MOTC-IOT-104-H1DB001a
橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之 建立研究(1/2)
交 通 部 運 輸 研 究 所
中 華 民 國 104 年 12 月
MOTC-IOT-104-H1DB001a
橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之 建立研究(1/2)
著 者：邱永芳、林雅雯、賴瑞應、鄭明淵
廖國偉、吳育偉
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。
橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之建立研究(1/2) 著 者：邱永芳、林雅雯、賴瑞應、鄭明淵、廖國偉、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
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橋 梁 耐 震 能 力 與 檢 測 評 估 分 析 模 式 之 建 立 研 究
(1/2 )
置
交 通
部 運
輸
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：橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之建立研究(1/2) 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-H1DB001a 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：鄭明淵
協同主持人: 廖國偉、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：橋梁損壞診斷、非破壞性振動檢測、地震破壞潛勢 摘要：
橋梁為台灣地區用來連絡河流兩岸之重要交通工程設施，然而台灣屬為多地震的 國家，且每年颱風、豪雨頻繁，使得河水劇烈淘刷橋墩及橋台之基礎處河床，一旦發 生大規模天然災害時，橋梁倒塌或斷裂的機率高，且易造成人員傷亡。對現有橋梁進 行全面檢測勢在必行。有鑑於此，過去研究中已發展「橋梁通阻檢測分析模式」，應用 地表震動分析，進行地震模擬，求得台灣各區域地表加速度分布情形，再依橋梁現況 診斷推估在不同地震強度下之損壞機率。本計畫進一步擴充「橋梁耐震側推分析模 式」側推分析案例數量，並擴充「人工智慧耐震能力推論模式」案例資料庫，更新推 論模式，以提高預測之準確性。另外，為提升「移動式振動檢測模式」實用性，將針 對災後開放通行判斷之災害前後橋墩頻率變化率做進一步研究及驗證。最後擴充防災 應變實務應用之橋梁地震防災決策支援網頁、橋梁資料自動更新機制、防災地圖及橋 梁災情回報系統，以符合橋梁管理單位防災應變實務應用需要。
成果效益與應用情形：
在施政上，本研究成果可提供橋梁管理單位於災前評估橋梁地震損壞潛勢，並依此 進行維修補強。在實務上，可在災後應用移動式振動檢測，評估橋梁是否可開放通行。
出版日期 頁數 定價 本 出 版 品 取 得 方 式
104 年 12 月 176 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: Bridge Seismic Assessment and Analysis Model(1/2)
ISBN(OR ISSN)
ISBN GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBER IOT SERIAL NUMBER PROJECT NUMBER MOTC-IOT-104-H1DB001a 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: Cheng Min-Yuan PROJECT STAFF: Guo-Wei Liao, Yu-Wei Wu
ADDRESS: #43 , Sec.4 , Keelung Rd. , Taipei , 106 , Taiwan , R.O.C PHONE: (02)2737-6663
KEY WORDS: Seismic Assessment, Vibration Metering, Disaster Prevention ABSTRACT:
Due to the location and environment of Taiwan, the frequency of nature disaster is high and the caused damages to the human life, properties and highways are serious. The decision- making is significant for the bridge disaster prevention and rescuing in Taiwan.
This study aims to improve vibration-metering model, bridge push over model and artificial intelligence prediction model. Therefore, the management can determine the bridge blockage actions based on the vibration data, material degradation assessment and earthquake damage potential detection.
BENEFITS AND APPLICATIONS:
The bridge management department can refer to the earthquake similarity results for bridge maintenance policy-making. In the post-earthquake vibration-metering model can be used to determine the bridge status.
NUMBER OF CLASSIFICATION
橋梁耐震能力與檢測評估分析模式之建立研究 (1/2)
