鋼構構件受外力撞擊而變形

於 921 大地震後造成許多橋梁之嚴重損毀，其所導致交通中斷，

災區救援困難，深深地影響到人民生命財產的安全促使政府及社會大 眾對於橋梁結構安全更加重視，因此橋梁之安全性是政府及大眾所關 注的課題。有鑑於此，公路總局第一區養護工程處，於民國九十五年 對台十五線之關渡大橋進行安全檢測與修護工作，如圖5.2 所示。於檢 測期間發現關渡大橋部分路段之鋼橋構件受到外力撞擊而有所受損，

並且建議應修護該構件以策安全。

圖5. 2 關渡大橋位置圖

二、 現場條件

關渡大橋主要用於銜接八里與淡水之間之主要橋樑，如圖5.3 所示

。關渡大橋全長 809 公尺（主橋 539 公尺、引道 270 公尺），寬度 19 公尺（包含四個車道與人行步道），其建材在主橋為鋼構橋，引道 則為鋼筋混凝土橋，橋最大跨徑 165 公尺，高度 12 公尺（水面至橋 面），橋重量約6000 公噸（主橋的部份）。

圖5. 3 關渡大橋空照圖

由於關渡大橋造型所需，因此在結構設計使得橋樑有限制車輛高 度，但常有駕駛貪交通之便，不顧車輛限高因而不時有撞擊鋼橋構件

，經檢測受發現橋樑橫撐受到損傷，橫撐主要功能為發生地震時作為 連結兩側鋼拱之用，因此需修護補強以策橋樑結構安全，其受損狀況 如圖5.4-5.7 所示。

圖5. 4 受損橫撐照片圖（一）

圖5. 5 受損橫撐照片圖（二）

圖5. 6 受損橫撐平面位置圖

圖5. 7 受損橫撐立面位置圖

三、 工法評選

本案例研究乃針對目前國內常使用於鋼構構件受外力撞擊而變形 所需修護補強工法（包含直化工法、焊接工法、螺栓工法工法與部分 更換工法之）之評選，並依據圖4.3 鋼構橋樑修護補強工法選擇之層級 架構圖，及整合後矩陣資料，進行驗證。

參與本案例受訪專家，均為從事相關工程具十年以上之工程人員

，附錄一為受訪專家之學經歷，分別對主評估因子、次評估因子及工 法評量。並依據表 4.17 修護補強工法評分表十三個次項目因子權重求 取四種工法綜合評分及優劣順序，如表5.1-5.16 及圖 5.8 所示。

表5. 1 補強後之強度

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.357 0.952 0.592 0.935 0.233 焊接工法 0.737 1.000 1.226 1.310 1.043 0.260 螺栓工法 1.050 0.816 1.000 1.643 1.089 0.272 部分更換工法 1.690 0.764 0.609 1.000 0.941 0.235

λmax= 4.1682 C.I. = 0.0561

表5. 2 品質控制

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.607 0.476 0.714 0.860 0.212 焊接工法 0.622 1.000 1.571 0.697 0.909 0.224 螺栓工法 2.100 0.636 1.000 0.738 0.997 0.246 部分更換工法 1.400 1.434 1.355 1.000 1.284 0.317

λmax= 4.2404 C.I. = 0.0801

表5. 3 施工危險性

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 2.500 1.536 0.738 1.297 0.320 焊接工法 0.400 1.000 1.071 1.048 0.819 0.202 螺栓工法 0.651 0.933 1.000 1.607 0.994 0.245 部分更換工法 1.355 0.955 0.622 1.000 0.947 0.233 λmax= 4.2309 C.I. = 0.0770

表5. 4 汙染及噪音

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 0.714 0.697 0.476 0.698 0.168 焊接工法 1.400 1.000 0.714 0.738 0.927 0.223 螺栓工法 1.434 1.400 1.000 0.517 1.009 0.242 部分更換工法 2.100 1.355 1.934 1.000 1.532 0.368 λmax= 4.0417 C.I. = 0.0139

表5. 5 施工性

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 2.321 1.560 1.071 1.403 0.343 焊接工法 0.431 1.000 1.607 1.476 1.005 0.246 螺栓工法 0.641 0.622 1.000 1.571 0.890 0.217 部分更換工法 0.933 0.677 0.636 1.000 0.796 0.194 λmax= 4.1962 C.I. = 0.0654

表5. 6 交通影響

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 0.738 1.571 1.631 1.173 0.286 焊接工法 1.355 1.000 1.571 1.071 1.229 0.300 螺栓工法 0.636 0.636 1.000 2.440 0.997 0.244 部分更換工法 0.613 0.933 0.410 1.000 0.696 0.170 λmax= 4.1891 C.I. = 0.0630

表5. 7 可施工時間

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.083 1.536 1.107 1.165 0.289 焊接工法 0.923 1.000 0.493 1.536 0.914 0.227 螺栓工法 0.651 2.028 1.000 1.071 1.091 0.271 部分更換工法 0.903 0.651 0.933 1.000 0.861 0.214 λmax= 4.1635 C.I. = 0.0545

