD)之 方 法 進 行 同 樣 的 探 討 已 臻 成 熟 可 行 之 際。目 前 國 際 知 名 的 大 型 風 洞 試 驗 室 多 配 置 有 CFD 實 驗 室 或 研 究 團 隊 ， 除 在 實 驗 上 提 供 服務 能 量 外，亦 能 配 合 數 值 計 算 以 建 立 數 值 風 洞 的 機 制，在 分 析 上 達 到 相 輔 相 成 之 功 效。建議未來建 研 所 風 洞 試 驗 室 應作 CFD 實 驗 室 或 研 究 團 隊 建 制 之 規 劃 並 持 續 支 持 CFD 之 風 工 程 相 關 研 究 ， 以 更 提 昇 其 服 務 能 力 與 層 次 。
附錄一 斷面模型風洞試驗操作程序
附錄一 斷面模型風洞試驗操作程序
長 跨 度 橋 梁 斷 面 模 型 風 洞 試 驗 之 操 作 程 序 包 含 模 型 建 構、儀 器 整 備 、 模 型 架 設 、 試 驗 量 測 與 資 料 分 析 等 五 個 基 本 步 驟 。 茲 分 述 如 後 ： 一 、 模 型 建 構
(一 )模 型 橋 體 之 製 作
模 型 之 質 量 分 布 應 儘 量 以 均 勻 為 佳，然 為 確 保 模 型 質 量 輕 且 剛 性 佳 之 要 求，在 實 際 情 況 尚 難 採 單 一 材 料 製 作，因 此 建 議 將 模 型 之 製 作 分 為 骨 架 與 包 覆 物 兩 部 份。研 究 中 模 型 骨 架 係 由 鐵 製 中 空 方 管 焊 接 而 成，骨 架 間 之 空 隙 則 填 充 以 高 密 度 保 麗 龍。外 部 包 覆 物 則 使 用 尼 良 板 切 割 至 適 當 大 小 黏 合 而 成 ， 黏 合 時 須 確 定 黏 合 處 無 突 起 之 情 形 。 (二 )模 型 質 量 之 考 量
實 驗 進 行 前 須 預 先 設 定 模 型 自 然 頻 率 之 適 當 範 圍。基 本 上，垂 直 向 之 頻 率 乃 由 彈 簧 系 統 之 勁 度 以 及 模 型 之 質 量 與 轉 動 慣 量 決 定，而 扭 轉 向 之 頻 率 則 藉 系 統 中 彈 簧 在 橋 寬 方 向 距 離 之 調 整 決 定。於 製 作 模 型 時，需 確 定 模 型 質 量 符 合 實 際 橋 體 縮 尺 後 之 質 量，並 待 選 擇 相 應 勁 度 之 彈 簧 後 ， 獲 得 模 型 自 然 頻 率 為 之 設 定 值 。
二 、 儀 器 整 備 (一 )來 流 風 速 量 測
皮 托 管 架 應 設 於 上 游 不 受 模 型 影 響 之 區 域 以 量 測 來 流 風 速 。 (二 )橋 體 反 應 量 測
以 4 組 雷 射 位 移 計 量 測 橋 面 點 之 垂 直 向 振 動 位 移 歷 時 資 料，續 將 資 料 儲 存 於 電 腦 中 以 作 進 一 步 之 分 析。橋 體 質 心 在 垂 直 向 之 振 動 位 移 係 由 四 支 雷 射 位 移 計 之 歷 時 資 料 平 均 而 得，而 橋 體 扭 轉 向 之 角 度 變 化 則 由 兩 側 雷 射 位 移 計 量 測 資 料 之 差 除 以 其 上 下 游 水 平 距 離，取 反 正 切 ( tan-1)函 數 而 得 。
三 、 模 型 架 設
(一 )基 座 與 橋 體 之 固 定
為 避 免 試 驗 基 座 被 強 風 吹 翻，其 基 座 應 鎖 於 風 洞 地 板。橋 體 模 型 須 固 定 於 彈 簧 系 統 上 。