目錄
中文摘要 ... I
英文摘要 ... II
目錄 ... III
圖目錄 ... VI
表目錄 ... X
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 ... 1-3
1.3 研究範圍與對象 ... 1-3
1.4 研究內容與工作項目 ... 1-4
1.5 研究流程 ... 1-5
1.6 研究計畫工作進度圖(Bar Chart) ... 1-8
第二章 文獻回顧 ... 2-1
2.1 橋梁通阻檢測分析模式建立之研究 ... 2-1
2.2 移動式橋梁振動檢測及訊號分析與傳輸通報系統 .... 2-6
2.3 橋梁振動檢測儀器介紹 ... 2-9
2.4 橋墩基礎裸露與橋梁結構振動關係 ... 2-12
2.5 小結 ... 2-14
第三章 移動式振動檢測模式驗證 ... 3-1
3.1 移動式振動檢測模式驗證 ... 3-1
3.1.1 橋梁檢測與承載評定之文獻回顧 ... 3-2
3.1.2 移動式非破壞性振動檢測可行性評估 ... 3-4
3.1.3 現地試驗結果 ... 3-11
3.1.3.1 舊東澳大橋試驗結果 ... 3-12
3.1.3.2 蘭陽大橋試驗結果 ... 3-27
3.1.4 本計畫建議之標準量測施作流程 ... 3-36
3.2 洪水與地震安全臨界頻率 ... 3-42
3.2.1 洪水載重下之安全臨界頻率 ... 3-42
3.2.2 地震載重下之安全臨界頻率 ... 3-48
3.3 安全臨界頻率之水工試驗 ... 3-50
3.3.1 試驗目的 ... 3-50
3.3.2 試驗設計 ... 3-50
3.3.3 試驗結果 ... 3-55
第四章 人工智慧推論模式精進 ... 4-1
4.1 新增橋梁耐震側推分析模式分析案例 ... 4-1
4.1.1 模式分析工作 ... 4-3
4.1.2 選定分析橋梁 ... 4-24
4.1.3 選定橋梁分析結果 ... 4-26
4.1.3.1 武嶺大橋 ... 4-26
4.1.3.2 北勢大橋與仙人橋 ... 4-31
第六章 結論與建議 ... 6-1
6.1 結論 ... 6-1
6.2 建議 ... 6-2
6.3 成果效益與應用情形 ... 6-2
參考文獻 ... 參-1
附錄一 期中審查委員意見及辦理概況 ... 附-1
附錄二 期末審查委員意見及辦理概況 ... 附-15
附錄三 期末簡報檔 ... 附-28
圖目錄
圖 1.1 研究流程 ... 1-6 圖 1.2 研究進度圖 ... 1-8 圖 2.1 橋梁通阻檢測分析模式架構圖 ... 2-2 圖 2.2 臺灣地區建議之移動式振動檢測模式流程圖 ... 2-7 圖 2.3 速度計[16] ... 2-10 圖 2.4 加速度計內部構造[16] ... 2-10 圖 2.5 速度計內部構造[16] ... 2-11 圖 2.6 速度計之單獨(左)或多台(右)使用[16] ... 2-11 圖 3.1.a 舊東澳大橋試驗代碼1之歷時紀錄 (kine vs. second) (第
一次試驗， 6/2) ... 3-13 圖 3.1b 舊東澳大橋試驗代碼1之頻譜(Volt vs. Hz) (第一次試驗，
6/2) ... 3-13 圖 3.2.a 舊東澳大橋試驗代碼1之歷時 (kine vs. sec)(第2次試驗，
6/2) ... 3-15 圖 3.2.b 舊東澳大橋試驗代碼1之頻譜(Volt vs. Hz)(第2次試驗，
6/2) ... 3-15 圖 3.3.a 舊東澳大橋試驗代碼3之歷時 (kine vs. sec)(第1次試驗，
6/2) ... 3-17
圖 3.3 舊東澳大橋試驗代碼3之頻譜(Volt vs. Hz) (第1次試驗，
圖 3.5b 舊東澳大橋試驗代碼5之頻譜(Volt vs. Hz) ... 3-22
圖 3.6.a 舊東澳大橋試驗代碼8之歷時 (kine vs. sec) ... 3-24
圖 3.6b 舊東澳大橋試驗代碼8之頻譜(Volt vs. Hz) ... 3-25
圖 3.7 典型的試驗1試驗結果(平行水流) ... 3-33
圖 3.8 典型的試驗8試驗結果(平行水流) (11/11) ... 3-34
圖 3.9 中科院所研發之自動水平穩定調整機構 ... 3-35
圖 3.10 本團隊初步開發的自動定平機構 ... 3-35
圖 3.11 速度計上之電源線、網路傳輸線與GPS連接線孔槽 ... 3-36
圖 3.12 以備用電源供應筆電與速度計之電力 ... 3-37
圖 3.13 速度計上LED燈之檢核 ... 3-37
圖 3.14 求心基座之定平設計-後視圖 ... 3-38
圖 3.15 求心基座之定平設計-俯視圖 ... 3-39
圖 3.16 求心基座圖 ... 3-39
圖 3.17 各沖刷深度下之側推分析結果示意圖 ... 3-43
圖 3.18 橋梁耐洪能力之容量曲線示意圖 ... 3-44
圖 3.19 橋梁耐洪能力容量曲線圖建構之結果圖 ... 3-44
圖 3.20a 各沖刷深度下之需求連線示意圖 ... 3-45
圖 3.20b 各沖刷深度下之需求與容量連線示意圖 ... 3-46
圖 3.21 決定受損頻率示意圖 ... 3-47
圖 3.22 SAP2000模型示意圖(樁基礎) ... 3-48
圖 3.23 試驗所使用的壓克力橋梁 ... 3-51
圖 3.24 台灣大學多功能水槽 ... 3-52
圖 3.25 微型攝影機裝置示意圖 ... 3-53
圖 3.26 裝置於帽梁之速度計 ... 3-53
圖 3.27 本研究團隊之速度計 ... 3-54
圖 3.28 一般市售之水壓計 ... 3-54 圖 3.29 水壓計之裝設 ... 3-54 圖 3.30 平均水壓力分佈圖 ... 3-55 圖 3.31 水深與速度關係圖 ... 3-56 圖 3.32 振動頻率變化圖 ... 3-57 圖 3.33 墩柱沖刷量與分布情形 ... 3-57 圖 4.1 本計畫規劃建置側推分析模式流程圖(1) ... 4-2 圖 4.2 本計畫規劃建置側推分析模式流程圖(2) ... 4-3 圖 4.3 典型塑鉸斷面曲率與彎矩之關係 ... 4-8 圖 4.4 剪力強度 與韌性容量 之關係 ... 4-10 圖 4.5 剪力強度對應彎矩與轉角之關係 ... 4-11 圖 4.6 撓曲破壞模式 ... 4-12 圖 4.7 撓曲剪力破壞模式 ... 4-12 圖 4.8 剪力破壞模式 ... 4-12 圖 4.9 劣化影響因子 ... 4-18 圖 4.10 預測中性化初始時間之程式 ... 4-21 圖 4.11 主筋面積折減時之鋼筋之應力應變關係圖 (不考慮握裹
