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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曹駿
研究生(外文):Jun Cao
論文名稱:高屏溪斜張橋由振態性質變化進行健康監測之研究
論文名稱(外文):Study of Kao Ping Hsi Cable-Stayed Bridge Health Monitoring from Changes in Modal Parameters
指導教授:賴國龍賴國龍引用關係陳建州陳建州引用關係
指導教授(外文):Gwo-long LaiChien-Chou Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:健康監測斜張橋振態
外文關鍵詞:health monitoringcable-stayed bridgevibration modes
相關次數:
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高屏溪斜張橋為國內目前最長的斜張橋,於921地震中雖未有重大損害;但若於未來使用過程中產生損壞而未察覺,進而發生無預警之結構坍塌時,將會造成難以估計的損失,所以有必要定期進行橋梁健康監測,以預防可能發生的危險
。本論文運用SAP2000程式建置高屏溪斜張橋的分析模式,先找出於活載、軸向地震力、側向地震力及沉陷超載時的臨界斷面,接著使用XTRACT軟體模擬臨界斷面的配筋和計算出其開裂彎矩、降伏彎矩和極限彎矩,再使用SAP2000分析破壞前後頻率和振形的改變情形,探討由振態性質變化進行高屏溪斜張橋健康監測之可行性。

研究結果顯示,高屏溪斜張橋在活載重和沉陷量超載時,側跨預力混凝土箱型梁可能產生破壞,但振態分析結果顯示此主梁的局部損壞並不會造成結構振動週期的明顯改變,可推斷不太可能由振態性質的變化來偵測此類型之破壞。而在軸向與側向地震力超載時,由於破壞點位於橋塔上,所導致之振動週期的改變量較為明顯,因此有可能利用高屏溪斜張橋自然頻率的量測做為是否已因地震力過大而造成橋塔結構之損壞。
The Kao Ping Hsi Bridge is the longest cable-stayed bridge in Taiwan. Although there was no damage to this bridge during the 921 earthquake, the Kao Ping Hsi Bridge is possible to be damaged in the future. In case that the damage is not found and accumulated, abrupt collapse of the bridge could happen and result in sever life and financial losses. Therefore it is necessary to carry out routine structural health monitoring of the Kao Ping Hsi Bridge. This study conducts a series of structural analyses of the Kao Ping Hsi Bridge using the SAP2000 program. First, the critical sections of the bridge when subjected to various overloading cases are found. Then the XTRACT program is used to analyze these critical sections and determine their cracking moment, yielding moment, and ultimate moment. After identifying the locations of damage for various overloading cases, the natural frequencies and mode shapes for the original and damaged structures are calculated to study whether it is possible to detect these damages from the changes in modal parameters of the Kao Ping Hsi Bridge.

The results of this study show that the prestressed concrete girder of the Kao Ping Hsi Bridge would be damaged in the overloading cases of live load and settlement. However, the modal parameters of the damaged bridge are almost unchanged, which demonstrates that it is impossible to detect this kind of damages from the changes in modal properties. Comparatively, in the cases of overloaded axial and lateral earthquake forces, the damages in the pylon result in apparent changes in vibration periods. Therefore it should be feasible to detect if the pylon of the Kao Ping Hsi Bridge is damaged due to large seismic loadings by measuring modal data of the bridge.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 國內外相關研究概況 2
1.3 研究方法 6
1.4 內容介紹 7
第二章 高屏溪斜張橋概述 8
2.1 橋台與基礎 10
2.2 橋塔與基礎 11
2.3 主梁 12
2.4 斜張鋼纜系統 14
2.5 特殊支承系統 18
第三章 橋梁結構分析之模擬 20
3.1 SAP2000軟體簡介 20
3.2 高屏溪斜張橋結構分析模式 21
3.3 邊界條件模擬 23
第四章 臨界斷面強度容量估算 26
4.1 臨界斷面位置推估 26
4.2 橋塔及主梁斷面容量估算 31
4.2.1 XTRACT軟體簡介 31
4.2.2 斷面分析參數設定 32
4.2.3 橋塔節點1280 32
4.2.4 橋塔節點1290 37
4.2.5 橋塔節點1300、1310和1320 40
4.2.6 主梁節點52及64 42
4.3 剪力榫 46
4.4 A1橋台的縱向水平鋼纜 49
第五章 結構可能破壞模式及振態分析 51
5.1 高屏溪斜張橋原結構之振態分析 51
5.2 活載重超載 59
5.3 軸向(X向)地震力超載 61
5.4 側向(Y向)地震力超載 64
5.5 沉陷過量 67
第六章 結論與建議 68
6.1 結論 68
6.2 建議 69