(二 )橋 體 自 然 頻 率 之 決 定
待 模 型 架 設 無 誤 後，於 無 風 情 況，分 別 施 予 橋 體 垂 直 向 與 扭 轉 向 之 初 始 擾 動 後 記 錄 自 雷 射 位 移 計 量 得 之 歷 時 資 料，並 將 資 料 作 快 速 富 利 葉 轉 換 (fast Fourier Transform; FFT)， 以 獲 得 橋 體 之 自 然 頻 率 。 其 中，橋 體 垂 直 向 之 自 然 頻 率 可 經 由 不 同 勁 度 彈 簧 之 改 變 調 整 之。待 彈 簧 選 定 後 ， 扭 轉 向 之 自 然 頻 率 則 經 由 彈 簧 間 距 之 改 變 調 整 之 。 (三 )橋 體 阻 尼 比 之 調 整
同 前 述 之 步 驟，分 別 施 予 橋 體 垂 直 向 與 扭 轉 向 之 初 始 擾 動 後 記 錄 自 雷 射 位 移 計 量 得 之 歷 時 資 料，並 依 據 第 四 章 第 二 節 所 述 之 方 法 獲 得 垂 直 向 與 扭 轉 向 之 阻 尼 比。阻 尼 比 調 整 之 途 徑 包 括 改 變 阻 尼 槽 中 油 之 黏 滯 度 、 改 變 槽 中 沉 體 之 形 狀 與 大 小 等 。
四 、 試 驗 量 測
將 模 型 裝 設 於 風 洞 測 試 段 後，則 可 著 手 進 行 試 驗 量 測。測 試 風 速 (可 由 皮 托 管 結 果 監 控 )應 自 低 速 逐 漸 增 加， 建 議 自 2.5m/s 開 始，每 次 增 加 約 2 至 4m/s，直 至 接 近 顫 振 臨 界 風 速。每 次 風 速 調 整 後，需 待 約 1 分 鐘 風 況 穩 定 後 方 得 進 行 試 驗 資 料 之 收 集 。
過 程 中 務 應 隨 時 觀 察 橋 體 模 型 之 振 動 情 況，以 避 免 因 模 型 振 動 過 劇 而 發 生 吹 壞 之 情 形 發 生 。
(一 )橋 體 振 動 反 應 量 試 驗
待 每 次 設 定 風 速 穩 定 後，以 500Hz 之 採 樣 頻 率 收 集 33000 個 雷 射 位 移 信 號 (66 秒 )。
(二 )橋 體 顫 振 導 數 試 驗
附錄一 斷面模型風洞試驗操作程序
於 前 述 振 動 反 應 量 測 完 成 後，繼 施 予 模 型 約 2 至 3 公 分 之 起 始 位 移 並 立 即 釋 放 (以 綁 於 彈 簧 系 統 架 繩 索 之 拉 放 進 行 )， 繼 而 記 錄 橋 體 反 應 之 歷 時 資 料 ， 以 供 後 續 系 統 識 別 之 用 。
五 、 資 料 分 析
(一 )橋 體 振 動 反 應 量
依 據 橋 體 振 動 反 應 量 試 驗 之 結 果 推 求 橋 體 質 心 在 垂 直 向 振 動 位 移 與 橋 體 扭 轉 向 角 度 變 化 之 時 序 列 資 料，進 而 計 算 二 者 相 應 之 均 方 根 值 擾 動 量 。
(二 )顫 振 導 數
依 據 橋 體 顫 振 導 數 試 驗 之 信 號 (衰 減 部 份 )， 應 用 MITD 法 推 求 顫 振 導 數 (參 見 第 五 章 )。
附錄二 期中會議意見回覆
附錄二 期中會議意見回覆
審 查 意 見 回 覆
一 、 海 洋 大 學 張 景 鐘 教 授 ： 1. 本 研 究 對 建 研 所 未 來 承 接 橋
樑 風 洞 試 驗 之 能 力 提 升 有 很 大 的 貢 獻 。
