數據採樣

本 計 畫 在 執 行 高 屏 溪 斜 張 橋 實 場 量 測 時 ， 就 風 場 量 測 方 面 ， 考 量 風 速 能 量 多 集 中 在 低 頻 區 域 ， 採 用 二 維 超 音 波 風 速 計 量 測 風 速 及 風 向 歷 時，取 樣 速 率 訂 為 儀 器 上 限 之 4 Hz；而由於橋樑屬於水平向之構造 物 ， 風 速 垂 直 向 分 佈 狀 況 並 不 重 要 ， 因 此 僅 使 用 一 個 風 速 計 ， 置 於 距 橋 面 板 上 方 約 2.5m 之高度處，同時向橋樑護欄外側延伸出約 1.5m，

意 圖 減 少 車 輛 經 過 時 產 生 風 擾 動 之 影 響 。 在 量 測 橋 面 板 加 速 度 振 動 方 面 ， 參 考 原 始 設 計 數 據 及 文 獻 資 料 所 述 及 之 橋 樑 自 然 振 動 頻 率 範 圍 ， 將 加 速 度 傳 感 器 之 取 樣 速 率 訂 為 100 Hz 應綽綽有餘，本次量測僅選擇 一 個 測 站 ， 約 位 於 靠 近 橋 塔 之 三 分 點 位 置 ， 於 兩 外 側 護 欄 上 各 設 置 一 個 垂 直 向 之 加 速 度 傳 感 器，另 於 其 中 一 個 護 欄 再 加 置 一 個 拖 曳 向 (與橋 軸 垂 直 之 水 平 方 向 )加速度傳感器。風速計與三個加速度傳感器皆連接 至 同 一 台 電 腦，以 LabView 軟體所撰擬之程式進行操控及同步、連續 取 樣 與 儲 存 ， 訊 號 擷 取 頻 道 與 儀 器 之 對 應 如 表 3-1 所示，擷取畫面如 圖 3-1，總計採樣時間約 44 分鐘。

表 3-1 實場量測頻道配置與取樣速率 頻 道 儀 器 量 測 方 向 取 樣 速 率

1 加 速 度 計 垂 直 向 100 Hz 2 加 速 度 計 拖 曳 向 (水平向) 100 Hz 3 加 速 度 計 垂 直 向 100 Hz RS232 風 速 計 二 維 水 平 向 4 Hz

圖 3-1 實場量測資料擷取控制程序

在 高 屏 溪 斜 張 橋 全 橋 模 型 風 洞 實 驗 部 分 ， 風 洞 風 場 以 皮 托 管 量 測 ， 橋 面 板 振 動 以 雷 射 位 移 計 及 加 速 度 規 量 測 ， 由 於 模 型 幾 何 縮 尺 採 用 1/125， 時 間 縮 尺 為1/ 125， 速 度 縮 尺 為1/ 125， 依 模 擬 相 似 律 準 則 ， 風 洞 之 風 速 對 應 於 實 場 風 速 需 修 正1/ 125倍 ， 橋 樑 模 型 之 振 動 頻 率 需 修 正 125 倍，基於紀錄及分析之方便性，皮托管、雷射位移計及 加 速 度 規 之 取 樣 速 率 皆 訂 為 100 Hz，並連接至同一台電腦，以 LabView 軟 體 所 撰 擬 之 程 式 進 行 操 控 及 同 步 、 連 續 取 樣 與 儲 存 ， 擷 取 畫 面 如 圖 3-2 所 示，訊 號 擷 取 頻 道 與 儀 器 之 對 應 如 表 3-2。由 於 實 場 量 測 之 風 速 轉 換 至 風 洞 流 場 之 風 速 時，風 速 值 相 當 小 (約 0.7 m/s 以下)，流場不易

第三章 實場量測與風洞實驗數據分析

穩 定 且 訊 號 亦 受 雜 訊 干 擾 ， 因 此 以 本 所 風 洞 風 扇 之 轉 數 控 制 ， 從 20 至 160 rpm(風速約 2 至 10 m/s)分 8 階段進行量測，每階段之採樣時間 為 3 分鐘。

圖 3-2 風洞實驗資料擷取控制程序

表 3-2 風洞實驗量測頻道配置與取樣速率 頻 道 量測位置 儀 器 量 測 方 向 取 樣 速 率

1 位 置 1 長 距 離 雷 射 位 移 計 垂 直 向 100 Hz 2 位 置 1 長 距 離 雷 射 位 移 計 垂 直 向 100 Hz 3 位 置 1 短 距 離 雷 射 位 移 計 拖 曳 向 100 Hz 4 位 置 2 長 距 離 雷 射 位 移 計 垂 直 向 100 Hz 5 位 置 2 長 距 離 雷 射 位 移 計 垂 直 向 100 Hz 6 位 置 2 短 距 離 雷 射 位 移 計 拖 曳 向 100 Hz 7 位 置 1 加 速 度 計 垂 直 向 100 Hz 8 位 置 1 加 速 度 計 垂 直 向 100 Hz

9 皮 托 管 流 場 風 速 100 Hz

另 外 ， 大 自 然 風 場 中 之 瞬 時 風 速 屬 於 三 維 向 量 ， 一 般 而 言 ， 量 測 所 得 之 瞬 時 風 速 ， 可 表 示 為 平 均 風 速 與 擾 動 風 速 之 和 ， 以 向 量 表 示 ， 則 如 式 (3-1)所示。

U(z,t)=U z +u(z,t)+v(z,t)+w(z,t) (3-1) ( )

其 中 U(z,t)： 瞬 時 風 速 向 量 ； )

(z

U ： 平 均 風 速 向 量 ；

u(z,t)、 v(z,t)、 w(z,t)： 分 別 為 順 風 向 、 橫 風 向 、 垂 直 向 之 擾 動 風 速 向 量 。

第三章 實場量測與風洞實驗數據分析

由 於 本 計 畫 採 用 一 個 二 維 風 速 計 量 測 實 場 風 速 ， 量 測 所 得 為 一 組 水 平 向 之 風 速 及 風 向 數 據 ， 且 風 速 及 風 向 皆 隨 著 時 間 而 變 ， 因 此 在 分 析 由 實 場 量 測 所 得 之 風 速 紀 錄 時，應 先 計 算 欲 分 析 時 段 之 平 均 風 向 (一 般 可 取 10 分鐘歷時)，根據此平均風向，將瞬時風速分解為 x(平均風 向 之 方 向 )、y(垂直平均風向之方向)二方向。其後計算該時段風速記錄 之 x 向平均風速，而 y 向平均風速應接近於零，再以瞬時風速減去平 均 風 速 值 即 為 擾 動 風 速 值 。 因 此 ， 式 (3-1)可簡化為

U(t)=U + u(t) + v(t) (3-2)

其 中 U(t)： x 向 之 瞬 時 風 速 ； U： x 向之平均風速；

u(t)、 v(t)： 分 別 為 x 向 、 y 向 之 擾 動 風 速 。