第七章 結論與建議
第二節 建議
建 議 一
增 加 應 用 數 值 模 擬 分 析 風 工 程 相 關 研 究 課 題 ： 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
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 技 術 層 次 。
建 議 二
長 跨 度 橋 梁 風 力 規 範 之 訂 定 ： 立 即 可 行 建 議
主 辦 單 位：內 政 部 營 建 署、交 通 部 公 路 總 局、交 通 部 臺 灣 區 國 道 高 速 公 路 局
協 辦 單 位 ： 社 團 法 人 中 華 民 國 風 工 程 學 會
就 國 內 之 近 況 而 言，長 跨 度 懸 索 式 橋 梁 規 劃 與 興 建 案 之 數 量 明 顯 增 加。然 而，本 國 目 前 並 無 相 應 之 風 力 規 範，使 得 設 計 分 析 者 無 從 依 循。因 此，長 跨 度 橋 梁 風 力 規 範 之 訂 定 有 其 必 要 性，以 符 合 目 前 工 程 與 產 業 界 之 亟 需 。
建 議 三
辦 理 本 研 究 資 料 庫 之 推 廣 使 用 說 明 會 ： 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
為 使 本 計 畫 之 研 究 成 果 能 立 即 為 相 關 長 跨 度 懸 索 式 橋 梁 規 劃 與 設 計 之 應 用，可 以 辦 理 本 研 究 資 料 庫 之 推 廣 使 用 說 明 會，俾 供 業 界 正 確 使 用 。
附錄一 斷面模型風洞試驗操作程序
長 跨 度 懸 索 式 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
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
審 查 意 見 回 覆
一 、 李 得 璋 委 員 ：1. 本 研 究 期 中 報 告 內 容 與 已 完 成 工 作 符 合 本 計 畫 要 求 。
謝 謝 委 員 對 目 前 計 畫 工 作 成 果 之 肯 定 。
2. 本 期 中 報 告 摘 要 之 內 容 多 屬 研 究 計 畫 說 明，有 關 研 究 工 作 初 步 成 果 部 分 較 少 著 墨，宜 做 調 整 。
依 委 員 意 見，於 摘 要 中 增 加 成 果 部 分 之 陳 述 。
3. 期 中 報 告 第 7 頁 有 關 研 究 內 容 (六 )(1)載 為 「 整 合 4 種 斷 面 形 狀 與 5 個 斷 面 寬 深 比（ 20 種 斷 面 尺 寸 ） 之 模 型 試 驗 結 果 」 ， 惟 第 6 頁 有 關 橋 梁 斷 面 模 型 之 製 作 (1)(2)(3) 所 定 矩 形 、 梯 形、六 角 形 斷 面 模 型 僅 為 3 個 寬 深 比 ， 有 不 一 致 之 處 ， 宜 予 修 正 。
在 101 年 度 前 期 計 畫 中 業 已 針 對 矩 形、梯 形、六 角 形 斷 面 模 型 2 個 寬 深 比 (B/D=8, 15)情 況 完 成 了 風 洞 試 驗。為 了 要 檢 視 寬 深 比 對 橋 體 氣 動 穩 定 性 之 影 響，本 年 度 則 在 此 3 種 外 形 之 試 驗 中 增 補 了 3 個 寬 深 比 (B/D=5, 10, 12.5)試 驗 情 況。另 外，研 究 中 並 增 加 了 ㄇ 形 斷 面 5 個 寬 深 比 (B/D=5, 8, 10, 12.5, 15) 情 況 之 探 討。據 此，本 年 度 計 畫 將 整 合 4 種 斷 面 外 形、5 個 寬 深 比 (共 計 20 個 案 )的 結 果 進 行 綜 合 比 較 分 析 ， 以 建 立 更 完 整 之 試 驗 資 料 庫，此 乃 本 年 度 計 畫 重 要 目 標 之 一 。
4. 表 5-3、5-4 中 所 列 無 相 應 值 部 份 ， 宜 有 相 關 說 明 。
依 委 員 意 見 ， 於 表 5-3、 5-4 中 增 加 相 關 說 明 。
二 、 丘 昌 平 委 員 ：
1. 本 計 畫 名 稱 雖 不 能 更 改 ， 惟 若 依 委 員 意 見，於 內 文 中 增 加 ＂ 懸
加 字 (懸 索 橋 )於 ＂ 各 式 ＂ 兩 字 之 後 可 能 更 明 確 。
索 式 橋 梁 ＂ 字 眼，以 避 免 造 成 誤 解 。
2. 期 中 報 告 已 有 三 種 斷 面 ， 五 個 寬 深 比 之 模 型 在 三 種 風 攻 角 下 之 試 驗 結 果 ， 內 容 相 當 良 好 。
謝 謝 委 員 之 肯 定 。
3. 本 研 究 所 採 之 MITD 識 別 法 ， MITD 英 文 名 為 Modified ITD， 優 於 ITD。 建 議 在 第 一 章 第 二 節 或 第 三 節 中 先 提 一 下（ 在 第 五 章 開 頭 及 第 三 節 之 資 料 先 行 多 加 介 紹 ） 。