力損失 ) ... 4-23 圖 4.12 主筋面積折減時之鋼筋之應力應變關係圖 (考慮握裹力
損失 ) ... 4-24
圖 4.18 武嶺橋下部結構模型圖 ... 4-28
圖 4.19 武嶺橋墩柱斷面示意圖 ... 4-29
圖 4.20 垂直行車向(X向)側推分析圖 ... 4-30
圖 4.21 平行行車向(Y向)側推分析圖 ... 4-30
圖 4.22 橋梁洪水臨界頻率分析流程圖 ... 4-33
圖 4.23 武嶺大橋耐洪性能點之決定圖(沖刷深度增量較大時) 4-35
圖 4.24 武嶺大橋耐洪性能點之決定圖(沖刷深度增量較小時) 4-35
圖 4.25 人工智慧橋梁耐震能力推論模式流程圖 ... 4-38
圖 4.26 演化式支持向量機推論模式圖 ... 4-42
圖 4.27 橋梁地震易損曲線範例圖 ... 4-50
圖 4.28 「橋梁地震破壞潛勢」人機介面(一) ... 4-51
圖 4.29 「橋梁地震破壞潛勢」人機介面(二) ... 4-52
圖 4.30 橋梁洪水臨界頻率比值推論模式流程圖 ... 4-53
圖 4.31 橋梁地震臨界頻率比值推論模式流程圖 ... 4-58
圖 5.1 橋梁地震災害處理通報流程(1/2) ... 5-2
圖 5.1 (續)橋梁地震災害處理通報流程(2/2) ... 5-2
圖 5.2 智慧型手機橋梁災情回報系統 ... 5-3
圖 5.3 手機端橋梁定位介面 ... 5-4
圖 5.4 選取橋梁 ... 5-4
圖 5.5 選擇災情等級 ... 5-5
圖 5.6 開啟相機拍攝橋梁現況(以新聞歷史照片為例) ... 5-5
圖 5.7 填寫現況說明 ... 5-6
圖 5.8 災情記錄表 ... 5-6
表目錄
表 3-1 各橋梁試驗之目的及關係 ... 3-7 表 3-2 各橋梁試驗結果 ... 3-10 表 3-3 舊東澳大橋試驗項目 ... 3-12 表 3-4 舊東澳大橋試驗代碼1之第一振態頻率值(第一次試驗，
6/2) ... 3-14 表 3-5 舊東澳大橋試驗代碼1之第一振泰頻率值(第2次試驗，6/2)
... 3-16 表 3-6 舊東澳大橋試驗代碼3之第一振態頻率值 (第1次試驗，
6/2) ... 3-18 表 3-7 舊東澳大橋試驗代碼3之第一振態頻率值 (第2次試驗，
6/2) ... 3-19 表 3-8 舊東澳大橋試驗代碼5之第一振態頻率值 (第1次試驗，
6/2) ... 3-20
表 3-9 舊東澳大橋試驗代碼5之第一振態頻率值 (第2次試驗)3-21
表 3-10 舊東澳大橋試驗代碼7之第一振態頻率值 ... 3-23
表 3-13 各試驗結果與試驗8結果之比較 ... 3-23
表 3-12 舊東澳大橋試驗代碼8之第一振態頻率值 ... 3-25
表 3-14 各試驗結果與試驗8結果之比較 (8/17) ... 3-26
表 3-15 舊東澳大橋試驗代碼8之第一振態頻率值 (8/17)... 3-26
表 3-21 舊東澳大橋試驗代碼8風災前(6/2)後(8/17)之試驗結果比 較 ... 3-29 表 3-22 蘭陽大橋試驗項目 ... 3-30 表 3-23 蘭陽大橋垂直水流方向之震動頻率試驗結果 ... 3-31 表 3-24 蘭陽大橋平行水流方向之震動頻率試驗結果 ... 3-31 表 3-25 蘭陽大橋垂直水流方向之震動頻率試驗結果(11/11) .. 3-32 表 3-26 蘭陽大橋平行水流方向之震動頻率試驗結果(11/11) .. 3-33 表 3-27 使用經驗公式計算沖刷深度與實測值之比較 ... 3-57 表 4-1 選定特定面積折減率下(如5%)之鹽害與中性化之主筋鋼筋
腐蝕量計算 ... 4-22 表 4-2 選定特定面積折減率下(如5%)，剪力筋之鹽害與中性化之
鋼筋腐蝕量計算 ... 4-22
表 4-3 所選定分析橋梁 ... 4-24
表 4-4 武嶺大橋AY、AC分析結果 ... 4-31
表 4-5 北勢大橋AY、AC分析結果 ... 4-32
表 4-6 仙人橋AY、AC分析結果 ... 4-32
表 4-7 三座選定橋梁之耐洪臨界頻率比值 ... 4-36
表 4-8 耐震能力影響因子 ... 4-39
表 4-9 初始案例資料庫（節錄） ... 4-40
表 4-10 新增案例資料庫（節錄） ... 4-40
表 4-11 ESIM系統架構參數設定 ... 4-44
表 4-12 案例分組示意表 ... 4-45
表 4-13 模式預測準確率 ... 4-46
表 4-14 推論值與測推分析比較 ... 4-47
表 4-15 橋梁分類之 Ac_n及Ay_n之中值(節錄) ... 4-48
表 4-16 與TELES結果比較 ... 4-48
表 4-17 簡易調查因子 ... 4-54
表 4-18 初步篩選橋梁洪水臨界頻率比值(Rsc)影響因子 ... 4-55
表 4-19 初步篩選橋梁地震臨界頻率比值(Rsc)影響因子 ... 4-59
第一章 研究計畫之背景及目的
1.1 計畫背景分析
橋梁為台灣地區用來連絡河流兩岸之重要交通工程設施，然 而台灣屬為多地震的國家，且每年颱風、豪雨頻繁，使得河水劇 烈淘刷橋墩及橋台之基礎處河床，一旦發生大規模天然災害時，
橋梁倒塌或斷裂的機率高，且易造成人員傷亡。
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，目前作法係應用簡易評估方 式以目視進行調查，其結果雖然快速但較不準確；若是要對所有 橋梁進行破壞性檢測或全面性結構分析。其細部評估結果雖然較 準確，但需耗費時間及龐大成本，且僅能由具備專業經驗之人員 評估，在有限經費與專業人力下，將無法對每座橋梁做詳細結構 分析。因此若能應用橋梁歷史側推分析案例結果，找出簡易評估 因子與耐震能力之關係，據此推論其他橋梁之耐震能力值，將大 幅節省人力成本。
此外，災後由於橋梁受震損或沖刷深度加大時，橋柱的振動 頻率將會改變，如何藉由非破壞性振動檢測方式量測振動頻率之 變化值，藉此解析沖刷深度或橋梁震後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，亦是值得探討之課題。