2. 未 完 成 之 寬 深 比 定 為 7.5 或 8 ， 建 議 參 考 目 前 已 完 成 或 規 劃 中 之 大 跨 度 橋 樑 斷 面 寬 深 比 值 。
3. 本 研 究 有 風 洞 試 驗 與 數 值 模 擬 ， 系 統 識 別 分 析 ， 建 議 對 斷 面 形 狀 、材 質 特 性 等 數 值 加 以 說 明 ， 界 定 清 楚 。
二 、 建 國 科 技 大 學 陳 若 華 教 授 ： 1. 研 究 內 容 對 於 建 立 未 來 大 跨
度 橋 樑 設 計 所 需 之 氣 動 力 參 考 甚 具 價 值 。
三 、 中 央 大 學 朱 佳 仁 教 授 ： 1. 此 計 畫 可 增 強 建 研 所 在 橋 樑 風
洞 實 驗 之 研 究 能 力 。
2. 因 地 表 風 場 大 多 為 紊 流 風 場 ， 建 議 增 加 紊 流 來 流 之 流 況 ， 與 平 滑 流 來 流 之 結 果 比
此 確 為 本 研 究 預 期 目 標 之 一 。
本 計 畫 係 參 考 常 見 之 情 況 選 定 兩 個 典 型 橋 梁 斷 面 之 寬 深 比 (8 與 15)。
業 依 委 員 建 議，於 期 末 報 告 中 作 清 楚 之 說 明 。
本 研 究 期 盼 未 來 能 繼 續 獲 得 委 託 單 位 之 支 持，增 加 更 多 寬 深 比 情 況 的 探 討 ， 建 立 完 整 的 資 料 庫 ， 以 增 益 其 應 用 價 值 。
除 了 在 建 築 風 力 研 究 之 範 疇 外，本 研 究 之 執 行 當 能 擴 展 建 研 所 風 洞 實 驗 室 在 橋 樑 風 力 研 究 之 能 力 。
基 於 計 畫 執 行 期 間 與 經 費 之 限 制，本 研 究 之 試 驗 來 流 係 針 對 平 滑 流 之 情 況 ， 以 專 注 於 試 驗 技
較 。
3. 建 議 可 與 前 人 研 究 成 果 或 理 論 比 較 。
四 、 胡 銘 煌 委 員 ：
1. 公 路 橋 梁 設 計 規 範 對 公 路 橋 梁 (跨 度 150M 以 內 )之 耐 風 規 定 只 有 風 壓 力 390 kgf/m2 之 規 定 ， 因 此 本 研 究 相 當 有 意 義 。 2. 二 維 斷 面 模 型 ， 是 否 可 考 慮 更
符 合 橋 梁 實 務 之 形 狀 ？
3. 因 橋 梁 結 構 系 統 都 有 其 固 定 類 型 及 形 狀 ， 如 吊 橋 、 斜 張 橋 、 鋼 拱 橋 ( 上 路 、 中 路 、 下 路 )，4 鋼 桁 架 橋 5 預 力 預 鑄 懸 臂 橋 (箱 型 、 曲 線 變 化 )等 ， 是 否 可 參 考 此 等 形 狀 ， 漸 次 研 究 ？
4. 目 前 全 橋 模 型 試 驗 為 實 務 上 應 用 的 重 點 。本 案 以 斷 面 模 型 試 驗 如 何 進 行 全 橋 ( 例 如 高 屏 溪 橋 )驗 證 ？
術 、 程 序 與 方 法 之 建 立 。 依 委 員 建 議 辦 理 。
本 計 畫 倘 能 續 獲 支 持，將 在 相 關 橋 梁 耐 風 設 計 規 定 上 提 供 更 多 之 參 考 資 料 。
基 於 計 畫 執 行 期 間 與 經 費 之 限 制，本 研 究 僅 能 針 對 矩 形、梯 形 與 六 角 形 3 種 基 本 橋 梁 斷 面 形 狀 進 行 探 討 。
未 來 若 能 獲 得 持 續 之 計 畫 補 助，當 能 針 對 更 符 合 橋 梁 實 務 之 形 狀 進 行 評 估 。
