公路早期防救災決策支援系統維護更新及橋梁耐震耐洪資料管理系統建置

MOTC-IOT-104-H1DC001

公路早期防救災決策支援系統維護更 新及橋梁耐震耐洪資料管理系統建置

交 通 部 運 輸 研 究 所

中 華 民 國 104 年 12 月

MOTC-IOT-104-H1DC001

公路早期防救災決策支援系統維護更 新及橋梁耐震耐洪資料管理系統建置

著 者：邱永芳、林雅雯、胡啟文、邱建國

鄭明淵、吳育偉

交 通 部 運 輸 研 究 所

104 年 12 月

GPN：1009500249 ISBN：986-00-4344-2 (全套:平裝) 著作財產權人：中華民國(代表機關：交通部運輸研究所) 本著作保留所有權利，欲利用本著作全部或部份內容者，

須徵求交通部運輸研究所書面授權。

公路早期防救災決策支援系統維護更新及橋梁耐震耐洪資料管理系統建置 著 者：邱永芳、林雅雯、胡啟文、邱建國、鄭明淵、吳育偉

出版機關：交通部運輸研究所

地 址：10548 臺北市敦化北路 240 號

網 址：www.ihmt.gov.tw (中文版＞中心出版品) 電 話：(04)26587176

出版年月：中華民國 104 年 1 2 月 印 刷 者：

版(刷)次冊數：初版一刷 100 冊 本書同時登載於交通部運輸研究所網站 定 價：全套 冊 元

展 售 處：

交通部運輸研究所運輸資訊組•電話：(02)23496880

國家書店松江門市：10485 臺北市中山區松江路 209 號 F1•電話：(02) 25180207 五南文化廣場：40042 臺中市中山路 6 號•電話：(04)22260330

公 路 早 期 防 救 災 決 策 支 援 系 統 維 護 更 新 及 橋 梁 耐 震 耐 洪 資 料 管 理 系 統 建 置

交 通

部 運

輸 研

I

交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表

出版品名稱：公路早期防救災決策支援系統維護更新及橋梁耐震耐洪資料管理系統建置 國際標準書號（或叢刊號）

ISBN(平裝)

政府出版品統一編號 運輸研究所出版品編號 計畫編號 MOTC-IOT- 104-H1DC001 本所主辦單位：港研中心

主管：邱永芳 計畫主持人：林雅雯 研究人員：

聯絡電話：04-26587186 傳真號碼：04-26564418

合作研究單位：國立臺灣科技大學 計畫主持人：邱建國

協同主持人: 鄭明淵、吳育偉 研究人員：

地址：臺北市大安區基隆路 4 段 43 號 聯絡電話：(02)2737-6663

研究期間 自104 年 02 月 至104 年 11 月

關鍵詞：耐震評估、耐洪評估、安全預警 摘要：

由於臺灣多山多河的地理特性，使得橋梁成為連結陸上交通的重要設施。有鑑於 台灣天然災害頻傳，如地震災害、水災及土石流等等；災害之來臨常帶來嚴重的損 失，尤其災害一旦發生，對於公路之影響更為嚴重，造成災民之生命財產損失亦難以 估計。為此，本所於94、95 年委託研究計畫「交通工程防災預警系統建立之研究」，

並逐年擴充建置台灣公路早期防救災決策支援系統(Taiwan Road Early Nature Disaster prevention Systems，TRENDS)。本計畫進行系統資料更新、提高分析準確度並與相關 單位監測資料進行驗證，納入本所近期研究之分析模組及成果，並確認系統實用性及 穩定性。此外，本研究根據橋梁各種安全評估所需設計參數進行確認，並確立橋梁耐 震耐洪設計與維護階段資訊整合模式，並根據此模式發展擴充橋梁設計與防災預警資 訊，並應用本系統提供使用維護階段橋梁防災預警之決策支援用途。

成果效益與應用情形：

在施政上，本研究成果可提供交通部、橋梁管理單位在有效管理橋梁設計參數資 料作為後續維護與補強重新分析時之參考。在實務上，可在地震、洪水來臨時即時篩 選危險橋梁，並進行自動通報，降低用路人之風險。

出版日期 頁數 定價 本 出 版 品 取 得 方 式

104 年 12 月 209 凡屬機密性出版品均不對外公開。普通性出版品，公營、公益 機關團體及學校可函洽本所免費贈閱；私人及私營機關團體可 按定價價購。

機密等級：

□限閱 □機密 □極機密 □絕對機密

（解密【限】條件：□ 年 月 日解密，□公布後解密，□附件抽存後解密，

□工作完成或會議終了時解密，□另行檢討後辦理解密）

■普通

備註：本研究之結論與建議不代表交通部之意見。

PUBLICATION ABSTRACTS OF RESEARCH PROJECTS INSTITUTE OF TRANSPORTATION

MINISTRY OF TRANSPORTATION AND COMMUNICATIONS

TITLE: TRENDS maintenance and Bridge Assessment Information Integration

ISBN(OR ISSN)

ISBN GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBER IOT SERIAL NUMBER PROJECT NUMBER MOTC-IOT-104-H1DC001 DIVISION: Harbor & Marine Technology Center

DIVISION DIRECTOR:,Yung-Fang Chiu PRINCIPAL INVESTIGATOR: Lin Ya-Wen PROJECT STAFF:

PHONE: (04) 26587186 FAX: (04) 26564418

PROJECT PERIOD FROM February 2015 TO November 2015

RESEARCH AGENCY: National Taiwan University of Science and Technology , Ecological and Hazard Mitigation Engineering Research Center

PRINCIPAL INVESTIGATOR: Chien-Kuo Chiu PROJECT STAFF: Cheng Min-Yuan, Yu-Wei Wu

ADDRESS: #43 , Sec.4 , Keelung Rd. , Taipei , 106 , Taiwan , R.O.C PHONE: (02)2737-6663

KEY WORDS: Seismic assessment、Flood-Resisting capacity analysis, Disaster Prevention ABSTRACT:

Since Taiwan is rich in many mountains and rivers, it makes bridge become an important connection for transportation. However, Taiwan is located in seismic zone and influenced by the typhoon climate, the bridges are usually damaged by natural disasters, and overloading of vehicles also makes bridge’s components deteriorate faster. Therefore in the bridge maintenance phase, it is a critical issue to evaluate bridges capacity, and achieve the goal of bridge disaster prevention.This study aims to improve TRENDS and conducts relevant safety estimated requirement about bridge design phase parameters of scour or earthquake, then the information integration model in the bridge maintenance phase is established. Finally, TRENDS can be provided to the bridge management and applied on decision support and disaster prevention in the bridge maintenance strategy.

BENEFITS AND APPLICATIONS:

The Ministry of Transportation and Communications or the bridge management department can refer to the results for policy-making. TRENDS can be provided to the bridge management and applied on decision support and disaster prevention in the bridge maintenance strategy.

DATE OF PUBLICATION December, 2015

NUMBER OF PAGES

209

PRICE CLASSIFICATION

□RESTRICTED □CONFIDENTIAL

□SECRET □TOP SECRET

■UNCLASSIFIED

The views expressed in this publication are not necessarily those of the Ministry of Transportation and Communications.