過去研究中 (李維峰等人，2008) [1] 與 (張嘉峰等人，2009) [2] 探 討橋梁墩柱在沖刷裸露後振動頻率的變化關係。在聖帕颱風前後 利用微動量測的方式，分別進行微振動及車行前後的振動量測。
而國 家地 震中心 (柯永彥等人，2010) [5] 則以 基礎裸露 的橋梁進 行
現地振動量測，並建立橋梁單元有限元素模型進行數值分析，以
探討橋墩基礎裸露所造成橋梁上部結構振動特性之變化。 (王仲宇
等人， 2005) [4] 探討河床沖刷造成之基礎裸露對橋梁振動頻率特性 之影響，量測因車流載重引致的橋梁振動的現地實驗，並將資料 進行頻譜分析，找出橋梁的自然振動頻率。 (張達德等人，2010) [14]
則利用間斷性準則，將不需要的隨機震動訊號給萃取出來，萃取 過 後 的 主 要 訊 號 會 更 加 近 似 橋 墩 系 統 真 實 的 震 動 訊 號 ， 再 利 用 Hilbert-Huang transform頻譜圖及邊際頻譜圖進行分析，最後提供 判讀橋墩是否受到沖刷產生裸露。
綜合上述研究成果，主要針對橋墩沖刷深度對於振動頻率之 影響，以及如何應用速度計進行訊號量測，但如何藉由振動頻率 之改變，進一步判別橋梁是否安全，則尚未進一步研究。
有鑑 於 此，交通 部運 輸研究 所於 99至100年委託國立臺灣科 技大學進行「橋梁通阻檢測分析模式建立之研究」之研究 (鄭明淵 等， 2011)，研究成果中建議適用於台灣地區之「移動式振動檢測 模式」 [15] ，將儀器裝置於具有行動能力的車輛中，針對洪水前後 之橋墩頻率變化率進行研究，作為判斷橋梁健康之依據。實測橋 梁對象 4座，現地檢測實驗共計5次，分別為牛鬥橋、思源橋、執 信橋 (汛期前)、執信橋(汛期後)、集集橋；並建置「材料劣化評估 模式」方面，應用「災害預警資料交換機」擷取與整合港灣研究 中心大氣腐蝕資料，分析繪製橋梁劣化曲線，求得橋梁殘餘容量，
作為耐震能力推估之依據；發展「橋梁耐震側推分析模式」 (考量
材料劣化因素 )，以求得橋梁之Ay與Ac值，已完成24座側推分析
橋梁案例 (五種不同鋼筋劣化程度)，共計得120個橋梁案例；最後
之需求。因此本計畫將分別針對振動頻率量測與耐震能力分析，
作進一步分析探討，其內容包括 :(1)針對100年度建立之「移動式 振動檢測模式」，將儀器裝置於具有行動能力的車輛中，針對洪 水前後之橋墩頻率變化率進行研究及進一步驗證，以作為判斷橋 梁健康之依據；藉由所量測之訊號，分析災害前後橋墩頻率變化 率，依此做為橋梁封橋及是否開放通行之參考， (2)針對100年度 建立之「橋梁耐震側推分析模式」 (考量材料劣化因素) 及建置之 案例庫，包括 24座側推分析橋梁120個案例及求得之橋梁Ay與Ac 值，持續擴充模式驗證及側推分析案例數量 (3)「橋梁耐震能力 推估」係以『人工智慧機械學習推論模式』，找出輸入 (前述120 個 橋 梁 案 例 -橋梁初評項目與材料劣化影響因素)與輸出(細部評 估之 Ay、Ac)之映射關係，據此推論公路總局轄下省縣道橋梁在 不同地表加速度（ PGA）下之Ay與Ac值，本計畫將本年度新增之 側推分析案例加入案例資料庫中，重新進行案例訓練與測試，更 新推論模式，以提高預測之準確性。 (4)分別初擬橋梁地震臨界頻 率比值推論模式與橋梁洪水臨界頻率比值推論模式。
除了上述分析模式，防災應變實務應用之橋梁地震防災決策 支援網頁、橋梁資料自動更新機制、防災地圖及橋梁災情回報系 統亦是不可或缺的，故本計畫擬針對上述模式及項目進行精進、
研發及驗證，以符合橋梁管理單位防災應變實務應用需要。
1.2 計畫目的
本 計 畫 最 終 的 研 究 成 果 在 於 為 橋 梁 管 理 單 位 提 供 一 套 移 動 式振動檢測模式，檢測橋梁安全狀態，藉以判斷橋是否有異常情 形發生 ;建立橋梁耐震側推分析模式，提供橋梁地震防災決策支援。
1.3 研究範圍與對象
據統計，公路總局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％以上橋齡均在十五年以上。
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，故本計畫以鋼筋混凝土跨河橋梁與陸橋且未進行鋼板 包覆補強為研究範疇。在鋼筋混凝土橋梁中，又以簡支梁式橋為 應用最廣的類型，因本研究團隊已有單柱式簡支多跨橋之非直接 式量測經驗，故本計畫將公路總局轄下所管理的橋梁為範圍，以 構架式簡支多跨橋橋梁為優先試驗對象。
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.確認移動式振動檢測模式:
計畫擬將振動頻率檢測方式及結果進行驗證，藉由縮小尺寸 模型與橋梁側推分析考量不同沖刷深度對橋梁安全之影響。最後，
估算此計畫所選定橋梁之臨界頻率比值，作為封橋或開放通行機 制之參考依據。
2.新增橋梁耐震側推分析案例:
新增 3座橋梁耐震能力側推案例（每座含5種劣化程度:0%、
5%、10%、15%、20%），劣化程度之定義為橋梁鋼筋因鹽害、中 性化造成鋼筋斷面減少百分比。
3.人工智慧推論模式精進:
a.橋梁耐震能力人工智慧推論模式案例擴充:
依前項新增之 15筆耐震能力側推分析橋梁案例，擴充案例資
結合快速混雜基因演算法與支持向量機發展一『人工智慧機 械學習推論模式』，可根據所確立之橋梁地震臨界頻率值影響因 子，初步建置橋梁地震臨界頻率比值推論模式。
c.初擬橋梁洪水臨界頻率比值推論模式
同樣應用人工智慧機械學習推論模式，根據所確立之橋梁洪 水臨界頻率值影響因子，初步建置橋梁洪水臨界頻率比值推論模 式。
4.建置橋梁地震防災決策支援機制：
訪談公路總局橋梁管理人員，探討其需求，進而研發擬定橋 梁災情回報系統，便於直升機勘災時將災情點選回傳。
1.5 研究流程
依據上述研究目的，本計畫擬定研究流程，如圖 1.1所示，共
分為八個階段完成。以下內容將針對各流程步驟進行說明：
確認振動頻率檢測方式
確認儀器分析方法與操作
橋梁臨界頻率確認 振動檢測儀器
可靠度分析
第五階段：
新增橋梁耐震側推分析 模式分析案例
建置側推模式
建置橋梁模型 sap2000分析軟體
xtract分析軟體 第四階段：
移動式振動檢測模式驗 證
防災機制與流程整合
橋梁災情回報系統 流程整合
地理資訊系統 第七階段：
橋梁地震防災決策支援
建置側推分析歷史案例
模式訓練與測試
初擬橋梁地震臨界頻率比值推
初擬橋梁洪水臨界頻率比值推論模式 論模式