表5. 8 材料取得難易

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.690 1.024 1.048 1.160 0.288 焊接工法 0.592 1.000 1.536 1.381 1.058 0.262 螺栓工法 0.977 0.651 1.000 1.571 1.000 0.248 部分更換工法 0.955 0.724 0.636 1.000 0.814 0.202 λmax= 4.1266 C.I. = 0.0422

表5. 9 人力調度

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.000 1.083 1.143 1.055 0.254 焊接工法 1.000 1.000 2.381 1.845 1.448 0.348 螺栓工法 0.923 0.420 1.000 2.500 0.992 0.239 部分更換工法 0.875 0.542 0.400 1.000 0.660 0.159 λmax= 4.1885 C.I. = 0.0628

表5. 10 施工延時

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.000 1.321 1.083 1.094 0.273 焊接工法 1.000 1.000 1.185 0.946 1.029 0.257 螺栓工法 0.757 0.844 1.000 1.595 1.005 0.250 部分更換工法 0.923 1.057 0.627 1.000 0.884 0.220 λmax= 4.0599 C.I. = 0.0200

表5. 11 施工進度

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.631 0.714 1.571 1.163 0.285 焊接工法 0.613 1.000 1.083 2.286 1.110 0.272 螺栓工法 1.400 0.923 1.000 1.107 1.094 0.268 部分更換工法 0.636 0.438 0.903 1.000 0.708 0.174 λmax= 4.1554 C.I. = 0.0518

表5. 12 施工成本

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 1.512 1.571 1.071 1.263 0.311 焊接工法 0.661 1.000 1.571 1.071 1.027 0.253 螺栓工法 0.636 0.636 1.000 2.440 0.997 0.246 部分更換工法 0.933 0.933 0.410 1.000 0.773 0.190 λmax= 4.2296 C.I. = 0.0765

表5. 13 效益成本

評估比較因子各數 = 4 幾 何 平 均 數 計 算

B 矩 陣 計 算( 權 重Wi) 直化工法 焊接工法 螺 栓 工

法

部 分 更 換工法

直化工法 1.000 0.738 0.651 1.571 0.932 0.213 焊接工法 1.355 1.000 0.864 2.381 1.292 0.295 螺栓工法 1.535 1.157 1.000 4.167 1.650 0.377 部分更換工法 0.636 0.420 0.240 1.000 0.503 0.115 λmax= 4.0302 C.I. = 0.0101

表5. 14 各工法權重計算結果 工法

因子 直化工法 焊接工法 螺栓工法 部分更換工法 補強後之強度 0.233 0.260 0.272 0.235 品質控制 0.212 0.224 0.246 0.317 施工危險性 0.320 0.202 0.245 0.233 汙染及噪音 0.168 0.223 0.242 0.368 施工性 0.343 0.246 0.217 0.194 交通影響 0.286 0.300 0.244 0.170 可施工時間 0.289 0.227 0.271 0.214 材料取得難易 0.288 0.262 0.248 0.202 人力調度 0.254 0.348 0.239 0.159 施工延時 0.273 0.257 0.250 0.220 施工進度 0.285 0.272 0.268 0.174 施工成本 0.311 0.253 0.246 0.190 效益成本 0.213 0.295 0.377 0.115

表5. 15 各次要評估因子權重值 主因子

(A) 次因子 主 因 子 下 各 準 則 的 事前整合權重(B)

綜合4 個主要因下 16 個準則的權重

Wc(1×13)=(A)×(B) 安全

0.195

補強後之強度 0.547 0.107

品質控制 0.190 0.037

施工危險性 0.263 0.051

環境 0.497

汙染及噪音 0.173 0.086

施工性 0.408 0.203

交通影響 0.222 0.110

可施工時間 0.197 0.098

工期 0.173

材料取得難易 0.215 0.037

人力調度 0.173 0.030

施工延時 0.322 0.056

施工進度 0.290 0.050

成本 0.135

施工成本 0.800 0.108

效益成本 0.200 0.027

圖5. 8 權重計算圖

表5. 16 工法權重排序

W 排序 工法名稱

0.2801 1 直化工法 0.2248 2 焊接工法 0.2100 3 螺栓工法 0.2037 4 部分更換工法

四、 案例結果分析

依據 4 個主要因子及 13 個次要因子之權重及 13 個因子下 4 個 修護補強方案權值，最後評估結果顯示，直化工法為鋼構構件受外力 撞擊變形之修護補強最佳選擇，如圖 5.9 所示，經現場實際修護補強 後證明當初研判及選擇之修護補強工法，以直化工法效果良好，如圖 5.10-5.13 所示。

圖5. 9 工法權重分析圖

圖 5. 10 橫撐修復施工中（一）

圖 5. 11 橫撐修復施工中（二）

圖 5. 12 橫撐修復施工後（一）

圖 5. 13 橫撐修復施工後（二）

5.2.2 鋼構構件產生裂縫