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2.港灣碼頭結構破壞之新型評估方式

前節介紹之碼頭破壞評估方式,主要根據交通部於 2000 年所委 託之相關計畫中所建議,以及後續研究中局部修正之結果。其中將港 灣構造物之破壞評估分成初步檢測及細部(或詳細)檢測兩個階段,如 果將目前討論之 D.E.R.檢測評估方式,應用於初步檢測所得結果之初 步評估可能較為適宜,當然針對前節之檢討項目必須做相關的釐清,

並且能統整使具有一致性。

至於新型港灣碼頭破壞評估方法,目前在發展中的則有考慮力學 理論與現場觀測數據之整合性評估法(damage assessment based on

both mechanical theorem and field investigation data,李等、2010)。其 目標為讓港灣結構破壞之評估方法具有簡便性,同時又具有充足之材 料力學基礎,使得評估之結果具有更高之準確度。該方法又分成個別 構件之評估方式,及整體結構體之評估方式。而整體結構體之評估方 式為個別構件之破壞指標已知之情況下綜合得出之結果,整體評估時 並分別考慮各種不同構件設計時之減強因子及載重因子之影響。

(1)個別構件破壞指標:個別構件之評估方式以破壞指標來敘述,表示 如下:

p

Me e e

e i

ue ye ue i

D pQ

 

 

 

 ... (5-1) 式中,

Me 外力作用下,e 構件之最大變形量 (maximum deformation of e member)

ue 靜力設計時,e 構件之極限變形量 (ultimate deformation of e member)

e=非負值試驗常數,依構件型式而稍有不同(empirical number, if not available

e=1)

Qye 構件之降伏強度 (yielding strength of e member)

e

i

=構件 e 破壞前累計吸收之應變能量 (accumulated strain energy)

該評估式主要由 Park and Wen 所發展之鋼筋混凝土梁破壞指 標之發展而來。為了適合現地檢測資料之應用(該式子之發展較適 合即時監測之數據應用),在參數的使用上則做了若干修正。

整體結構體之評估方式中,舉凡材料腐蝕劣化之檢測數據、構 件斷面損失、強度損失、構件間結合損失等檢測數據均列入考慮。

學之相關公式;(2)各種檢測數據的代入為量化資料,較能避免人 為檢測經驗不足的疏失;(3)充分考量個別構件與整體結構之相關 性,其相關性之訂定以設計時個別構件之受力作用而有不同之承載 型式或強度修正考慮,在整體評估時均予考慮;(4)整體破壞指標 之計算看似複雜,但只要 WINDOWS 之 EXCEL 所提供之方程式 即能得出,對於使用者而言仍具簡便性(計算式亦能輕易併入管理 系統中)。

其中構件 e 破壞前累計吸收之能量,假設為由數個(p 個)斷面 之破壞情形累積得出,單一斷面之破壞能量表示如下為

. e

i  ri est i

  ...(5-2) 式中

ri 實測所得斷面 i 之強度(residual strength)

max=實測所得之最大強度

. est i

估 算 之 該 斷 面 最 大 可 能 變 形 能 力 (remaining deforming capability),其估算方式如以梁構件為例,

若考慮主要變形為旋轉角時,則為可能作用之最大彎 矩值,除以斷面損失下之殘餘剛度值除以中性軸深度 (EI/y)。另外若有明顯裂縫之檢測資料時亦可參照 Park 及 Paulay(1975)之方法參照圖 5.1 其旋轉角表示 如下:

. est i

θ=

1 n

i

i i

S d k d

... (5-3) 其中 Si為某量測段(i 段)鋼筋之伸長量。由於無法實際測出,

可以梁斷面上裂縫寬(如圖 5.1)來替代;其餘參數如圖上所示。

圖 5.1 鋼筋混凝土梁之累積變形計算示意圖

同樣的外力作用下,e 構件之最大變形量

Me,若非即時監測系 統並無法得知,必須利用力學原理加以推估,在推估斷面將包含最 大可能變形斷面之條件下,可將其值設定為

(

.

)

Me Max est i

 ... (5-4) 以上與構件破壞指標相關之係數將列於表 5-1 中,包括相關說 明。

(2)整體結構破壞指標 (structural damage index,)

整體結構破壞指標代表的意義為,該整體結構在持續性使用下 之破壞狀態指標。構件現況破壞指標代表構件使用至今之破壞現 況,主要以其材料強度損失及變形能力之變化為主要考量依據;而 整體結構破壞指標則結合結構使用之功能性做整體之考慮,其表示 如下:

1 2 3

2 M [( / ) exp(r l /100)]e M e     

 

    ... (5-5)

1 2 3

1

M

[ exp( /100)]

e M e   

     

... (5-6)

式中,M 為結構體中屬於主結構構件之總數

l 結構設計之荷載因子,由鋼筋混凝土之原設計資料得 出

r=結構設計時與構件型式相關之減強因子,同樣可由鋼 筋混凝土之原設計資料得出

1 De

現況破壞係數,為個別構件之現況破壞指標。

2 5.0 / ; 1 2 3 u e

      

 

     

  延展性係數,為延展性相關 係數,與延展性線材(鋼筋)斷面損失

1、構件材料(混 凝土)劣化情形

2及延性及脆性材料間接合情形

3有 關;範圍為 1.0~5.0。其中:β1= (1-線材斷面損失 率);β2 = (d-劣化深度)/d,β2 = 1 當材料無劣化 現象時;β3=1 材料間結合良好時。β1為鋼筋斷面損 失係數,但一般來說鋼筋斷面損失不容易測出。本計 畫中以腐蝕電位之數據及其與腐蝕機率之關係,推估 其與斷面損失之關係式來計算。當腐蝕機率為中時、

假 設 其 斷 面 損 失 為 5%;當腐蝕機率為高(電位達 -350mV 更負時)、則假設其斷面損失為 10%;若腐蝕 機率為高且腐蝕電位達-450mV 以上時、假設每增加 -10mV 之腐蝕電位則其斷面損失增加 1%。

3 現場實測數據變異係數,其值依變異數而定,為1~4 之範圍。

以上與整體結構破壞指標相關之係數則列於表 5-1 中,包括相 關說明。

表 5-1 整體結構破壞指標相關之係數

10%;或介於 10%~20%之 間 ; 或 介 於 20%~30% 之 上式中Sn為設計時之標稱強度(nominal strength),例如所使用 之材料強度;Sd則為設計時實際所用之強度(design strength),如混 凝土材料使用工作應力法設計時以 0.45 倍之標稱強度設計之,使

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