支持向量機推論
交叉驗證 第六階段：
人工智慧推論模式精進
研究階段 研究內容 相關研究與方法
研究人力組成 人才延攬
團隊制度建立 第三階段：
研究團隊組成
相關研究背景分析 現況分析
第一階段：
確認研究主題與目的、
確認研究內容與流程
蒐集現有振動量測文獻
訪談公路管理單位 專家訪談
文獻回顧 第二階段：
文獻回顧與蒐集
初步瞭解，並找出可能發生的問題或狀況，據以擬定本 研究之研究目的。並擬定出適當的研究內容，再訂定出 明確的研究流程。
第二階段：文獻回顧與蒐集
透過文獻回顧，針對橋梁耐震能力評估與振動頻率量測 所需之方法與相關研究進行蒐集與了解，以便找出可進 一步研究發展之空間，並過濾研究範圍之相關資料，作 為模式建立之理論基礎。
第三階段：研究團隊組成
研究團隊將由具備橋梁振動頻率量測經驗與資訊管理 人員組成，提升計畫執行成功度。
第四階段：移動式振動檢測模式驗證
針對 1 座橋梁進行現地試驗振動頻率量測，並建置縮小 尺寸模型進行驗證。
第五階段：新增橋梁耐震側推分析模式分析案例
新增三座橋梁耐震側推分析案例，並包括五種劣化 程度 (0%、5%、10%、15%、20%)。
第六階段：人工智慧推論模式精進
根據前一階段所新增之側推分析案例，進行推論模 式更新與驗證。
第七階段：橋梁地震防災決策支援
藉由訪談公路總局橋梁管理人員，確認其需求，擬 定地震防災決策支援之功能。
第八階段：結論與建議
針對本研究所完成之研究，提出適當之結論與建議以供
後續研究發展及實際運用時之參考。
1.6 研究計畫工作進度圖(Bar Chart)
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
第 8 月
第 9 月
第 10 月
第 11 月
備註 第一階段
研究團隊組成
第二階段
移動式振動檢測模式驗證
※ 第三階段
新增橋梁耐震側推分析模式分析案例
期中報告 ※
第四階段
人工智慧推論模式精進
※ 第五階段
橋梁地震防災決策支援
期末報告 ※
進度百分比 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 100
預定查核點 1.初步擬定移動式振動檢測試驗
2.期中報告
3.人工智慧推論模式完成更新 4.期末報告及完成系統建置測試
第二章 文獻回顧
2.1 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 [15] ，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 2.1所示:
如圖 2.1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，
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，及中央氣象局歷年溫度、
溼度、二氧化碳與風速等資料，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，未來將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。
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。
2.2 移動式橋梁振動檢測及訊號分析與傳輸通報系統 跨河橋梁之耐洪能力主要受到橋梁本身結構、河川環境、水 文條件與河岸防護措施等眾多因素之影響，為一個跨領域的複雜 問題。因此，完整的評估分析通常需要藉助歷年水文資料的收集 與統計分析、橋體非破壞性檢測評估與沖刷深度的丈量或計算等 不同領域的整合使能完成，其分析過程通常十分耗時，在有限的 時間與經費的條件下，若欲對大量的橋梁進行詳細評估，顯然有 執行上的困難。
若橋基受到嚴重的沖刷，則橋墩的振動頻率將隨之下降，許 多 學 者 注 意 到 此 一 現 象 並 針 對 洪 水 前 後 之 橋 墩 頻 率 變 化 率 進 行 研究，冀能藉由此參數之變動，判斷橋梁健康之依據；例如陳正 興 與 李 維 峰 (2009) [10] 嘗 試 從 頻 率 的下 降 程 度 診 斷 出 結 構 是 否 安 全或結構破壞的原因。不過，多數研究所採取直接量測法且缺乏 定量的評估流程。所謂直接量測法係指將量測儀器安裝於橋梁之 上，直接讀取橋梁的振動頻率，然而，台灣地區之橋梁數量高達 數萬座，逐一設置固定式頻率監測儀器之成本可能過高，實際上 並不可行；不同於直接量測法，非直接量測法 (如移動式非破壞性 振動檢測 )並不嘗試讀取橋梁的振動資訊，而是將量測儀器裝置於 具有行動能力的車輛中，藉由量測車輛的振動結果反推橋梁之振 動特性 ;非直接量測法，無論讀取資料時，車輛為行進中或靜止，
均較傳統之直接量測法具有機動性。
因此，港研中心委託東源科技工程有限公司與國立臺灣科技
備外，其餘各流程均已整合為單一流程。
試驗開始
儀器準備
1.振動儀器
2.拖車連接 3.電源設備
FFT
啟動系統 介面
開車 至橋墩處
定平作業 頻
率 量 測 與 分 析
啟動量測
輸出所有測點 第一振態頻率 所有測點
結束
YES
NO
資料分析
圖 2.2 臺灣地區建議之移動式振動檢測模式流程圖
1.目的：此振動檢測模式旨在提供一個可以相對快速、經濟且正確 地量測橋面版與橋墩之振動頻率 (第一振態)。
2.移動式振動檢測之定義：本計畫所規畫之移動式振動檢測係指量 測儀器 (速度計)置於具移動性之拖車上，量測時，裝載儀器的拖 車係靜止狀態 (間接-有行車-靜止-未發動)，每次量測時間約 2 分 鐘。
3.檢測流程：
(1)儀器準備：
<1.1>振動儀器：建議使用速度計作為量測儀器，且其可量測範 圍至少應為 ±2 kine (±0.02 m/s)；以可同時取得三個方向之歷時 振動之儀器為優先考量。
<1.2>拖車設計：托車之自然振動頻率不宜介於 2.0Hz-8Hz之間、
且其各向 (x 與 y 方向)之阻尼比不宜大於 5%，上述托車之結構 性能可以由自由振動之歷時反應取得。
<1.3>電源設備：必須確保現場量測時筆記型電腦及速度計之電 源無虞，不建議採用汽車之電力，以蓄電池 (如電匠)提供電力較 為理想。
<1.4>儀器測試：現場試驗前，各儀器(如筆電及速度計)應先整合 並測試是否可以正常讀取振動訊息。
(2)頻率量測流程：
<2.1>將儀器固定於托車上
<2.2>將拖車固定於具移動性之車輛上
<2.3>整合各項儀器
