美國 FHWA 建立橋梁檢測管理制度中,首先建立全國橋梁清冊,
進行全國橋梁相關資料收集與整理,並進而訂定國家橋梁調查標準,
要求各州政府每兩年將其所管轄之橋梁進行一次檢測作業,檢測發現 之構件劣化情形及檢測結果,須均記載於符合 NBIS 要求的「橋梁基本 資料與評估表」(Structure Inventory and Appraisal Sheet, SI&A),如表 2-5 所示。
其表內資料包括(1)橋梁身分(Identification)、(2)結構型式及材料 (Structure Type and Material)、(3)橋齡及服務功能(Age and Service)、(4) 幾何 資 料(Geometric Data)、 (5)水 道 資 料(Navigation)、(6)能 力評 等 (Sufficiency Rating) 、 (7) 橋 梁 等 級 (Classification) 、 (8) 橋 梁 現 況 (Condition)、(9)橋梁載重與告示資料(Load Rating and Posting)、(10)橋 梁評估(Appraisal)、(11)橋梁改善建議(Proposed Improvements)、及(12) 檢測建議(Inspection)計 12 項,其中第(8)項橋梁現況為橋梁構件之檢測 評等資料[18]。
依橋梁現況與承載能力等進行能力評等 SR 之步驟簡介如下:
1. 建立橋梁基本資料(SI&A)評量表(如表 2-5),評量表各項目與內容 說明如表 2-6。其中,「Condition」項目用於橋梁現況評量,亦即將 橋梁分為五項部位(Components),包括(1)橋面版、(2)上部結構、(3) 下部結構、(4)河道及河道保護工、及(5)涵管等。
表 2-5 美國橋梁基本資料與評量(SI&A)表
2. 為了評量上述結構部位現況(Condition Rating),需分別針對各部 位,先評量其對應各構件(Elements)之劣化情形,構件評估
(Evaluating Elements)準則如表 2-7 所示,分為 4 級:好(Good)、普 通(Fair)、不良(Poor)以及不適用或無法評量。
除了可採用 FHWA 構件評量表格與準則以外,橋梁構件檢測 亦 可 參 照 AASHTO 相 關 規 定 , 例 如 構 件 辨 識 參 照 AASHTO
「Commonly Recognized (CoRe) Structural Elements」[20],依構件材 料、型式細分編碼,即從構件編碼即可得知構件之結構部位、材料、
型式等。
表 2-6 美國 SI&A 評量表之項目與內容
項目 內容
橋梁身份(Identification) 州名、編號、經緯度等 結構型式與材料
(Structure Type and Material)
結構主要型式、材質、跨數、橋面版型式與材質、
舖面型式等
橋齡及服務(Age and Service) 建造及改建年份、服務水準等級、每日及年平均交 通量、替代道路長度等
幾何資料(Geometric Data) 最大跨距、橋寬及橋面版寬、引道長寬、橋上及橋 下最大淨高等
水道資料(Navigation Data) 航道垂直淨高及水平淨寬、橋墩護體設施等 能力評等(Sufficiency Rating) 橋梁結構及服務水準之評估
橋梁等級(Classification) 公路等級、功能等級、車流等級、收費等級、維修 等級、所屬單位等級、歷史重要等級等
橋梁現況(Condition) 橋面版、上下部結構、河道等現況評量等 橋梁載重
(Load Rating and Posting) 設計載重、封橋及開放載重等
橋梁評估(Appraisal) 結構分析、橋面幾何、橋下淨高及淨寬、航道適當 性、交通安全性、沖刷評量等
橋梁改善建議
(Proposed Improvement) 改善工作、數量、費用、期限等
檢測(Inspections) 檢測日期、危險部位檢測建議、水下檢測建議、其 它特別檢測之建議等
資料來源:參考文獻[16]。
表 2-7 美國 FHWA 構件評估準則
判定等級 狀況
良好(Good) 構件僅稍微劣化或該劣化對構件無關緊要。
普通(Fair) 構件輕微劣化,如混凝土斷面損失、剝離或裂縫均輕微,並不影 響構件強度。
不良(Poor) 構件更形劣化,如混凝土斷面損失、剝離或裂縫,已影響或已傷 及構件強度。
N/A 不適用或無法評等(Not Applicable)
註:檢測員檢測時,亦應紀錄構件劣化之類型、尺寸、範圍,以及該劣化對該構 件、結構安全或交通功能影響度。