附-1

公路早期防救災決策支援系統維護更新及橋梁耐 震耐洪資料管理系統建置

目錄

中文摘要 ... I

英文摘要 ... II

目錄 ... III

圖目錄 ... VII

表目錄 ... XV

第一章 研究計畫之背景及目的 ... 1-1

1.1 計畫背景分析 ... 1-1

1.2 計畫目的 ... 1-2

1.3 研究範圍與對象 ... 1-3

1.4 研究內容與工作項目 ... 1-3

1.5 研究方法及進行步驟 ... 1-4

1.6 研究計畫工作進度圖 ... 1-6

第二章 文獻回顧 ... 2-1

2.1 台灣公路早期防救災決策支援系統 ... 2-1

2.2 橋梁通阻檢測分析模式建立之研究 ... 2-4

2.3 山區道路易致災路段監測預警管制系統 ... 2-8

2.4 橋梁耐震能力評估–側推分析 ... 2-10

2.4.1 結構設計分析軟體(SAP2000)簡介 ... 2-10

2.4.2 橋梁側推分析流程 ... 2-11

2.5 橋梁耐洪安全評估 ... 2-16

2.5.1 橋梁墩柱與基礎沖刷之研究 ... 2-16

2.5.2 橋梁基礎結構耐洪分析模式 ... 2-21 2.6 橋梁振動頻率評估 ... 2-26 第三章 TRENDS系統架構與模組功能分析 ... 3-1 3.1 TRENDS系統架構 ... 3-4 3.2 TRENDS系統核心-資料交換平台 ... 3-8 第四章 TRENDS系統橋梁模組資料更新與驗證 ... 4-1 4.1 跨河橋梁安全預警模組之精確度提升及驗證 ... 4-1 4.2 橋梁地震通阻分析模組之精確度提升及驗證 ... 4-26 4.3 整合「橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之建立研究

(1/2)」研究成果 ... 4-66 4.3.1 振動量測回傳TRENDS機制 ... 4-66 4.3.2 系統自動分析儲存 ... 4-67 第五章 TRENDS系統道路邊坡模組資料更新與驗證 ... 5-1

5.1 整合「山區道路易致災路段監測預警管制系統」研究 成果 ... 5-1 5.2 整合「道路邊坡滑動自動攝影監測系統之研究」展示

運用 ... 5-11

第六章 橋梁耐震與耐洪分析資料管理模組擴充 ... 6-1

6.1確立使用維護階段橋梁評估模式所需資料 ... 6-1

6.2 確立橋梁耐震耐洪設計與維護階段資訊整合模式 .... 6-3

6.3橋梁耐震耐洪設計參數資料庫建置 ... 6-7

6.4系統規劃與發展 ... 6-9

6.4.1系統發展概念研擬 ... 6-9

6.4.3系統開發工具選用 ... 6-12

6.4.4系統功能規劃與發展 ... 6-13

附-3

6.5.1系統主畫面與功能選單 ... 6-23

6.5.2上傳參數資料模組 ... 6-24

6.5.3修改刪除資料模組 ... 6-27

6.5.4查詢下載資料模組 ... 6-32

第七章 結論與建議 ... 7-1

7.1 結論 ... 7-1

7.2 建議 ... 7-2

7.3 成果效益與應用情形 ... 7-2

參考文獻 ... 參-1

附錄一 資料表及欄位說明 ... 附-1

附錄二 期中審查委員意見及辦理概況 ... 附-7

附錄三 期末審查委員意見及辦理概況 ... 附-18

圖目錄

圖 1.1 研究內容架構圖 ... 1-4 圖 1.2 研究進度圖 ... 1-6 圖 2.1 颱洪災害跨河橋梁防災架構圖[3] ... 2-2 圖 2.2「橋梁地震破壞潛勢」介面(二) [4] ... 2-3 圖 2.3 橋梁通阻檢測分析模式架構圖 ... 2-5 圖 2.4 監測預警管制方法與流程圖[5] ... 2-9 圖 2.5 以交通部公路總局SafeTaiwan 平台展示監測預警管制成

果圖 [5] ... 2-9

圖 2.6 SAP2000 3D橋梁模型 ... 2-10

圖 2.7 SAP2000分析畫面 ... 2-11

圖 2.8 橋梁有限元素模型[4] ... 2-12

圖 2.9 塑性鉸設定畫面[4] ... 2-12

圖 2.10 橋梁容量曲線[4] ... 2-13

圖 2.11 橋梁容量震譜[4] ... 2-13

圖 2.12 求得Ay與Ac[4] ... 2-13

圖 2.13 沉箱基礎/土壤/水流互制示意圖[3] ... 2-22

圖 2.14 沉箱圓形基礎之有效接觸面積[3] ... 2-23

圖 2.15 圓形基礎之 與 之關係圖[3] ... 2-23

圖 2.16 群樁基礎受力機制圖[3] ... 2-25

圖 2.17 臺灣地區建議之移動式振動檢測模式流程圖[25] ... 2-28

圖 3.1 TRENDS系統概念 ... 3-5

圖 3.2 TRENDS系統模組 ... 3-6

圖 3.3 軟體代理人架構圖 ... 3-9

附-5

圖 4.2 二維水理分析流程[3] ... 4-4 圖 4.3 沉箱基礎沖刷前後示意圖 ... 4-5 圖 4.4 群樁基礎沖刷前後示意圖 ... 4-5 圖 4.5 水理分析模式執行流程圖 ... 4-6 圖 4.6 水理分析模式執行流程圖(續) ... 4-7 圖 4.7 跨河橋梁安全預警頁面 ... 4-14 圖 4.8 颱風豪雨資料模組 ... 4-15 圖 4.9 一維水理分析資料模組 ... 4-15 圖 4.10 二維水理分析資料模組 ... 4-16 圖 4.11 安全評估分析資料模組 ... 4-16 圖 4.12 石岡壩放流預測歷史紀錄 ... 4-17 圖 4.13 石岡壩每日實際與預測放流量曲線圖 ... 4-17 圖 4.14 每月實際與預測比較圖模組 ... 4-18 圖 4.15 大甲溪地形測量位置圖(取自水利署報告) ... 4-18 圖 4.16 水利署水庫防洪運轉狀態 ... 4-22 圖 4.17 杜鵑颱風石岡壩放流預測誤差 ... 4-25 圖 4.16 地表振動分析模式流程 ... 4-27 圖 4.17 中央氣象局強震站及中央研究院山區強震站位置圖 .. 4-28 圖 4.18 臺灣Vs30分佈精確圖檔 ... 4-29 圖 4.19 臺灣規模4.0~7.0地震與(Campbell，1997)衰減曲線關係

