第五章 系統識別方法
第四節 風洞試驗結果與分析
本 案 採 用 三 種 斷 面 進 行 風 洞 試 驗 ， 分 別 是 矩 形 、 六 角 形 與 梯 形 。 另 外，每 一 種 斷 面 皆 測 試 在 0 度風攻角與 4 度風攻角之下的氣動力反 應 。 試 驗 結 果 分 別 如 圖 5-5 至圖 5-16 所示，說明如後。
(一) 矩形斷面：
矩 形 斷 面 本 屬 鈍 體 斷 面，但 若 寬 深 比 很 大 時，則 可 能 接 近 於 平 板 的 流 線 型 斷 面。本 案 測 試 的 兩 個 寬 深 比 模 型，B/D=8 斷面應屬鈍體斷
面 而 B/D=15 斷面較接近於流線型斷面。另外，由前一節數值模擬分
析 可 知，顫 振 導 數H 與垂直向阻尼有關。若此導數在任一風速下皆為1 負 值，並 不 會 使 得 垂 直 向 總 阻 尼 變 為 負 阻 尼。因 此，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果。另 一 方 面，A 與扭轉向之阻尼有關。若2 A 值2 為 負 則 可 增 加 扭 轉 向 之 阻 尼，橋 梁 將 趨 於 穩 定；若A 值隨著風速之增2 加 轉 為 正 值，則 會 抵 消 扭 轉 向 結 構 阻 尼 產 生 負 阻 尼 情 況，因 而 可 能 造 成 氣 彈 不 穩 定 現 象。據 此，如 後 將 針 對 此 二 顫 振 導 數 進 行 討 論 與 比 較。
B/D=8 斷面試驗分析結果如圖 5-5 所示，為相應於 0風攻角之試 驗 結 果。由 於 顫 振 導 數H 在試驗風速範圍中皆為負值，故在垂直向的1 總 阻 尼 為 正 阻 尼 ， 垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果 。 另 一 方 面 ， 顫 振 導 數A 在 試 驗 風 速 範 圍 中 皆 為 正 值 ， 故2 A 隨 風 速 持 續 成 長2 將 會 抵 消 扭 轉 向 結 構 阻 尼 產 生 負 阻 尼 情 況，因 而 可 能 造 成 氣 彈 不 穩 定 現 象。至 於 在 不 同 風 攻 角 變 化 方 面(參見圖 5-5 與圖 5-6)，顫振導數H1 在 不 同 風 攻 角 變 化 尚 維 持 在 負 值，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定 的；在 風 攻 角 為 4時，顫振導數A 約在約化風速(U/f2 vB)等於 3.5 時 由 負 轉 正 ， 因 此 可 研 判 當 有 正 攻 角 產 生 時 ， 其 氣 動 力 穩 定 性 較 佳 。
相 較 於 B/D=8 斷面，矩形 B/D=15 斷面是屬於較為流線形之氣動 力 斷 面 。B/D=15 斷面試驗分析結果如圖 5-7 所示，為相應於 0風攻
第五章 系統識別方法
(a) (b)
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(a) (b)
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角 之 試 驗 結 果，顫 振 導 數H 在試驗風速範圍中皆為負值，因此在垂直1 向 的 總 阻 尼 為 正 阻 尼 ， 垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果 。 然 而 ， 本 寬 深 比 情 況H 負值較 B/D=8 為低。因此，B/D=15 斷面的垂直1 向 氣 動 力 穩 定 性 較 B/D=8 斷面為低。另外，顫振導數A 在試驗風速2 範 圍 中 皆 為 正 值。因 此，A 隨風速持續成長將會抵消扭轉向結構阻尼2 產 生 負 阻 尼 情 況，因 而 可 能 造 成 氣 彈 不 穩 定 現 象。此 外，在 不 同 風 攻 角 變 化 方 面(參見圖 5-7 與圖 5-8)，顫振導數H 在不同風攻角變化尚1 維 持 在 負 值，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定 的；當 風 攻 角 為 4時，顫振導 數A 約在約化風速(U/fB)等於 3.3 時由負轉正，因此可研判當有正攻2 角 產 生 時 ， 其 氣 動 力 穩 定 性 較 佳 。
(二) 梯形斷面：
梯 形 斷 面 因 具 銳 緣 之 導 流 效 果，較 矩 形 斷 面 為 流 線，亦 為 常 用 橋 梁 斷 面 形 狀，高 屏 溪 斜 張 橋 即 是 一 例。本 案 測 試 的 兩 個 寬 深 比 模 型 為 B/D=8 斷面與 B/D=15 斷面。梯形 B/D=8 斷面試驗分析結果如圖 5-9
所 示，為 0風攻角之試驗結果。因測試風速不多，故無較多數據，但
尚 可 看 出 各 顫 振 導 數 變 化 之 趨 勢。顫 振 導 數H 在不同約化風速下皆為1 負 值，因 此 在 垂 直 向 的 總 阻 尼 為 正 阻 尼，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果。另 外，顫 振 導 數A 在測試風速範圍中皆為負值，故此斷2 面 扭 轉 向 結 構 阻 尼 較 不 會 產 生 產 生 負 阻 尼 情 況 ， 但 是 隨 著 風 速 的 增 加，顫 振 導 數A 具有由正轉負之趨勢。此外，在不同風攻角變化方面2 (參見圖 5-9 與圖 5-10 所示)，顫振導數H 在在風攻角變化時尚維持在1 負 值，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定 的；當 風 攻 角 為 4時，顫振導數A 約2 為 約 化 風 速(U/fvB)等於 3.4 時由負轉正，其氣動力穩定性應屬較佳。