2010 年新頒佈之第 1 版「AASHTO Bridge Element Inspection Guide Manual」[20]重新定義新版構件(New Element)為以下三類:
(1) National Bridge Elements (NBE’S):針對橋梁安全與承載影響,
至少需要考量之主要構件,如橋面板、大梁、墩柱、基礎等,
如圖 2.2 所示。
(2) Bridge Management Elements (BME’S):接頭、磨耗層、保護層 等。其用意是將結構與保護層或磨耗層區分開,該類構件提供 橋梁管理系統功能之用。
(3) Agency Developed Elements:客製化構件。
既有規定之 CoRe Element 將由 NBE 構件來定義,構件現況 (Element Condition)改用對應損傷模式的現況缺陷標誌(Defect Flag 或 Smart Flag)來說明,分為良好(Good)、普通(Fair)、不良(Poor)、極差 (Severe Convention)之 4 等級(Condition State),前三等級不變,惟新 增之「極差」狀況,用以表示構件狀況比不良等級還差,可能影響承 載能力,對應的處置措施甚至需要置換(Replace),除此之外,以前對 整支構件 採單 一狀況 指標來 評估 ,也 改以多段 式模 式(Multi-Path Model)評估,為此,評估對象所用單位名稱(Unit)也配合修改,例如 橋面板改用面積單位。目前該版新構件檢測尚沒有與 NBI 的橋梁能
資料來源:參考文獻[20]。
圖 2.2 AASHTO-NBE 橋梁構件
3. 分別針對五大部位完成對應之各構件評量後,需綜合考量構件狀 況,彙整為橋梁結構各部位現況評量(Condition Rating),評量結果 分為 0、1、2…~N 等 11 級(如表 2-8)。
4. 類 似 前 一 項 之 結 構 部 位 現 況 評 量 , 但 針 對 (SI&A) 評 量 表 中 之
「Appraisal」項目,進行橋梁之服務水準之評量(Appraisal Rating),
包含結構分析、橋面版幾何狀況、橋下淨高與淨寬、河道之適當性、
引道之排置、交通安全事故統計、沖刷嚴重性等項目。同樣,評量 結果也分為 0、1、2…~N 等 11 級(如表 2-9),反映橋梁之服務水 準是否滿足現行規範之要求。
表 2-8 美國 FHWA 結構部位現況評估準則
判定等級 表述 說明
N - 不適用
9 完美
(excellent condition)
8 非常良好
(very good condition) 無損壞情形記載 7 良好(good condition) 有些輕微損壞
6 尚可(satisfactory) 結構構件有些輕微劣化現象
5 普通(fair condition) 所有主要結構構件尚完好,但有輕微斷面損失、
裂縫、剝落或沖刷問題
4 不良(poor condition) 有進一步斷面損失、裂縫、剝落或沖刷問題
3 嚴重
(serious condition)
斷面損失、裂縫、剝落或沖刷問題已經嚴重影響 主要結構構件。局部構件損壞可能發生。鋼構件 之疲勞裂縫或混凝土構件之剪力裂縫可能發生
2 極嚴重
(critical condition)
主要結構構件已有進一步劣化。鋼構件之疲勞裂 縫或混凝土構件之剪力裂縫可能發生或沖刷狀 況可能使下部結構支撐位移。除嚴密監測(視),
狀況修復前可考慮封橋 1
幾近損毀 (imminent failure
condition)
有立即損壞狀況,臨界結構構件出現明顯劣化、
斷面損失,水平、垂直位移已影響結構穩定。橋 梁需封閉交通,但橋梁修復後可能提供輕量服務 0 損毀(failed condition) 無法再提供服務,也無法修復
資料來源:參考文獻[16]。
表 2-9 美國 FHWA 服務水準評估準則
判定等級 說明
N 不適用
9 狀況優於現行高標準規範之要求 8 狀況符合現行高標準規範之要求 7 狀況優於現行低標準規範之要求 6 狀況符合現行低標準規範之要求
5 稍微優於本身最低負載能力限度之需求 4 符合本身最低負載能力限度之需求
3 無法負荷基本需求,需優先進行改善作業 2 無法負荷基本需求,需優先進行替換作業 1 此評等值不被使用
0 橋梁關閉 資料來源:參考文獻[16]。
5. 以上步驟特定項目之 Condition Rating 或 Appraisal Rating 之任一評 量值低於表 2-10 所示標準值時,則稱為結構缺陷(Structurally