[26] ... 4-30

圖 4.20為集集地震的(a)實測值與(b)衰減模式預測值PGA分佈 4-31

圖 4.21 修正函數校正後的預測與其觀測值之誤差殘值分佈 .. 4-32

圖 4.22 臺灣歷年大地震: 集集地震之實測值與預測值比較 ... 4-33

圖 4.23 臺灣歷年大地震:嘉義地震之實測值與預測值比較 ... 4-33

圖 4.24 臺灣歷年大地震:花蓮地震之實測值與預測值比較 ... 4-34

圖 4.25 「橋梁地震破壞潛勢」介面 ... 4-35

圖 4.26 第一階段迴歸新舊系數比較 ... 4-38

圖 4-27 安平港場址迴歸 ... 4-40

圖 4.28 蘇澳港場址迴歸 ... 4-41

圖 4.29 臺中港場址迴歸 ... 4-42

圖 4.30 臺北港場址迴歸 ... 4-43

圖 4.31 高雄港場址迴歸 ... 4-44

圖 4.32 迴歸精度差之案例(ILA069、MND020測站) ... 4-44

圖 4.33 迴歸精度好之案例(CHY099、CHY108測站) ... 4-45

圖 4.34 NST測站雙線性修正 ... 4-45

圖 4.35 NSY測站修正 ... 4-46

圖 4.36 TCU測站修正 ... 4-46

圖 4.37 CHY測站修正 ... 4-46

圖 4.38 WSF測站修正 ... 4-47

圖 4.39 ALS測站修正... 4-47

圖 4.40安平港雙線性迴歸 ... 4-48

圖 4.41 蘇澳港雙線性迴歸... 4-49

圖 4.42臺中港雙線性迴歸 ... 4-50

圖 4.43 臺北港雙線性迴歸... 4-51

圖 4.44 高雄港雙線性迴歸... 4-52

圖 4-45 ALS測站修正 ... 4-53

圖 4.46 WSF測站修正 ... 4-53

圖 4.47 CHY測站修正 ... 4-54

圖 4.48 TCU測站修正 ... 4-54

附-7

圖 4.49 NSY測站修正 ... 4-55

圖 4.50 NST測站修正... 4-55

圖 4.51 安平港測站修正 ... 4-56

圖 4.52 蘇澳港測站修正 ... 4-56

圖 4.53 臺中港測站修正 ... 4-57

圖 4.54 臺北港測站修正 ... 4-57

圖 4.55 高雄港測站修正 ... 4-58

圖 4.56 NST測站各方法比較 ... 4-59

圖 4.57 NSY測站各方法比較 ... 4-59

圖 4.58 TCU測站各方法比較 ... 4-60

圖 4.59 CHY測站各方法比較 ... 4-60

圖 4.60 WSF測站各方法比較 ... 4-61

圖 4.61 ALS測站各方法比較 ... 4-61

圖 4.62 TPI測站各方法比較 ... 4-62

圖 4.63 TCC測站各方法比較 ... 4-62

圖 4.64 SUO測站各方法比較 ... 4-63

圖 4.65 ANP測站各方法比較 ... 4-63

圖 4.66 KAH測站各方法比較 ... 4-64

圖 4.67 現場振動量測畫面... 4-66

圖 4.68 完成多個橋墩振動量測 ... 4-67

圖 4.69 開始分析按鈕 ... 4-67

圖 4.70 回傳至TRENDS系統畫面 ... 4-68

圖 4.71 TRENDS工區搜尋 ... 4-68

圖 4.72 TRENDS列出轄區內橋梁振動頻率量測記錄 ... 4-69

圖 4.73 TRENDS列出橋梁歷次量測資料值 ... 4-69

圖 4.74 TRENDS災害檢測進行R值計算 ... 4-70

圖 5.1 山區道路邊坡破壞因子分析[5] ... 5-2

圖 5.2 多次封路資料路段分析方法[5] ... 5-3

圖 5.3 少次封路資料路段分析方法[5] ... 5-4

圖 5.4 杜鵑颱風防災特報第3報 ... 5-7

圖 5.5 實驗相機參數取得流程圖[30] ... 5-12

圖 5.6 邊坡穩定度監測流程圖[30] ... 5-13

圖 5.7 兩次攝影結果比較圖[30] ... 5-14

圖 5.8 CloudCompare差異比較圖 ... 5-15

圖 5.9 ASCII文字格式 ... 5-15

圖 5.10 程式截取結果圖 ... 5-16

圖 6.1 橋梁耐震耐洪設計與維護階段資訊整合模式 ... 6-3

圖 6.2 ER-model 圖 ... 6-8

圖 6.3 系統初步規劃工作及流程 ... 6-9

圖 6.4 系統組成圖 ... 6-10

圖 6.5 系統架構 ... 6-12

圖 6.6 系統作業環境圖 ... 6-13

圖 6.7 系統功能架構 ... 6-14

圖 6.8 上傳參數資料模組功能架構 ... 6-15

圖 6.9 上傳參數資料模組操作流程 ... 6-15

圖 6.10 修改刪除資料模組功能架構 ... 6-16

圖 6.11 修改刪除資料模組操作流程 ... 6-16

圖 6.12 查詢下載資料模組功能架構 ... 6-17

圖 6.13 查詢下載資料模組操作流程 ... 6-18

圖 6.14 耐洪安全評估模組功能架構 ... 6-19

附-9

圖 6.15 耐洪安全評估模組操作流程 ... 6-20

圖 6.16 振動頻率評估模組功能架構 ... 6-21

圖 6.17 振動頻率評估模組操作流程 ... 6-21

圖 6.18 系統首頁 ... 6-23

圖 6.19 橋梁模型匯出檔案... 6-24

圖 6.20 製作壓縮檔(.rar) ... 6-24

圖 6.21 上傳參數資料頁面... 6-25

圖 6.22 新增橋梁視窗 ... 6-26

圖 6.23 輸入設計參數資料畫面 ... 6-27

圖 6.24 輸入完成畫面 ... 6-27

圖 6.25 修改刪除資料頁面... 6-28

圖 6.26 橋梁所在地區查詢... 6-29

圖 6.27 橋梁名稱查詢 ... 6-29

圖 6.28 以TBMS編號查詢 ... 6-29

圖 6.29 以TELES編號查詢 ... 6-30

圖 6.30 按資料更新日期查詢 ... 6-30

圖 6.31 修改刪除資料模組查詢成功畫面 ... 6-30

圖 6.32 修改資料畫面 ... 6-31

圖 6.33 修改橋梁設計參數完成畫面 ... 6-31

圖 6.34 修改橋梁Ay、Ac資料完成畫面 ... 6-32

圖 6.35 查詢下載資料頁面... 6-32

圖 6.36 查詢下載資料模組查詢成功畫面 ... 6-33

圖 6.37 查看設計參數畫面... 6-34

圖 6.38 下載橋梁結構模型... 6-34

圖 6.39 匯入橋梁結構模型... 6-35

圖 6.40 匯入中彰大橋橋梁結構模型 ... 6-35

附-11

表目錄

表 2-1 橋梁側推分析模式所需參數 ... 2-14

表 2-1 橋梁側推分析模式所需參數(續) ... 2-15

表 2-2 橋梁安全評估相關文獻 ... 2-17

表 2-3 沉箱基礎耐洪安全評估分析模式所需參數 ... 2-24

表 2-4 樁基礎耐洪安全評估分析模式所需參數 ... 2-26

表 3-1 TRENDS發展歷程 ... 3-2

表 4-1 QPESUMS與Kriging修正模式輸入條件與輸出資料 ... 4-8

表 4-2 QPESUMS與Kriging修正模式輸入條件與輸出資料(續) . 4-9

表 4-3 降雨逕流模式輸入條件與輸出資料 ... 4-10

表 4-4 河道演算輸入條件與輸出資料 ... 4-11

表 4-5 橋墩沖刷計算輸入條件與輸出資料 ... 4-11

表 4-6 跨河橋梁耐洪安全評估(極限分析模式)輸出入條件 ... 4-13

表 4-7 跨河橋梁耐洪安全評估(模式整合)輸出入條件... 4-14

表 4-8 石岡壩下游地形高程更新 ... 4-19

表 4-8 石岡壩下游地形高程更新(續) ... 4-20

表 4-9 石岡壩上游地形高程更新 ... 4-21

表 4-9 石岡壩上游地形高程更新(續) ... 4-22

表 4-10 石岡壩在杜鵑颱風事件放流記錄 ... 4-24

表 4-11 2011年至2015年各港區量測地震紀錄(節錄) ... 4-37

表 4-12 新舊係數比較 ... 4-38

表 4-13 安平港係數 ... 4-40

表 4-14 蘇澳港係數 ... 4-41

表 4-15 臺中港係數 ... 4-42

表 4-16 臺北港係數 ... 4-43

表 4-17 安平港轉折係數 ... 4-48

表 4-18 蘇澳港轉折係數 ... 4-49

表 4-19 臺中港轉折係數 ... 4-50

表 4-20 臺北港轉折係數 ... 4-51

表 4-21 高雄港轉折係數 ... 4-52

表 4-22 非港區測站各方法誤差比較 ... 4-64

表 4-23 港區測站各方法誤差比較 ... 4-64

表 5-1 各路段降雨基準上下限值[5] ... 5-5

表 5-2 與公路總局行動值比較表[5] ... 5-5

表 5-3 杜鵑颱風防災特報第3報公路總局道路預警結果 ... 5-8

表 5-4 與公路總局既有機制異同表 ... 5-9

表 5-5 系統自動截取相對位移量前100筆資料(預設) ... 5-16

表 6-1 耐洪安全評估所需參數 ... 6-2

表 6-2 耐洪安全係數對應預警值[19] ... 6-5

1-1

第一章 研究計畫之背景及目的

1.1 計畫背景分析

有鑑於台灣天然災害頻傳，如地震災害、水災及土石流等等；

災害之來臨常帶來嚴重的損失，尤其災害一旦發生，對於公路之 影響更為嚴重，造成災民之生命財產損失亦難以估計。為此，交 通部運輸研究所於 94、95年委託研究計畫「交通工程防災預警系 統建立之研究」，並逐年擴充建置台灣公路早期防救災決策支援 系 統 (Taiwan Road Early Nature Disaster prevention Systems ， TRENDS) ，系統以軟體代理人(Software Agents)為核心所發展之 資料交換平台關鍵技術，交換蒐集各單位網站所發佈之相關災害 資訊與相關公路設施資料庫資料，並整合橋梁及邊坡防災機制，