梯 形 B/D=15 斷面試驗分析結果如圖 5-11 所示，為 0風攻角之試
(a) (b)
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驗 結 果，顫 振 導 數H 在試驗風速範圍中皆為負值，因此，在垂直向的1 總 阻 尼 為 正 阻 尼，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果。另 外，顫 振 導 數A 在 試 驗 風 速 範 圍 中 皆 為 負 值 ， 故 較 不 易 發 生 氣 彈 不 穩 定 現2 象，但 因 測 試 風 速 不 高，研 判 若 風 速 越 來 越 高 時，顫 振 導 數A 將可能2 由 負 轉 正。另 外，在 不 同 風 攻 角 變 化 方 面(參見圖 5-11 與圖 5-12)，顫 振 導 數H 在 在 風 攻 角 變 化 皆 維 持 在 負 值 ， 垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定1 的；當 風 攻 角 為 4時，顫振導數A 約在約化風速(U/fB)等於 3.4 時由2 負 轉 正 。
(三) 六角形斷面：
六 角 形 斷 面 因 具 有 風 嘴 邊 緣 之 導 流 效 果，應 較 矩 形 斷 面 更 具 流 線 外 形。本 案 測 試 的 兩 個 寬 深 比 模 型 為 B/D=8 斷面與 B/D=15 斷面。六 角 形 B/D=8 斷面試驗分析結果如圖 5-13 所示，為 0風攻角之試驗結 果，顫 振 導 數H 在低風速與中風速皆為負值，因此在垂直向的總阻尼1 為 正 阻 尼，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果。而 後 儘 管 隨 著 風 速 達 最 高 測 試 風 速 時 呈 現 由 轉 正 之 趨 勢，但 還 是 在 負 值 範 圍 內，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 亦 具 有 穩 定 性。另 一 方 面，顫 振 導 數A 在試驗風速範圍2 中 皆 為 負 值 ， 故 此 斷 面 扭 轉 向 結 構 阻 尼 較 不 會 產 生 產 生 負 阻 尼 情 況 。 此 外，在 不 同 風 攻 角 變 化 方 面(參見圖 5-13 與圖 5-14)，顫振導數H 在1 在 風 攻 角 變 化 尚 維 持 在 負 值，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定 的；當 風 攻 角 為 4時，顫振導數A 約在約化風速(U/f2 vB)等於 3.4 時由負轉正，其氣 動 力 穩 定 性 應 屬 較 佳 之 情 況 。
六 角 形 B/D=15 斷面試驗分析結果如圖 5-15 所示，為 0風攻角之 試 驗 結 果，顫 振 導 數H 在試驗風速範圍中皆為負值，故在垂直向的總1 阻 尼 為 正 阻 尼，垂 直 向 氣 動 力 阻 尼 具 有 穩 定 橋 梁 之 效 果，但H 負值較1 B/D=8 為小，因此，B/D=15 斷面的垂直向氣動力穩定較低。另一方
第五章 系統識別方法
面 ， 顫 振 導 數A 在 試 驗 風 速 範 圍 中 皆 為 正 值 ， 因 此2 A 隨 風 速 持 續 成2 長 將 會 抵 消 扭 轉 向 結 構 阻 尼 產 生 負 阻 尼 情 況，故 可 能 造 成 氣 彈 不 穩 定 現 象。此 外，在 不 同 風 攻 角 變 化 方 面(參見圖 5-15 與圖 5-16)，顫振導 數H 在不 同 風攻 角 變 化尚 維 持 在負 值，垂直 向 氣 動 力 阻 尼 是 穩 定 的 ；1 當 風 攻 角 為 4時，顫振導數A 約在約化風速(U/fB)等於 3.3 時由負轉2 正 ， 與 B/D=8 之結果相差不大。
綜合前述試驗結果與分析，長跨橋梁外型設計變化各有不同，而 設 計 時 又 須 確 認 其 斷 面 型 式 之 穩 定 性。因 此，若 能 先 行 建 立 常 用 斷 面 之 氣 動 力 資 料 庫 ， 如 本 文 研 究 的 矩 形 斷 面 、 六 角 形 斷 面 與 梯 形 斷 面 等，皆 屬 常 用 的 設 計 斷 面 形 狀，除 可 提 供 初 設 時 的 氣 動 力 參 數，亦 可 作 為 日 後 風 洞 試 驗 結 果 比 較 之 基 礎。目 前 在 本 計 畫 中 已 針 對 矩 形、梯 形 與 六 角 形 等 三 種 形 狀 橋 體 與 兩 個 典 型 的 寬 深 比(8 與 15)，藉由風洞 斷 面 模 型 試 驗 之 執 行 初 步 建 立 了 相 關 的 試 驗 標 準 作 業 流 程，並 建 議 了 探 討 橋 體 斷 面 模 型 試 驗 技 術 與 識 別 氣 動 力 參 數 的 分 析 方 法。由 於 橋 梁 之 氣 動 力 穩 定 性 與 橋 體 斷 面 之 形 狀 與 尺 度 息 息 相 關，若 能 持 續 增 加 橋 體 模 型 之 形 狀 與 寬 深 比，進 而 建 立 完 整 之 氣 動 力 資 料 庫 以 供 工 程 與 產 業 界 之 應 用 ， 則 對 國 內 設 計 此 類 橋 梁 確 實 具 有 高 度 之 效 益 。
(a) (b)
第五章 系統識別方法
(a) (b)
第五章 系統識別方法
第六章 研究成果與檢討