<2.4>以汽車將拖車與量測儀器運送至某一橋墩上方
<2.5>進行訊號收集
<2.6>以汽車將拖車與量測儀器運送至某一橋面版跨度中央處
<2.7>進行訊號收集
3. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止未發動，橋梁上無任何行車。
4. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止未發動，橋梁上行車正常。
5. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止但發動，橋梁上行車正常。
6. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車已 10km/hour 等速前進，橋梁上 行車正常。
評估的結果係建議採用方式 4或方式5的量測方式，理由說明 如下：移動式量測法 (方式1~方式2)的優點為機動性佳、儀器可以 設置於車上不須搬動，滿足利用單一儀器快速量測多個橋梁的目 的，缺點則有量測結果受路面粗糙度、車速影響過大，且行車經 過收縮縫時 (通常即為橋墩正上方)，路面不平經常造成巨大的振 動，因此，欲藉由行車經過橋墩上方時所取得之極短的振動訊號，
且經常伴有巨大的非預期振動來源，正確判讀出橋墩頻率的困難 度過高，故上述量測方式不列入建議。
非直接量測法 (方式4或5)，相較於移動式量測法，缺點為機 動性稍不理想 (因試驗車輛必須短暫停止且需定平)，需時較移動 式量測法稍久，優點則為儀器設置於車上，不須搬動，具有相當 程度的機動性，經檢查上述兩個量測方式之結果，以方式 4的結果 較為理想，故為建議之振動檢測模式。
2.3 橋梁振動檢測儀器介紹
港灣 技術研 究中 心目前既 有 之振動檢 測設備 為 速度計 1組，
如圖 2.3所示，並有資料集錄系統擷取軟(硬)體1套。以下對(加)速
度 計及 資料 集錄系 統擷取軟 (硬)體性能(或功能)之描述內容係根
據港研所採購時之規範 (規定)，本研究團隊將針對下述功能逐一
進行評估。
圖 2.3 速度計[16]
(加)速度計之內部構造如圖2.4及圖2.5所示。其中，速度計為 伺服器型三軸速度計，可進行一般微動測量，地震觀測與健康檢 查；並可記錄大量波形資料，可觀察一般地震至中小型地震，可 保存 30天之連續量測紀錄(一張CF卡)及160小時的觸發紀錄，可單 獨或數台使用，如圖 2.6所示 [16] 。
圖 2.4 加速度計內部構造[16]
圖 2.5 速度計內部構造[16]
圖 2.6 速度計之單獨(左)或多台(右)使用[16]
加速度計之功能略同速度計，惟加速度計可觀測之地表震動 範圍為自微震至強震。
資料集錄系統擷取軟 (硬)體具有以下功能：
1. 可供系統佈放設定、資料存取格式轉換、即時連線資料顯示及 圖形資料顯示。
2. Binary資料轉換為ASCII資料檔輸出。
3. 自記式資料下載、資料格式轉換。
4. 即時回傳資料顯示及歷史資料顯示。
5. 感應器時間序列資料顯示。
2.4 橋墩基礎裸露與橋梁結構振動關係
本計畫初步蒐集橋墩基礎裸露與振動相關文獻如下 : 1. 橋墩基礎裸露對橋梁結構振動反應之影響 [8]
此研究首先利用數值分析，說明橋墩基礎裸露對基礎本身與 橋梁上部結構振動反應之影響。並於台三線汶水橋進行現地振動 量測，利用頻譜分析與易損指數，實際探討橋墩基礎裸露所造成 橋梁上部結構振動特性之變化。並建立汶水橋振動單元模型進行 模態分析與動態歷時分析，藉以驗證現地振動量測之結果。此研 究顯示，量測橋梁上部結構振動反應確有助於評估橋墩基礎之裸 露情況。
2. 利用振動頻率判別橋墩基礎裸露之可行性研究 [6]
此 研 究 利 用 現 地 實 驗 及 數 值 模 擬 探 討 振 動 頻 率 判 別 橋 墩 基 礎裸露或沖刷之可行性。利用廢棄之宜蘭牛鬥橋進行現地實驗，
考慮基礎裸露四米對橋梁振動頻率之影響。透過 Auto-Regressive Vector模式及Auto regressive model模式，分別分析微動及自由振 動量測反應，識別整個橋體及橋墩局部自然振動頻率。試驗結果 顯示，基礎裸露對橋墩局部自然振動頻率有較明顯之影響，但對 整體橋梁之自然振動頻率無明顯之影響。
3. 結構健康監測暨損傷診斷 [7]
此研究考量結構常因混凝土老劣化、外力撞擊、地震或基礎
受掏刷而發生損傷，進而影響結構物健康與使用功能，造成使用
與受損狀態時進行環境微振量測，藉此瞭解基盤條件與結構損傷 對橋墩振動特性之影響。結果顯示，當橋柱發生損傷或基礎發生 弱化時，橋墩結構之自然頻率將明顯下降。此外，此研究利用平 均頻譜分析之方式，以降低振動量測時環境條件與振源特性變化 造成之變異性。
5. 橋墩基礎裸露對橋梁結構振動反應之影響 [5]
此研究針對結構系統的振動反應特性，做為系統識別與損傷 評估，並以台三線汶水橋為實例，進行現地振動量測，採用頻譜 分析與易損指數，實際探討橋墩基礎裸露所造成橋梁上部結構振 動特性之變化。並建立汶水橋振動單元模型進行模態分析與動態 歷時分析，藉以驗證現地振動量測之結果。由此研究成果顯示，
量測橋梁上部結構振動反應有助於評估橋墩基礎之裸露情形。
6. 以振動頻率檢測橋基沖刷 [1][2]
該 研 究 橋 梁 振 動 試 驗 主 要 在 瞭 解 橋 墩 墩 身 之 自 然 振 動 頻 率 與基礎沖刷深度兩者間之關聯性。藉由探討基礎因沖刷可能造成 之頻率變化量，進而評估橋梁沖刷現況。其試驗結果顯示當橋梁 墩柱因沖刷造成墩柱長度增加時，在相同型式的墩柱其頻率將由 高頻往低頻移動。因此利用振動頻率來檢測橋梁沖刷長度，為可 行方向。
7. 創新橋梁監測系統建置試驗研究 [19][20]
國家實驗研究院整合轄下六大中心，研發出「斷橋預警 —雲
端防災互聯網」，其基礎為文獻 [19][20] 之研發成果。評估準則分兩
階段 :第一階段，由颱洪中心運用極短期降雨預報技術，進行降雨
評估，搭配橋梁沖刷模擬，在斷橋危機前六小時提出預警。第二
階段，考量河水沖刷、橋墩裸露問題，由國震中心和晶片中心所
合作製作可感測水流振動感測晶片。當沙土被沖刷、掏空，晶片
露出於水中而發出訊號，即可得知沙土沖刷情形。最後進行分析
與計算，將結果傳送給橋梁管理單位，成為封橋的科學依據。
2.5 小結
上述研究中皆對橋梁進行振動頻率量測與分析，但主要目的
仍為找出沖刷深度對振動頻率之影響，或需投入相當經費於單一
橋梁。因此，如何藉由振動頻率之變化，且考量儀器可移動性之