建立橋梁及坡地災害緊急應變流程與通報機制。公路設施管理單 位可應用本系統採取適當的應變流程及通報機制，系統性的完成 災害預防、災害緊急應變及緊急復原中各階段所應執行之災前評 估、調查及應採取之緊急措施。本計畫進行系統資料更新、提高 分析準確度並與相關單位監測資料進行驗證，納入本所近期研究 之分析模組及成果，並確認系統實用性及穩定性。

此外，目前臺灣橋梁面臨現有能力、耐久性與安全性日益受 到質疑與堪慮之問題，所以在使用維護階段對橋梁進行能力評估 並達到橋梁防災預警的目標已是刻不容緩。因此，橋梁防災預警 之分析評估為一項重要工作，目前橋梁耐震或耐洪評估需從設計 階段之橋梁設計圖說、結構計算書、地質鑽探報告書中，找出相 關資訊，如橋梁尺寸、材料斷面強度性質、土壤性質參數 …等，

然後建立 SAP橋梁3D模型進行結構分析，計算求得結構體極限受 力狀態，再考量不同的評估指標如地表加速度 (PGA)、安全係數 等，據此擬定出橋梁之警戒值、行動值。由於上述圖說等資料，

於橋梁興建或改建後的保存方式多以圖紙掃描 PDF或CAD檔，因

此擷取這些資料時，必須以人為方式從中讀取資料重新記錄，但

經過數十年後，圖檔容易遺失或難以找尋，甚至因圖檔解析不佳 造成無法辨識資料，如需再次進行分析時，就必須從橋梁設計藍 晒圖上重新擷取所需資料或至橋梁現場量測實際尺寸，才能重新 建置橋梁模型進行分析。此一資料蒐集分析評估過程，需耗費相 當多的人力、時間，若對全台灣所有橋梁進行分析，所耗費人力 更為可觀。因此，如果在橋梁設計階段即將未來使用維護階段用 來評估所需參數，以資料庫方式有系統地建置儲存，並發展一自 動化分析評估系統，提供作為防災預警之決策支援。不僅將設計 階 段 儲 存 之 資 料 與 使 用 維 護 階 段 防 災 所 需 之 資 料 作 有 效 傳 遞 整 合應用，更能提升橋梁管理單位進行橋梁耐震、耐洪評估作業之 效率，省去大量人力、時間之需求，輕易達到防災預警之目標。

目前臺灣橋梁管理系統 (Taiwan Bridge Management System，

TBMS)

為橋梁管理單位常用之基本資料管理系統，系統中記錄 橋梁管理資料、河川資料、幾何資料、結構資料及維修檢測紀錄 等，但系統中僅以保存維護管理紀錄為主，仍缺乏各橋梁構件之 詳細尺寸或材料強度性質建檔機制。且由於未儲存相關設計參數，

無法詳細對橋梁現有能力進行評估，若從保存文件中擷取計算，

其過程勢必耗費大量人力和時間，無法快速提供作為橋梁防災預 警之用。因此本計畫目標將橋梁使用維護階段所需之設計參數，

於橋梁設計階段建置資料庫管理系統，作系統化儲存，未來在橋 梁使用維護階段能提供橋梁作耐震或耐洪評估及安全預警之用，

最後以一橋梁為範例，應用橋梁設計參數資料庫系統之輸出資訊 進行耐震能力評估，以實際案例方式，完整試行系統之功能，並 可作為後續推廣應用之範例。

1.2 計畫目的

本計畫最終的研究成果在於為進行 台 灣 公 路 早 期 防 救 災 決

策支援系統校修與維運；橋梁及道路邊坡模組資料更新、提升精

確度及驗證。並建置網頁版橋梁耐震與耐洪分析資料管理系統。

1-3

1.3 研究範圍與對象

台灣橋梁以鋼筋混凝土結構為應用最廣的類型，其中， 92％

以上為混凝土橋梁，且 73％以上橋齡高於十五年以上。為保障用 路人安全，混凝土橋梁的維護管理為公路管理單位未來重要課題，

故本研究以鋼筋混凝土橋梁為研究探討對象。

1.4 研究內容與工作項目

本計畫預定工作項目如下所述：

1.台灣公路早期防救災決策支援系統維護營運:

配 合 港 灣 技 術 研 究 中 心 進 行 台 灣 公 路 早 期 防 救 災 決 策 支 援 系統 (TRENDS)維護與資料更新、軟硬體更新與測試、模式作業化 環境之改善及維護等相關工作。

2. TRENDS系統橋梁模組資料更新、提升精確度及驗證工作:

(1)跨河橋梁安全預警模組之精確度提升及驗證：資料更新、

提升石岡壩放流量預測之精確度，並配合颱洪期相關單位之監測 資料驗證。

(2)橋梁地震通阻分析模組之精確度提升及驗證：資料更新、

提升地表震動分析模式預測之精確度，配合地震災損資料、相關 單位監測資料之驗證，並進行地震情境模擬以檢核精確度。

(3)將本年度執行之「橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之建 立研究 (1/2)」研究計畫相關分析模組及成果納入本TRENDS系統。

3. TRENDS系統道路邊坡模組資料更新、提升精確度及驗證工作:

(1)「山區道路易致災路段監測預警管制系統」納入TRENDS 系統：資料及系統納入並配合相關單位之監測資料進行驗證。

(2)將本所已執行之「道路邊坡滑動自動攝影監測系統之研究」

研究計畫相關資料模組及成果納入本 TRENDS系統展示運用，並

採購 Photoscan軟體一套至本所，俾利系統分析及應用。

4. 建置網頁版橋梁耐震與耐洪分析資料管理系統：

擬定橋梁耐震與耐洪分析之需求欄位、建置分析參數資料庫，

選取一座橋梁為例進行耐震能力評估，包含由橋梁耐震與耐洪分 析參數資料庫自動匯出資料、進行建模、側推分析求得耐震能力。

1.5 研究方法及進行步驟

依據研究目的，本計畫擬定研究內容，共計五個研究階段，

如圖 1.1所示，以下章節將針對各階段分別敘述。

 TRENDS系統架構確認

 資料交換平台  系統分析

 軟體代理人

第三階段：

TRENDS系統橋梁模組資 料更新與驗證

 水庫放流操作方式確認

 石岡壩放流預測機制更新

 颱洪期監測資料驗證

 地表震動分析模式更新

 地震災損資料與監測資料驗

 地震情境模擬證

 放流歷線

 水庫放流操作方法

 回歸分析

 地震衰減模式

 歷年地震紀錄 第二階段：

TRENDS系統架構與模 組功能分析

 耐震與耐洪評估因子確認

 因子資料庫管理  SAP2000分析軟體

 耐洪安全評估模式 第五階段：

橋梁耐震與耐洪分析資料 管理模組擴充

 整合「山區道路易致災路段 監測預警管制系統」研究成

 整合「道路邊坡滑動自動攝果 影監測系統之研究」展示運 用

 GoogMap

 Agisoft PhotoScan 第四階段：

TRENDS系統道路邊坡 模組資料更新與驗證

研究階段 研究內容 相關研究與方法

 相關研究背景分析

 研究人力組成  現況分析

 人才延攬

 團隊制度建立 第一階段：

文獻回顧與 研究團隊組成

圖 1.1 研究內容架構圖

1-5

1.6 研究計畫工作進度圖

根據上述工作項目，擬訂研究計畫工作進度圖，如圖 1.2所示，

分為五階段完成計畫，並於各季設定預定查核點。

圖 1.2 研究進度圖

工作項目

第 1 月

第 2 月

第 3 月

第 4 月

第 5 月

第 6 月

第 7 月

備註 第一階段

文獻回顧與研究團隊組 成

第二階段

TRENDS 系統架構與模 組功能分析

※

第三階段

TRENDS 系統橋梁模組 資料更新與驗證

期中報告 ※

第四階段

TRENDS 系統道路邊坡 模組資料更新與驗證 第五階段

橋梁耐震與耐洪分析資 料管理模組擴充

※

期末報告 ※

進度百分比 10 20 30 40 50 60 100

預定查核點 1.文獻回顧與 TRENDS 系統架構與模組功能分析 2.期中報告

3.TRENDS 系統橋梁與道路邊坡模組資料更新與驗證 橋、梁耐震與耐洪分析資料管理模組擴充

4.期末報告及完成系統建置測試

第二章 文獻回顧

2.1 台灣公路早期防救災決策支援系統

根據交通部運輸研究所研究報告「公路防救災決策支援系統 建立之研究」中，所開發之「臺灣公路早期防救災決策支援系統 (TRENDS)」已針對目前國內外之防救災系統文獻資料及國內已 發展完成之防救災決策支援系統進行資料蒐集，內容包含國內外 之邊坡、橋梁、道路等之防災、救災資料及相關資料庫系統之技