Deficient)或功能喪失(Functionally Obsolete)。此時需再進行能力評等 SR 之計算,以作為橋梁維修或改建之優先順序之參考及美國聯邦政 府預算經費編列及核撥依據。
表 2-10 結構缺陷與功能喪失評定標準
評定標準 適用之評估項目
A Condition rating4 橋面版、上部結構、下部結構、涵管 結構
缺陷 An Appraisal rating2 結構分析、河道之適當性
An Appraisal rating3 橋面版幾何狀況、橋下淨高與淨寬、引道之排置 功能
喪失 An Appraisal rating=3 結構分析、河道之適當性
SR 用以表達一座橋梁尚能使用之能力,計算方式為橋梁單項指標 之總和(圖 2.3),包括結構功能指標(S1)、服務功能指標(S2)、易損性指
標(S3)及特殊加權(S4)。評等公式如式(2.1),各指標說明如表 2-11 所示。
SR = S1+S2+S3–S4 (0%SR100%) ... (2.1) 其中,S1值為「結構能力及安全」(Structural Adequacy and Safety) 指標,與表 2-5 之「Condition」項目之橋梁上部結構、下部結構、涵管 等三個部位之現況評量,以及表 2-5 之「Load Rating and Posting」項目 之「Inventory Rating」評量之載重能力相關。S2值為「服務及功能喪失」
(Serviceability and Functional Obsolescence)指 標 ,與 依 據表 2-5 之
「Condition」項目之橋面板現況、「Appraisal」項目之結構評估、橋 面板幾何狀況、橋下淨高與淨寬、河道之適當性、引道之排置等計算 之評量折減因子(Rating Reductions);依據表 2-5 之「Geometric Data」
項目之橋面車道寬度、引道寬度、每日車流量、車道數所計算之橋面 寬 度 不 足 (Width of Roadway Insufficiency) 指 標 ; 依 據 表 2-5 之
「Geometric Data」項目之橋面車道以上最小淨高計算之垂直向淨高不 足(Vertical Clearance Insufficiency)指標等相關。S3值為「公眾服務之重 要性」指標,與前述 S1、S2、每日車流量、橋梁損壞後之繞道距離以 及編號 100 的國防公路(#100 Defense Highway)之評量值相關,其中,
國防公路表示橋梁戰略重要性,係依美國戰略公路網設計(STRAHNET Highway Designation) 評 等 橋 梁 是 否 在 戰 略 路 網 或 交 口 上 。 當 S1+S2+S350 時才要算 S4值,與橋梁損壞繞道長度折減值(Detour Length Reduction)、表 2-5 之「Structure Type and Material」項目之主結構類別 (Structure Type, Main)、「Appraisal」項目之交通安全性(Traffic Safety Features)相關。詳細計算方式與流程可參考 FHWA「Recording and Coding Guide for the Structure Inventory and Appraisal of the Nation’s Bridges」[11]之附錄二,或陳永銘、許阿明[16]所提供之計算案例及說明。
1. Structural Adequacy and Safety
2. Serviceability and
Functional Obsolescence
3. Essentiality for Public Use 取三個中condition rating最差值
4. Special Reductions S4 = 13% Max.
橋梁係依各項功能評等給予 S1、S2、S3 與 S4 的百分比值。而當 SR<80%時,代表該橋梁可用維修方式辦理修復;當 SR<50%時,則該 橋以改建方向辦理,以上程序如圖 2.4 所示。
建立橋梁基本資料(SI&A)評量表
檢測評量構件(Element)劣化情形
橋梁結構部位(橋梁橋面版、上部結構、
下部結構、河道等部份)之現況評量(Condition Rating)
橋梁現況之服務水準之評估 (Appraisal Rating)
結構缺陷與
功能喪失 例行性管理
否 是
能力評等指標 SR
SR<80% 修補 SR<50% 重建
圖 2.4 美國 NBIS 橋梁檢測與 SR 評等流程
圖 2.3 中「Inventory Rating」可參考 AASHTO 載重能力評估方式,
茲簡介 LRFR 方法如下。