本 計 畫 乃 藉 斷 面 模 型 試 驗 之 進 行 建 立 建 研 所 在 橋 梁 風 力 分 析 之 技 術 經 驗 與 方 法。研 究 中 並 以 高 屏 溪 橋 之 風 洞 試 驗 為 例，驗 證 採 用 橋 梁 氣 動 力 行 為 識 別 方 法 提 之 正 確 性 與 應 用 性 。
附錄二 期中會議意見回覆
五 、 台 灣 科 技 大 學 陳 瑞 華 教 授 ： 1. 橋 梁 斷 面 風 洞 試 驗 操 作 程 序 之
內 容 包 括 哪 些 部 份 ？
六 、 成 功 大 學 謝 俊 民 教 授 ： 1. 與 國 內 外 風 洞 試 驗 成 果 之 比 較
整 理 增 加 此 計 畫 在 台 灣 長 橋 樑 斷 面 模 型 之 可 行 性 穩 定 性 說 明 。
2. 資 料 庫 之 使 用 及 應 用 上 的 可 能 限 制 說 明 。
3. 可 否 利 用 數 值 分 析 與 模 擬 推 估 其 他 的 B/D(寬 深 比 )使 用 可 能 ？
六 、 海 洋 大 學 蕭 葆 義 教 授 ： 1. 試 驗 所 選 用 之 斷 面 模 型 寬 深 比
B/D=15 及 7.5 二 種。建 議 補 充 敘 明 選 用 該 比 値 之 原 因 。
2. 系 統 識 別 方 法， 已 使 用 高 屏 溪 斜 張 橋 之 風 洞 試 驗 資 料 驗 證。建 議 未 來 將 本 文 試 驗 資 料 數 據 納 入 驗 證 該 系 統 識 別 方
一 般 而 言，斷 面 模 型 風 洞 試 驗 之 程 序 包 括 模 型 製 作、儀 器 整 備 、 試 驗 量 測、系 統 識 別、氣 動 力 穩 定 性 分 析 與 評 估 等 。
於 期 末 報 告 中 依 委 員 建 議 辦 理。
依 委 員 意 見 ， 於 期 末 報 告 中 加 註 。
隨 著 近 年 來 計 算 機 軟 /硬 體 的 快 速 成 長，採 用 數 值 風 洞，以 CFD 的 方 法 進 行 橋 梁 氣 動 力 穩 定 性 在 未 來 是 極 具 研 究 潛 力 的 。
基 於 計 畫 執 行 期 間 與 經 費 之 限 制，本 計 畫 僅 能 就 常 見 之 情 況 選 定 兩 個 典 型 橋 梁 斷 面 之 寬 深 比 (8 與 15)。未 來 期 盼 能 繼 續 獲 得 委 託 單 位 之 支 持，增 加 更 多 寬 深 比 情 況 的 探 討，建 立 完 整 的 資 料 庫 ， 以 增 益 其 應 用 價 值 。 研 究 中 之 系 統 識 別 方 法，經 高 屏 溪 斜 張 橋 之 風 洞 試 驗 資 料 驗 證，將 用 於 計 畫 中 所 有 橋 梁 斷 面 模 型 之 氣 動 力 行 為 分 析 。
法 。
五 、 蔡 東 和 委 員 ：
1. 藉 由 本 研 究 建 立 風 洞 試 驗 之 橋 樑 風 洞 試 驗 能 量 。業 界 若 能 在 國 內 就 近 進 行 風 洞 試 驗 可 提 高 設 計 單 位 較 佳 之 互 動 ，期 待 看 到 研 究 之 成 果 運 用 在 實 務 之 工 程 。
本 計 畫 藉 斷 面 模 型 試 驗 之 進 行 與 分 析 建 立 建 研 所 在 橋 梁 風 力 分 析 之 技 術 經 驗 與 方 法，並 期 以 計 畫 之 研 究 成 果 作 為 提 昇 建 研 所 風 洞 試 驗 室 在 橋 梁 風 力 分 析 服 務 能 量 之 基 礎 。