術等

。 此 計 畫 為 達 到 各 系 統 間 資 料 交 換 之 目 的 ， 以 軟 體 代 理 人

(Software Agents)為基礎，建立一資料交換平台。資料交換平台之 建立，可減少資料重覆建置，增加資訊之使用率，達到資源共享 之目標。經由此架構，各服務使用者 (相關交通系統)，可經由資料 交換平台，找到可以交換之資料格式與來源位置，在設定軟體代 理人之初始值後 (資料之輸出、輸入及服務)，即可連結各系統，整 合各項資訊。

資料交換平台整合橋梁及坡地災害管理、預警系統於統一架 構下，此整合模式未來可做為其他公路設施整合擴充之依循。此 架構下共用 GIS圖層資料，並在資料庫上作相關之連結，而資料交 換之工作則由代理人擔任。此整合系統包括以下四大功能： 1.災 害預警的啟動機制。 2.災害資訊、橋梁資料及邊坡資料的提供。3.

災害應變措施及調查表單之系統性流程。 4.自發性的通報系統。

系統中 (1)跨河橋梁安全預警模組與(2)橋梁地震通阻分析模組，分 別洪水預警與地震預警之核心，分別敘述如下 :

(1)跨河橋梁安全預警模組

根據 交通部運輸研究所 (2013)「跨河橋梁安全預警系統建置

更新驗證與維護管理」之研究成果，以公路總局所管轄大甲溪下

游至馬鞍壩跨河橋梁作為研究對象，其中所開發之「跨河橋梁安

2-2

全預警系統」，會自動接收河系上游集水區中央氣象局雷達雨量 觀測預報，在與地面雨量觀測進行修正後，推算河川流域即時與 未來一小時之降雨強度，再結合集水區演算、地表漫地流演算、

河道一維水理演算、水庫演算，推估河道之流量、水位、流速與 沖刷深度；然後考量橋梁材料結構特性，進行橋梁穩定性分析，

計算橋梁之耐洪安全係數，作為即時及未來一小時之橋梁預警。

此系統自動計算橋梁安全性並提前預警，提供橋梁管理單位，在 颱洪時作決策支援，有利於爭取防災應變之黃金時間，給予用路 人生命財產更多的保障，其架構如圖 2.1所示

。

圖 2.1 颱洪災害跨河橋梁防災架構圖[3]

(2)橋梁地震通阻分析模組

根據 交通部運輸研究所 (2011)「橋梁通阻檢測分析模式建立 之研究」之研究成果，其中「側推分析與殘餘能力分析模式」分 析台灣 24座橋梁(考慮橋梁劣化)側推分析成果。並將成果建置成 人工智慧學習所需資料庫，進而建立「人工智慧橋梁耐震能力推 論模式」，即可根據全台灣鋼筋混擬土橋橋齡、結構形式、環境 狀態等屬性推論 Ay、Ac值，進而建置全台省縣道橋梁耐震資料庫

[4]

。

當地震災害發生時 ，資料交換平台 (以港研中心專利:災害預

警資料交換機為核心 )會自動擷取地震速報(取自中央氣象局)。接

著將地震速報中地震位置、規模及深度輸入「地表震動分析模式」，

計 算 出 全 台 灣 各 地 地 表 加 速 度 ， 以 ArcGIS Server的 Geoprocess Service找尋各橋梁所在地震PGA，結合全台省縣道橋梁耐震資料 庫，計算各橋梁通行失敗機率。故當地震發生，公路管理單位可 利用通行失敗機率作為巡檢優先順序之標準。

上述之成果整合到 TRENDS。該功能放置於「災害資訊管理 模組」的「橋梁地震破壞潛勢」功能，如圖 2.2所示，此功能以Google Map作為底圖，並利用GIS Server的Geoprocess Service畫出震度分 級圖並套疊在 Google Map上。同時系統將通行失敗機率大於50%

橋梁視為危險橋梁，頁面左方表格分別列出橋名、工程處、工務 段、 PGA、P__T(TELES計算通行失敗機率)、P_E(此研究計算通行 失敗機率 )、P(P_T及P_E取大值)，並會在Google Map上點繪出危 險橋梁位置。圖 2.2以921地震為模擬事件，紅色星星為地震震央，

暗紅色點即為在 921地震通行失敗機率大於50%之橋梁所在位置，

地圖上各顏色則依中央氣象局分級方式，將各地震度分為八個等 級，可參考頁面右方圖例。

圖 2.2「橋梁地震破壞潛勢」介面(二) [4]

此系統為了讓使用者能夠快速了解橋梁地震破壞潛勢狀況，

提供「文查圖」及「圖查文」的功能。「文查圖」功能可以應用 右邊表格，點選所要查詢橋梁，即能夠快速找到橋梁所在位置；

「圖查文」的功能則可由圖片找尋到橋梁基本資料。如圖 2.2所示，

2-4

使用者想查詢「新街橋」，點擊橋名，則地圖能夠快速幫找到「新 街橋」位置，並且放置一個標籤，讓使用者馬上知道橋梁所在位 置。

當地震災害發生後，藉由資料交換平台擷取中央氣象局地震 速報。「橋梁通阻檢測分析模組」則會自動啟動運作，將通行失 敗 機 率 大 於 50%橋梁列出，並建立異常狀況橋梁清單。接著，

TRENDS自動啟動指派機制通知公路總局值班人員進行巡檢。

2.2 橋梁通阻檢測分析模式建立之研究

橋梁為台灣地區之重要交通工程設施，但台灣屬季風型氣候 夏季多雨，每年洪水來襲皆造成橋梁重大威脅，由於河水沖刷將 導致河床降低，致使橋梁基礎深度變淺，因此影響橋梁的安全性 能。且台灣為多地震的國家，一旦發生地震等大規模天然災害時，

橋梁倒塌或斷裂的機率很高。為避免災害發生時，造成橋梁損壞 導致交通中斷、居民受困甚或是人員傷亡等事件的發生，對現有 橋梁進行全面檢測勢在必行。然而國內橋梁數量高達數萬座，若 對所有橋梁進行破壞性檢測或全面性結構分析，將花費許多時間 與經費。

有鑑於此，交通部運輸研究所港灣技術研究中心 (以下簡稱港

研中心 )委託國立臺灣科技大學，發展建置一套橋梁通阻檢測分析

模式，模式應用移動式非破壞性振動檢測、材料劣化評估橋梁現

況與 殘餘容量，再整 合地震破壞潛勢 分析詳細計算橋 梁 Ay(降伏

加速度 )、Ac(完全損壞加速度)，最後應用人工智慧橋梁耐震能力

推論模式推論其他橋梁之 Ay、Ac，成果可迅速對現有橋梁安全程

度進行診斷，得到不同橋梁之損壞機率，並作為災後橋梁封橋管

制後是否開放通行之依據。其流程與架構如下圖 2.3所示:

圖 2.3 橋梁通阻檢測分析模式架構圖

如圖 2.3所示，研究取得公路總局計畫成果中，132座橋梁細 部分析與簡易評估資料庫。並根據中央氣象局公佈之地震資訊、

或人為假設地震規模與位置，運用地表震動分析模式推估各地區

之地表加速度。以移動式振動檢測及材料劣化評估方式求取橋梁

殘餘強度。將分析之結果結合橋墩裸露深度等橋梁現況做為側推

分析之輸入，進行橋梁耐震能力評估分析。最後運用人工智慧方

式學習輸入 (地震耐震能力影響因子)與輸出(降伏加速度Ay、損壞

加速 度 Ac)之映射關係，並依此結果得到不同地震強度下之橋梁

損壞機率。模式中外部資料將藉由「災害預警資料交換機」取得，

2-6

各階段概要步驟如下所述 :

1.基本資料收集:取得公路總局「公路橋梁耐震能力評估及補 強工程可行性研究」計畫成果中，針對 132座橋梁細部分析的資料。

2.模擬地震: 地震災害分析可分為災前與災時，災前將應用 模擬震源方式，假設地震規模與位置。

3.真實地震:災時應用港研中心「交通工程防災預警系統建立 之研究」中所建置之「災害預警資料交換機」，與中央氣象局連 結，透過資料交換整合取得即時地震資訊。

4.地表震動分析模式:根據前階段中災前與災時所得到之地 震資訊，如地震規模與震源等資料。利用震動強度衰減率修正地 震規模和距離之關係，推估台灣不同地區之地表震動強度。並以 格網方式將台灣地區切割成不同格狀區域，再依各地區的地盤種 類和距離之不同，分別求算其地表加速度。

5.振動檢測與分析模式:評估並建置適合於國內採用之震動 頻率檢測方式。排定實驗計畫，運用港研中心既有之振動檢測設 備 (速度計及加速度計各1組)，利用移動式非破壞性振動檢測，針 對車行方向、水流方向等進行量測，分析不同水位、流速、車行 振動及橋梁劣化等狀況，解析沖刷深度或橋梁破壞所造成頻率的 影響，進行儀器測試與校正。其結果可作為側推分析與殘餘能力 分析模式中之輸入及結果驗證比對之依據。

6.材料劣化與殘餘強度分析模式:考量台灣地區環境因素，應 用「災害預警資料交換機」，擷取港灣研究中心大氣腐蝕實驗室 所量測建置之台灣地區大氣腐蝕資料，再應用材料實驗方式分析，

求得大氣環境對橋梁 RC材料之影響，據此初步繪製橋梁劣化曲線 圖，以求得較精確之橋梁殘餘容量，並作為後續推估地震破壞潛 勢分析之依據。

7.側推分析與殘餘能力分析模式:根據橋梁設計或竣工圖，結

合現地環境、橋梁現況 (移動式非破壞振動檢測結果)、殘餘容量

(材料劣化評估結果)等資料，兼顧計算準確與操作簡易的特性，

透過地震損壞影響因子求算 Ay及Ac值。為驗證該分析模式的準確 性，針對基本資料收集步驟中 132座橋梁細部分析資料，選擇其中 12種代表性的橋梁型式，以所開發的側推分析模式求得之橋梁Ay 與 Ac值與「公路橋梁耐震能力評估及補強工程可行性研究」計畫 132座橋梁分析結果進行比對，驗證所開發的側推分析之準確性。

8.建立案例庫:首先以132座經細部評估求得之橋梁Ay、Ac值 為輸出 (Output)，並同樣以132座橋梁簡易調查之資料為輸入因子 (Input)，建立資料庫。但由於此資料庫，再經橋梁類型分類後，

將會有案例數不足，不利 AI學習，預測準確度較差的問題，因此 本計畫考量現有資料庫條件限制下，透過前一階段地震破壞潛勢 評估中所建立之側推分析與殘餘能力分析模式，持續增加案例資 料庫之案例數，以提升 AI預測之準確性。

9.人工智慧橋梁耐震能力推論模式:應用快速混雜基因演算 法融合支持向量機發展建置「人工智慧機械學習推論模式」。採 用前 一階段中 所建置公 路總局 132座橋梁細部評估結果資料庫，

透過案例學習，找出輸入 (簡易調查耐震能力影響因子)與輸出(細 部評估 Ay、Ac)之映射關係。

10.橋梁通行失敗潛勢:綜合上述步驟，針對公路總局轄下四 千多座省縣道橋梁進行 AI推論，求得各橋梁之Ay與Ac值，並據此 繪製出地表震動影響下橋梁地震健康度曲線，定義出不同地表震 動下橋梁可能的損壞機率。

11.橋梁封橋管制後開放通行評估:應用非破壞性振動檢測分 析模式，使用港研中心既有振動檢測儀器，針對災後橋梁所量測 到之頻率主頻偏移，解析沖刷深度或橋梁破壞所造成頻率的影響，

判斷橋梁之安全狀態，進而做為橋梁封橋管制後是否開放通行之

依據。

2-8

2.3 山區道路易致災路段監測預警管制系統

此 計 畫 以 以 台 9線宜蘭縣蘇澳鎮路段(106K+000)至花蓮縣秀 林鄉路段 (182K+000)、台24線三地門至阿禮段之山區道路為研究 對象，進行山區道路山崩等災害目錄建置、災害潛感分析、潛在 大 規模滑動區位判釋與重大災害案例蒐集等工作，以大尺度之 坡面單元與小尺度之工程或排水狀況，進行山區道路易致災路段 劃分，並探究其致災因子、危害度與損失程度等，同時進行各易 致災路段之災害風險分析，進而依據各種災害類型與風險等級檢 討現行道路監測預警架構，提出創新構思與監測管理、養護巡察 與預警措施，以提高國內山區道路整體安全的使用

。

此計畫完成項目包括： 1.持續蒐集山區道路重大災例蒐集、

成因、特性與復建措施分析。 2.選取示範山區道路進行邊坡歷史 山崩目錄建置、災因分析與邊坡崩塌潛感分析並製作崩塌潛感圖。

3.持續修正山區道路邊坡致災因子、誘發因子(降雨)及道路邊坡破 壞分析模式。 4.選取示範山區道路進行大規模滑動區位判 釋、成 因、特性分析。 5.現有山區道路監測預警管制技術檢討。6.選取示 範山區道路進行大規模滑動區位判釋、成因、特性分析。最後達 成成果與效益分別為： 1.採用坡面單元、地質概念與路段之細部 排水、工程 狀況進行易致災路段劃分，此方法可清楚界定各易致 災路段的範圍、主要災害類型與災害特性、警戒基準與風險估算。

2.已完成山區道路之災害風險評估模式，同時以開放式資料概念、

氣象局 QPESUMS之降水預報產品，結合港研中心相關計畫之降

水修正結果 (圖2.4)，自動進行各路段之降雨警戒值比對，將成果

以開放及跨平台方式進行供應與展示 (圖2.5)，可提供路管單位於

提前應變措施參考。

圖 2.4 監測預警管制方法與流程圖[5]

圖 2.5 以交通部公路總局 SafeTaiwan 平台展示監測預警管制成果圖

[5]

2-10

2.4 橋梁耐震能力評估–側推分析 2.4.1 結構設計分析軟體(SAP2000)簡介

SAP2000軟體為目前工程界普遍使用之商用結構設計分析軟 體 ， 在 橋 梁 、 建 築 物 、 港 灣 等 土 木 工 程 中 受 到 廣 泛 應 用 。 由 於 SAP2000建立模型較為迅速，並能夠在電腦上直接看出模型的建 立 情 況 ， 此 外 能 加 入 阻 尼 器 、 非 線 性 構 件 等 消 能 裝 置 ， 並 能 在 SAP2000中建立3D模型，以符合實際的受力狀況，也能夠模擬構 件進入非線性時結構體的行為，因此 SAP2000軟體已成為眾多工 程師使用的優質工具