經濟性問題，進一步對橋梁之安全或危險進行判斷，仍是一項待
解決之課題。
第三章 移動式振動檢測模式驗證
3.1 移動式振動檢測模式驗證
跨河橋梁之耐洪能力主要受到橋梁本身結構、河川環境、水 文條件與河岸防護措施等眾多因素之影響，為一個跨領域的複雜 問題。因此，完整的評估分析通常需要藉助歷年水文資料的收集 與統計分析、橋體非破壞性檢測評估與沖刷深度的丈量或計算等 不同領域的整合使能完成，其分析過程通常十分耗時，在有限的 時間與經費的條件下，若欲對大量的橋梁進行詳細評估，顯然有 執行上的困難。
若橋基受到嚴重的沖刷，則橋墩的振動頻率將隨之下降，許 多 學 者 注 意 到 此 一 現 象 並 針 對 洪 水 前 後 之 橋 墩 頻 率 變 化 率 進 行 研究，冀能藉由此參數之變動，判斷橋梁健康之依據；例如陳正 興等 (2009) [10] 嘗試從頻率的下降程度診斷出結構是否安全或結構 破壞的原因。因此，振動頻率的取得為本檢測的重點項目之ㄧ；
目前量測振動頻率的振動感測器約略可區分為固定式、攜帶式及 移動式三類，固定式係指量測儀器 (如速度計或加速度計)長期安 裝於橋梁結構體上，攜帶式亦須固定安裝於結構體上，惟通常當 試驗完畢之後，即自結構體中移除，屬短期量測；移動式則將量 測儀器安裝於具行動性的交通工具如汽車等；因移動式之量測儀 器並非直接設置於受測結構物上，故亦稱非直接式量測。移動式 設備因不須於每座橋梁架設儀器，故振動感測器的需求數量相對 於固定式或攜帶式量測，可以大幅降低，進而減少檢測的整體經 費，缺點則有 (1)無法建立長時監測資料，(2)台灣目前相關技術並 不成熟，仍需時間開發及 (3)所量測的振動頻率因設備置於車中，
其精準度尚待確認。
當橋梁現場傳送的振動訊號送達資料整合的電腦時，尚需分
析工具對訊號進行處理，以模態分析為例，一般可分為頻域法及
時域法兩種；頻域法有傳統的傅立葉轉換 (Fouier Transform)及正
規 化 平 均 Welch頻譜法；時域法則有隨機空間識別法(Stochastic Subspace ID)。一般儀器廠商均針對自家儀器進行分析工具軟體的 開發，因此，選擇量測儀器時，應將軟硬體之各項功能一併列入 考量。
以下將針對 (1).橋梁檢測與乘載評定之文獻回顧、(2).移動式 非破壞性振動檢測可行性評估及 (3).現地試驗結果等分別說明。
3.1.1 橋梁檢測與承載評定之文獻回顧
目前我國眾多公路橋梁因建造已達一定時間，各結構元件已 呈現老化、劣化等問題，並且，由於地理位置的因素，地震及颱 風發生的機率相對較高，兩者所伴隨的土石流及洪水問題也相對 嚴重，加上海島型氣候的影響，混凝土結構中的鋼筋具有腐蝕劣 化的潛在可能，以上種種，導致台灣的橋梁於使用壽命內經常需 要花費相當的經費維護，鑑此，橋梁檢測的技術與應用便顯得相 當重要；橋梁檢測可確認橋梁各元件損害程度、並據此判斷是否 需要補強計畫，且完整的檢測資料建立有助於後續既有橋梁承載 能力之評定。
一般而言，檢測與承載評定可細分為三階段：橋梁檢查、橋 梁荷載試驗及評定分析。橋梁檢查包含橋梁各項歷史資料的收集，
如建造年代與相關規範、歷史最高洪水位及結構形式及材料種類。
橋梁檢查可以目視檢測或以非破壞性檢測進行，目前台灣橋梁檢
查以「台灣地區橋梁維護管理系統 TBMS」 [13] 來進行檢測作業之
容宜於作業早期即予整合； (2)實物調查比較，即由實際交通情況 之統計資料，判定橋梁之承載力，為動態荷載評定法之ㄧ； (3)實 物荷載實驗法，如車行載重試驗；陳正興等 (2009) [12] 利用車行載 重試驗觀察到當橋梁結構因外力受到損害時，結構參數會隨著改 變，其中又以振動頻率最為明顯，進一步針對洪水水位與頻率之 關係進行定性的觀察，並於荷重試驗時，將橋梁受力機制區分為 以下三類進行結構的頻率量測： (a)樁帽與基樁均埋置於土層中、
(b)樁帽裸露而基樁未裸露與(c)兩者均裸露。上述規劃的重點在於
探討當不同洪水位沖刷橋梁基礎時的頻率反應，該理論可應用於
當封橋管制之後，以頻率變化作為是否開放通行之參考依據。
3.1.2 移動式非破壞性振動檢測可行性評估
移 動 式 非 破 壞 性 振 動 檢 測 擁 有 潛 在 的 經 濟 效 益 及 本 身 具 有 的機動性之優點，即使如此，此法亦有無法建立長期監測資料之 缺點。不過如前所述，此法為橋梁檢測之新技術與概念，仍有許 多重要的關鍵點需要加以驗證，說明如下：
1.因量測儀器係裝置於車輛之中，其所接收之訊號的傳遞媒 介包含了橋梁及車子本身，惟橋梁工程師僅對橋梁部分有興趣，
故需確認所收集的震動訊息確實包含橋梁的部分。例如先前的研 究，主要以墩柱振動頻率之變化作為橋量沖刷程度的判斷依據。
移動式量測因儀器係裝置於車上，推測其所得之振動頻率大多來 自於橋面板，此頻率是否可作為判斷指標，應列入觀察重點，因 此，本計畫於後續的現地試驗中，將儀器同時設置於墩柱與非墩 柱部分，並比較數據用以驗證於非墩柱設置儀器是否仍可以取得 墩柱的振動頻率。
2. 所取得之振動頻率是否具有隨洪水前後(沖刷前後)而變 化的特質。因為現地試驗受限於洪水是否發生之條件 (例如若執行 計畫該年並無洪水與沖刷情事 )，無法確定墩柱頻率變化的趨勢，
因此，本計畫擬定於台大水工試驗所進行縮尺寸試驗，驗證沖刷 深度與振動頻率間的關係。
根據 以 上考量， 本計 畫將應 用先前港 研中心 100年度建立之
「移動式振動檢測模式」 [15] 與其他檢測方式進行相關課題的研究。
振動檢測的方式眾多，於進行現地檢測前，應先確認適合的檢測
於本年度的檢測。以下先說明檢測方式的分類原則：
1. 有無外力作用於橋梁：可分為兩類:(1)等速動態載重試驗(有)及(2) 微振量測 (無)。(1)項中，外力來源又可分為大型卡車(6 噸)、小型休 旅車 (1.5 噸)及小型自用車(1.5 噸)三種；外力作用於橋梁之速度有 10 公里/小時、20 公里/小時及 40 公里/小時等。
2. 儀器是否直接置於橋梁結構體上，則可分為以下兩類；(1)直接量測 (有)及(2)非直接量測(無)；直接量測係指量測儀器直接置於橋梁結 構體上，非直接量測係指量測儀器置於小自客或無動力拖車 (斗)中。
3. 量測儀器移動與否，則可以分為移動式與靜止式量測；其中，移動 式量測中，儀器可能設置於小型自用車之行李箱中或小拖車上。靜 止式量測時，儀器可能設置於橋面板橋墩上方處、小自客後行李箱 中及小拖車中。
綜合 上 述，本計 畫團 隊於 100年度已進行評估的試驗項目計 有：
(1) <等速動態載重法 - 非直接量測 - 移動>