依 委 員 意 見 修 正 。
4. 第 86 頁 風 洞 斷 面 模 型 試 驗 或 斷 面 模 型 風 洞 試 驗 為 宜 ？
依 委 員 意 見 修 正 。
5. 由 參 考 書 目 可 見 國 外 也 有 相 當 多 類 似 之 研 究 成 果 ，但 本 計 畫 似 未 見 相 關 之 比 較 探 討 。
依 委 員 意 見，增 加 相 關 研 究 之 比 較 探 討 (第 四 章 第 五 節 )。
6. 試 驗 裝 置 與 模 型 聯 結 在 一 起 ， 在 做 試 驗 時，除 了 模 型 之 模 擬 正 確 要 求 外，試 驗 裝 置 之 受 風 ( 力 ) 變 形 或 振 動 是 否 會 有 影 響 ， 也 應 加 以 探 討 。 七 月 中 旬 之 專 家 諮 詢 似 宜 就 這 些 裝 置 及 模 型 一 併 了 解 討 論 。
業 於 7 月 22 日 在 歸 仁 風 洞 試 驗 室 舉 行 之 第 一 次 專 家 咨 詢 會 議 中 請 委 員 作 現 場 指 導 。
7. 第 51 頁 倒 數 兩 行：簡 稱 MITD 識 別 法 ( 添 加 識 別 法 三 個 中 文 字 )。
依 委 員 意 見 修 正 。
三 、 柯 鎮 洋 委 員 ：
1. 報 告 書 第 45 頁 表 4-2 和 第 47 目 前 風 力 設 計 規 範 解 說 中 並 無
頁 表 4-3 之 數 據 顯 示 ， B/D=5 B/D=8， 採 用 梯 形 橋 體 可 有 甚 佳 氣 動 穩 定 性 ，建 議 於 風 力 設 計 規 範 解 說 中 予 以 說 明 。
懸 索 橋 之 相 關 風 力 設 計 之 規 定。
2. 研 究 成 果 良 好 ， 建 議 主 辦 單 位 辦 理 研 習 會，提 升 和 普 及 風 力 實 務 設 計 水 準 。
謝 謝 委 員 之 肯 定。此 外，中 華 民 國 風 工 程 學 會 每 兩 年 定 期 舉 辦 全 國 風 工 程 研 討 會，邀 集 國 內 專 家 與 學 者 進 行 學 術 與 工 程 實 務 經 驗 之 交 流，實 為 一 個 產 官 學 界 之 交 流 平 台 。 103 年 10 月 將 由 國 立 中 央 大 學 主 辦 第 五 屆 全 國 風 工 程 研 討 會，屆 時 定 當 廣 為 邀 請 工 程、產 業 界 之 同 仁 參 加，以 增 進 彼 此 間 之 互 動 。
3. 報 告 書 第 89 頁 之 問 題 檢 討 與 對 策 中 ，斷 面 模 型 製 作 具 有 高 度 工 藝 性 ，建 議 建 立 模 型 製 作 技 術 員 之 人 員 資 料 庫 。
擬 於 中 華 民 國 風 工 程 學 會 建 置 相 關 之 資 料 庫 。
四 、 胡 銘 煌 委 員 ：
1. 第 45 頁 表 4.2 矩 形 橋 臨 界 風 速 比 較 表 ，與 文 中 說 明 氣 動 穩 定 性 之 趨 勢 ， 部 分 有 矛 盾 請 核 正 。
謝 謝 委 員 之 提 示 ， 業 已 修 正 。
2. 結 論 若 能 加 入 試 驗 結 果 之 趨 勢，對工程實務人員更有助益。
依 委 員 意 見，於 報 告 中 增 進 試驗 結果趨勢之敘述於第四章中。
3. 橋 梁 斷 面 模 型 跨 度 1m， 深 度 4cm， 比 例 為 25， 而 B/D 為 5~15，若 跨 度 改 變 ， 是 否 影 響 結 果 ？
斷 面 模 型 試 驗 係 針 對 橋 體 主 跨 ， 針 對 二 維 簡 化 斷 面 進 行 分 析。因 此，只 要 跨 度 與 橋 體 深 度 之 比 值 夠 大 ， 對 結 果 之 影 響 極 微 。
4. 目 前 臨 界 風 速 改 為 10~23m/sec 小 於 規 範 之 設 計 風 速，如 何 解 讀 ?
本 研 究 以 斷 面 模 型 試 驗 探 討 矩 形、梯 形、六 角 形 與 ㄇ 形 四 種 斷 面 形 狀 橋 體 之 氣 動 力 穩 定 性，研 究 中 各 相 應 參 數 係 以 無 因 次 的 方 式 呈 現，據 此 方 能 依 據 相 似 律 將 模 型 與 實 際 橋 體 之 結 果 作 聯 結 。 以 風 速 (U)為 例 ， 其 無 因 次 的 表 達 方 式 實 為 約 化 風 速 (Ucr=U/(f
t
B)； ft 為 橋 體 扭 轉 向 之 自 然 頻 率 ， B 為 橋 面 寬 )， 業 已 包 含 了 風 況、橋 體 幾 何 與 結 構 動 力 條 件 。本 研 究 以 斷 面 模 型 試 驗 探 討 矩 形、梯 形、六 角 形 與 ㄇ 形 四 種 斷 面 形 狀 橋 體 之 氣 動 力 穩 定 性，研 究 中 各 相 應 參 數 係 以 無 因 次 的 方 式 呈 現，據 此 方 能 依 據 相 似 律 將 模 型 與 實 際 橋 體 之 結 果 作 聯 結 。 以 風 速 (U)為 例 ， 其 無 因 次 的 表 達 方 式 實 為 約 化 風 速 (Ucr=U/(f