。

SAP2000歷經多次改版之後，成為一功能強大之全視窗介面 結構分析軟體，其中也包含非線性元素分析。 SAP2000應用基本 的分析模型，於三維空間中建立幾何形狀，如圖 2.6所示，並定義 不同的斷面性質如鋼筋混凝土或鋼構材等，再定義該斷面幾何形 狀及材料特性等，接著在結構物上加載各種受力型態，以完成後 續相關靜力、動力、歷時等之分析。完成分析後之結果，可完全 於 SAP2000內以圖形顯示，如靜力載重變形、動力變形、剪力、軸 力、彎矩圖、應力分布圖、歷時分析結果等，如圖 2.7所示

。

圖 2.6 SAP2000 3D 橋梁模型

圖 2.7 SAP2000 分析畫面 2.4.2 橋梁側推分析流程

橋梁側推分析模式是以 SAP2000軟體為平台，以下分為(a)~(e) 五步驟說明

:

(a)建置橋梁有限元素模型

建置橋梁有限元素模型時，須包含所有會影響力學分析之構 件，如橋柱、帽梁、橋面版、支承墊、橋台、樁帽、基礎、隔震 減震元件等，如圖 2.8所示，如此才能反映出結構體真實受力行為。

而結構模型建立必須定義好各構件尺寸、材料性質、材料強度等，

以利後續進行力學計算。

(b)匯入塑鉸性質

在進行橋墩柱斷面強度分析時，首先須建立墩柱斷面彎矩與 轉角關係曲線，再依此決定墩柱的破壞模式如剪力破壞、撓曲破 壞、模式撓曲 -剪力破壞，最後在SAP2000軟體中設定M3塑性鉸，

如圖 2.9所示。

2-12

圖 2.8 橋梁有限元素模型[4]

圖 2.9 塑性鉸設定畫面[4]

(c)建立容量曲線

在 SAP2000執行側推分析時，首先以力量控制並施加自重，

進行位移控制之側推分析，當斷面強度用盡時，則視為整體結構

破壞，同時分析中止，依此可建立出橋梁之容量曲線，如圖 2.10

所示。

圖 2.10 橋梁容量曲線[4]

(d)建立容量震譜

將橋梁容量曲線轉換成容量震譜輸出 Sa-Sd曲線，如圖2.11所 示。

(e)求取Ay與Ac值

最後 根據國內最新公路橋梁耐 震設計 規範 (2009)，將側推分 析中所得容量震譜中任一點處譜加速度 api，對應最大地表加速度 (PGA)，以得出該橋梁之Ay與Ac值，如圖2.12所示。

圖 2.11 橋梁容量震譜[4]

圖 2.12 求得 Ay 與 Ac[4]

V

Δ

容量曲線 剪

力

位移

S

S

譜位移 譜

加 速

度 容量反應譜

S

S

譜位移 譜

加 速 度

A 功能績效點(a ,d )

非彈性地震 需求譜 容量譜

INPUT

結構性能 OUTPUT 耐震需求 (功能績效點反推地表加速度)

彈性地震需求譜

Acy (a ,d )y y c c

2-14

本研究依據上述，將橋梁側推分析模式所需參數彙整如表 2- 1所示，以作為後續建立橋梁設計與防災預警資訊整合系統之資 料庫欄位的依據。

表 2-1 橋梁側推分析模式所需參數

編號 編號

1 橋梁型式 26 帽梁混凝土保護層厚度(m)

2 橋跨數 27 橋墩柱長度(m)

3 總橋長(m) 28 橋墩柱寬度(m) 4 橋墩跨徑(m) 29 橋墩柱高度(m) 5 不透風護欄高(m) 30 橋墩柱斷面直徑(m) 6 混凝土單位重(t/m³) 31 橋墩柱斷面積(m²) 7 箱型梁長度(m) 32 橋墩柱楊氏模式(kN/m²)

8 箱型梁寬度(m) 33 橋墩柱混凝土抗壓強度(kgf/cm²；MPa) 9 箱型梁高度(m) 34 橋墩柱縱向鋼筋號數(D；#)

10 箱型梁混凝土抗壓強度

(kgf/cm2；MPa) 35 橋墩柱縱向鋼筋配置數量 11 帽梁長度(m) 36 橋墩柱縱向鋼筋配置間距(cm)

12 帽梁寬度(m) 37 橋墩柱縱向鋼筋降伏強度(kgf/cm²；MPa) 13 帽梁高度(m) 38 橋墩柱縱向鋼筋彈性模數(kgf/cm²) 14 帽梁斷面積(m²) 39 橋墩柱橫向箍筋號數(D；#) 15 帽梁柱楊氏模式(kN/m²) 40 橋墩柱橫向箍筋配置間距(cm) 16 帽梁混凝土抗壓強度(kgf/cm²；

MPa) 41 橋墩柱橫向箍筋降伏強度(kgf/cm²；MPa) 17 帽梁縱向鋼筋號數(D；#) 42 橋墩柱橫向箍筋彈性模數(kgf/cm²) 18 帽梁縱向鋼筋配置數量 43 橋墩柱混凝土保護層厚度(m) 19 帽梁縱向鋼筋配置間距(cm) 44 橋墩柱頂所受之軸力(tonf) 20 帽梁縱向鋼筋降伏強度

(kgf/cm²；MPa) 45 橋墩柱構材反曲點間之距離(cm) 21 帽梁縱向鋼筋彈性模數(kgf/cm²) 46 樁帽長度(m)

22 帽梁橫向箍筋號數(D；#) 47 樁帽寬度(m) 23 帽梁橫向箍筋配置間距(cm) 48 樁帽高度(m) 24 帽梁橫向箍筋降伏強度

(kgf/cm²；MPa) 49 樁帽混凝土抗壓強度(kgf/cm²；MPa) 25 帽梁橫向箍筋彈性模數(kgf/cm²) 50 基樁直徑(m)

表 2-1 橋梁側推分析模式所需參數(續)

編號 編號

51 基樁長度(m) 71 沉箱內填物斷面積(m²) 52 基樁數量(m) 72 承載層土壤單位重(t/m³) 53 基樁楊氏模式(kN/m²) 73 承載層土壤凝聚力 54 基樁混凝土抗壓強度(kgf/cm²；

MPa) 74 承載層土壤摩擦角(度)

55 基樁縱向鋼筋號數(D；#) 75 主動土壓力係數(ka) 56 基樁縱向鋼筋配置數量 76 被動土壓力係數(kp) 57 基樁縱向鋼筋配置間距(cm) 77 κ: 阻尼折減係數 58 基樁縱向鋼筋降伏強度

(kgf/cm²；MPa) 78 αpi：容量震譜中任一點處譜加速度 59 基樁縱向鋼筋彈性模數(kgf/cm²) 79 B^S：短週期結構之阻尼比修正係數 60 基樁橫向箍筋號數(D；#) 80 B1：一秒週期結構之阻尼比修正係數 61 基樁橫向箍筋配置間距(cm) 81 β^basic (ζ) :初始有效阻尼比(%)

62 橋墩柱橫向箍筋降伏強度

(kgf/cm²；MPa) 82 Fa：反應譜等加速度段之工址地盤放大係數 63 基樁橫向箍筋彈性模數(kgf/cm²) 83 Fv：反應譜等速度段之工址地盤放大係數 64 基樁混凝土保護層厚度(m) 84 S^SD：震區堅實地盤短週期之設計地震水平譜

加速度係數

65 沉箱內填充物單位重(t/m³) 85 S^1D：震區堅實地盤一秒週期之設計地震水平 譜加速度係數

66 沉箱高度(m) 67 沉箱寬(m) 68 沉箱長度(m) 69 沉箱厚度(m) 70 沉箱全斷面積(m²)

(本研究整理)