(2) <等速動態載重法 - 非直接量測 - 靜止>
(3) <等速動態載重法 - 直接量測 - 靜止>
(4) <微振法 - 非直接量測 - 靜止>
(5) <微振法 - 直接量測 - 靜止>
另、根據定義，以下三種組合為不可能實現之情形：
(6) <等速動態載重法 - 直接量測 - 移動>：若為直接量測，
表示儀器係直接設置於橋梁結構體上，則儀器自然不可能為移 動狀態。
(7) <微振法 - 非直接量測 - 移動>：既然是微振法，表示沒 有外力來源，如此，沒有具移動性之車輛可提供儀器放置。
(8) <微振法 - 直接量測 - 移動>：理由同第七個量測法。
以上各檢測方式的名稱過長，進一步精簡如下：
(1) <移動式量測法>
(2) <等速動態載重法 - 非直接量測>
(3) <等速動態載重法 - 直接量測>
(4) <微振法 - 非直接量測>
(5) <微振法 - 直接量測>
其中，經觀察知，在五個試驗法中，僅有第一個量測法其儀 器為移動形式，故精簡為 <移動式量測法>；而第二個至第五個試 驗則其儀器均為靜止狀態，故省略。
本團 隊曾於 100年交通部運輸研究所「橋梁通阻檢測分析模
式建立之研究」 [15] 計畫中，曾對四座橋梁進行五次試驗，各個試
驗之目的及關係如下表 3-1所示。
表 3-1 各橋梁試驗之目的及關係
橋梁名稱 試驗重點 試驗結果 相對應措施
1. 牛鬥橋
(1)測 試 將 量 測 儀 器 置 於 車 內 的 可 行 性(移 動 式 量 測 法 之 可 行 性 評 估)(2)確 認 港 研 提 供 之 儀 器 與 本 團 隊 操 作 該 儀 器 之 準 確 性
(1)<移動式量測法 >
之 可 行 性 尚 無 法 由 此 次 試 驗 結 果 驗 證 。
(2)本 團隊 操作 港研 儀 器 之 準 確 性 已 確 認
(1) 於 思 源 橋 試 驗 中 再 次 測 試< 移 動 式 量 測 法> 之 可 行 性 ， 並 改 用 加 速 度 計 作 為 量 測 儀 器
2. 思源橋
驗 證<移 動 式 量 測 法 >之 準 確 性
以 加 速 度 置 於 車 內 確 可 量 測 橋 梁 振 動 ， 準 確 性 尚 待 驗 證
於 執 信 橋 試 驗 之<
移 動 式 量 測 法>中，
增 加 無 動 力 小 拖 車 之 試 驗 ， 並 加 大 外 力 來 源( 卡 車 ) 以 增 加 試 驗 成 功 之 機 率
3. 執 信 橋 (第一次)
(1)非 直 接 量 測 法 可 行 性 探 討
(2)外加載重(等速動態 載 重 法)對 量 測 結 果 影 響 之 探 討
(3) <移動式量測法>可 行 性 再 探 討
(1)非 直接 量測 法確 實 可 行(橋面板)，橋 墩 方 面 ， 仍 有 改 善 空 間
(2)外 加載 重對 量測 結 果 有 正 面 效 果 ， 以 車 速20公里 /小時 最 佳
(3)因 一般 小自 客之 高 阻 尼 特 性 ， 不 適 用 於< 移 動 式 量 測 法>中，加設無動力 小 拖 車 ， 為 較 可 行 之 方 案
(1)先 行估 算東 勢大 橋 之 振 動 頻 率 ， 若 仍 與 現 租 用 之 小 拖 車 相 近 ， 應 另 行 設 計 或 尋 找 其 他 小 拖 車
4. 執 信 橋 (第二次)
沖 刷 前 後 頻 率 之 比 較 (前 提 為 今 年 的 雨 量 對 執 信 橋 確 有 沖 刷 的 事 實)
兩 次 量 得 之 頻 率 並 無 明 顯 之 不 同 ， 原 因 為 今 年 的 降 雨 量 並 未 對 執 信 橋 造 成 顯 著 之 沖 刷
5. 集集橋
增 加 試 驗 案 例 之 資 料 數順 利 完 成 資 料 收 集
本團 隊另於 102年交通部運輸研究所「移動式橋梁振動檢測
及訊號分析與傳輸通報系統」 [16] 計畫中，因鑒於若可在不影響交
通的情形下可取得振動頻率，應為較理想的檢測方式，故此次檢 測相較於前次試驗，主要是增加這項考量。此研究的檢測方式說 明如下；
1. 儀器(速度計)直接置於橋面版上，橋梁上無任何行車。
2. 儀器(速度計)直接置於橋面版上，橋梁上行車正常。
3. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止未發動，橋梁上無 任何行車。
4. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止未發動，橋梁上行 車正常。
5. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車靜止但發動，橋梁上行 車正常。
6. 儀器(速度計)置於小拖車上，汽車已10km/hour等速前進，
橋梁上行車正常。
若上述各方法均可行，最佳選擇之優先順序為： 6、5、4、3、
2、1；上述順序亦反映出各量測法中，對訊號的干擾程度。
第 6個量測法為最優先選擇主因為其符合機動性佳、儀器可
以設置於車上不須搬動，且不需進行任何交通管制計畫，除滿足
利用單一儀器快速量測多個橋梁的目的，對交通衝擊最小且對施
作性最佳；第 5個量測法相較於第6個量測法，其量測過程中，除
機動性稍為不理想 (因試驗車輛必須短暫停止但不需熄火)，需時
較第一個量測方法稍久，但有相當程度的機動性，且同樣地，因
以上各量測方法進一步精簡如下：
1. <直接-無行車>
2. <直接-有行車>
3. <間接-無行車-靜止-未發動>
4. <間接-有行車-靜止-未發動>
5. <間接-有行車-靜止-發動>
6. <間接-有行車-移動>
以上名稱與先前相近，目的在於精簡各試驗名稱，增加本報
告之閱讀性。此三座橋梁試驗之重點與結果如下表 3-2所示。
表 3-2 各橋梁試驗結果
橋梁名稱 試驗代碼 試驗重點 試驗結果
6.台中東勢大 橋
2、4、6
尋找最佳量測方式 (1) 試驗方式 2 與 4 的結果較接近7.台中天福大 橋
1、2、3、4、6
比對橋上有無行車對頻譜之影響 (1) 試驗方式 1~4 的結果接近，橋上是 否有車輛通行，對第 一振態(小於 5Hz)的 讀取並沒有太大的影 響(2) 小拖車似乎具 有過濾超過10Hz 水 流向振動的機制
8.苗栗西湖大 橋
1~6
1.比對橋上有無行車對頻譜之影響2.增加試驗資料 3.比對汽車發動引擎 對頻譜之影響
(1) 雖然試驗方式 1~4 的結果相對接 近，但已不符合t test (2) 引擎發動對第 一振態(小於 5Hz)的 讀取並沒有太大的影 響