2-16

2.5 橋梁耐洪安全評估

2.5.1 橋梁墩柱與基礎沖刷之研究

由於臺灣的多山谷與河川坡陡、河水湍急的地理特性與國外

相關文獻之研究對象河川的屬性不同，因此研究的重點考量與成

果和國外不盡相同。目前國內有關於橋梁基礎與沖刷之研究主要

為︰沖刷現象及學理影響分析、水力計算分析模式與沖刷深度評

估，及跨河橋梁沖刷防治工法等，而研究計畫委託單位主要為交

通部所屬之各處室，相關文獻重要內容整理，如表 2-2所示。

表 2-2 橋梁安全評估相關文獻

編 號

研究名稱 資料

來源

研究內容 1 本省西部重要河川

橋梁橋基災害分析 與橋基保護工法資 料庫系統之建立

[8] 探討西部地區河川中下游之河床下降與砂石 開採問題與因應對策，針對西部地區數十座河 川橋梁之沖刷成因進行現場調查、監測分析，

用以探討橋梁及之災因與災害模式，將國內歷 年來所施作之橋基保護工法歸納分類，分析優 缺點與適用地質條件，並進行災因之統計分 析，提出河川橋梁所遭遇之洪水災害型態，研 提預防橋基沖刷之應注意事項，最後對具沖刷 潛勢之橋梁提出技術面與制度面因應之道及 建議事項。

2 跨河構造物防治沖 刷之技術與策略研 究—應用剛性或柔 性攔砂堰作為橋基 保護方法之評估探 討

[9] 主要為提出用於防治局部沖刷與一般沖刷之 各種橋基保護工法之適用比較，研提有關剛性 攔砂堰與柔性攔砂堰之分析比較，以作為規劃 設計攔砂堰時之具體的參考指引。進行十餘個 個案分析，並綜合歸納相關的水力沖刷災害成 因，提出跌水或水躍沖刷之發生機理與流程，

建構有關自然河道與施作橋基保護工後分別 發生側向侵蝕之機制與流程，並提出攔砂堰發 生滲流與管湧之成因及相關防治措施，並提出 施作橋基保護工前後，導水路開挖與回填過程 所可能衍生之沖刷災況。

3 橋梁設計維修支援 系 統 之 建 立 － 腐 蝕、地震、河川沖蝕 之潛勢分析及相關 技術整合

[10] 河川沖蝕部份主要有河道與橋基沖蝕成因之 概論、建立河川與橋梁之沖刷潛勢分析表、頭 前溪、濁水溪及高屏溪流域之沖刷潛勢分析 等。

4 台灣河流之沖刷對 橋梁基礎與道路邊 坡之影響及因應對 策研究

[11] 研究內容為彙整常用於規劃設計橋基保護工 之水理計算法，並結合現場調查及國內外工法 蒐集等研究方式，完成橋基保護工水理計算之 參考手冊、橋基及公路下邊坡坡腳之沖刷防治 支援系統及橋梁設計之水力指引。

5 高、快速公路橋梁 鄰近區域之自然災 害度潛勢分析

[12] 主要在探討沖刷災害相關因子，利用現有沖刷 評估方法，描述評估後之處理原則，並針對沖 刷潛勢提出評估流程與對策。

6 跨河橋梁訂定封橋 水位

[13] 研究內容為蒐集並分析流域水文資料，現場勘 查、測繪各河川橋梁之斷面圖等，建立分析與 計算封橋水位，建置橋梁預警系統。內容包括

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編 號

研究名稱 資料

來源

研究內容

床變動趨勢研判、橋基容許裸露結構分析、水 理分析、洪水預警水位建立等。

7 河 川 橋 梁 之 橋 墩 (台)沖刷保護工法 之研究

[14] 針對跨河橋梁之橋墩及基礎防洪設計及維護 管理進行探討研究，提供橋梁工程師於從事規 劃設計及管理維護時有可循之準則，進而重視 跨河橋梁設計及維護安全措施上所應注意之 問題及應採行之因應策略。其內容為完成相關 規範準則及資料整理研判、國內重要河川沖刷 案例回顧、河川沖刷與地形、地質之關係、河 川沖刷回淤及封橋水位、跨河橋梁佈設原則、

跨越土石流橋梁之因應對策與案例探討、橋梁 暨河川水利資料網路查詢系統之建置；針對橋 墩及其基礎沖刷理論與應用、橋墩結構分析設 計與沖刷深度之應用、基礎保護工法分析與設 計等分析探討，並搭配各現場案例深入說明；

最後針對跨河橋梁檢測及維修補強設計及施 工方法進行探討；並研擬考量主動式及被動式 之橋梁沖刷監測預警系統。

8 河川橋梁沖刷並補 強後之安全評估

[15] 研究台灣重要橋梁橋基沖刷損壞情形，進行安 全評估報告。期望改善台灣地區河川橋梁沖刷 問題，建立一實用的橋梁沖刷補強後安全評估 標準，研判重要橋梁之安全與使用性。

9 交通工程防災預警 系統建立之研究

[16]

[17] 針對橋梁受到沖刷部分提出相關沖刷災害預 防、沖刷災害緊急應變提出相關建議。

10 橋梁監測預警系統 及沖刷保護措施及 補強等策略之研究

[18] 研究目的為提供公路與河川主管機關擬訂相 關政策與河川治理計畫及保護工法補強作業 之參考依據，包括橋梁防災管理、橋梁資料建 立、檢測、安全評估、維修補強及優選排序等 資訊，作為未來橋梁沖刷管理之依據。其內容 包括基本資料建立與檢測、橋梁耐洪能力初步 評估表、耐洪能力快速計算評估、橋梁遭沖刷 之補強優選排序原則、補強方法與設計、橋梁 沖刷監測系統、封橋作業及緊急搶通、沖刷安 全管理系統，及主管單位執行計畫之建議。

11 鐵路橋梁過河沖刷 段橋墩與基礎結構 系統檢測技術之研 究

[19] 藉由非破壞檢測方式對橋梁的沖刷深度進行 現地檢測，並對受沖刷基礎結構建立相關數值 分析模式。

編 號

研究名稱 資料

來源

研究內容 12 台灣地區橋梁安全

檢查、評估及監測 執行程序之訂定

[20] 針對案例橋梁受沖刷後，建立基礎結構安全評 估，並考量沖刷深度、水位高度及洪水流速之 分析模式。

13 高科技橋梁檢測系 統建置試辦計畫

[21] 建立即時沖刷深度、水流流速水位高度監測系 統，及利用MIDAS/GTS 建立基礎三維分析模 式。

14 國道 3 號濁水溪橋 沖刷監測之研究

[22] 建立即時沖刷深度、水流流速、水位高度監測 系統，及建立能考量沖刷深度、水位高度及洪 水流速變化之基樁耐洪分析模式與基礎破壞 包絡線，並應用於莫拉克颱風中藉由即時量測 之沖刷深度、水流流速與水位高度資料，結合 基礎破壞包絡線即時評估橋梁基礎之安全性。

15 國道 3 號濁水溪橋 後續沖刷監測之研 究

[23] 藉由持續沖刷深度、水流流速、水位高度監測 系統資料，結合基礎破壞包絡線於凡納比颱風 中運用監測資料，即時評估橋梁基礎之安全 性，並藉由歷次颱風洪水沖刷深度監測資料，

建構適用於該橋之基礎沖刷深度評估公式。

16 跨河橋梁安全預警 系統建置更新與維 護管理

[3] 交通部運輸研究所 98 至 100 年度「跨河橋梁 安全預警系統之建立研究」計畫中，所開發之 跨河橋梁安全預警系統，已針對大甲溪石岡壩 下游跨河橋梁建置潛勢分析模式與預警通報 機制。此研究將橋梁預警範圍擴展至大甲溪石 岡壩上游至馬鞍壩，藉由颱洪期資料持續修系 統模式，並與公路總局通報機制整合。擴充跨 河橋梁安全預警系統，將大甲溪馬鞍壩下游橋 梁納入預警範圍，開發自動化執行機制。本系 統可接收大甲溪河系上游集水區中央氣象局 雷達雨量觀測預報，再與地面雨量觀測進行修 正後，推算河川流域之未來一至三小時之降雨 強度，然後結合集水區演算、地表漫地流演算、

水庫演算、河道一維及二維水理演算，推估河 道之流量、水位、流速與沖刷深度，進而計算 橋梁耐洪安全係數。分析結果如超過警戒值，

則自動啟動預警通報機制，提早通報橋梁管理 單位，爭取防災應變之黃金時間，給予用路人 生命財產更多的保障。