參考文獻 70

表 目 錄
表4.1 節點1280的彎矩容量 35
表4.2 節點1290的彎矩容量 38
表4.3 節點1300、1310和1320考慮圍束時的彎矩容量 41
表4.4 主梁節點52和64的彎矩容量 44
表5.1 原高屏溪斜張橋前20振態週期和參與質量比 52
表5.2 高屏溪斜張橋活載超載時破壞的情形 60
表5.3 節點52勁度折減(IY)時前20個振態週期的改變 60
表5.4 高屏溪斜張橋軸向地震力超載時破壞的情形 62
表5.5 節點1320勁度折減(IY)時前20個振態週期的改變 63
表5.6 高屏溪斜張橋在側向地震力超載時的破壞情形 65
表5.7 節點1320勁度折減(IX)時前20個振態週期的改變 66



圖 目 錄
圖2.1 高屏溪斜張橋構造配置平面圖[16] 9
圖2.2 高屏溪斜張橋構造配置立面圖[16] 9
圖2.3 主橋A1橋台構造斷面圖[16] 11
圖2.4 主橋橋塔立面圖[16] 12
圖2.5 主橋標準斷面圖[16] 14
圖2.6 斜張鋼纜構造圖[16] 16
圖2.7 斜張鋼纜斷面圖[16] 16
圖2.8 主橋鋼纜配置圖[16] 17
圖2.9 橋塔側視圖[16] 17
圖2.10 橋台構造透視圖[16] 18
圖3.1 高屏溪斜張橋分析模式3D視圖 22
圖3.2 分析模式主梁節點編號 22
圖3.3 A1橋台平面圖[16] 24
圖3.4 P2橋墩平面示意圖[16] 25
圖4.1 橋塔臨界斷面位置圖 28
圖4.2 橋主梁臨界斷面位置圖 29
圖4.3 主塔節點1280的斷面配筋圖及補強鋼筋圖 32
圖4.4 主塔側視圖 33
圖4.5 用XTRACT模擬橋塔節點1280之分析模式 34
圖4.6 橋塔節點1280的斷面彎矩-曲率圖(MXX) 35
圖4.7 橋塔節點1280的斷面彎矩-曲率圖(MYY) 35
圖4.8 主塔節點1290配筋圖 36
圖4.9 用XTRACT模擬橋塔節點1290之分析模式 37
圖4.10 橋塔節點1290的斷面彎矩-曲率圖(MXX) 38
圖4.11 橋塔節點1290的斷面彎矩-曲率圖(MYY) 38
圖4.12 主塔節點1300配筋圖 39
圖4.13 用XTRACT模擬橋塔節點1300之分析模式........................41
圖4.14 預力混凝土主梁斷面配筋圖 42
圖4.15 用XTRACT模擬主梁節點52之分析模式 43
圖4.16 用XTRACT模擬主梁節點64之分析模式 43
圖4.17 主梁節點52的斷面彎矩-曲率圖(MXX) 44
圖4.18 主梁節點64的斷面彎矩-曲率圖(MXX) 44
圖4.19 A1橋台平面圖[16] 46
圖4.20 P2橋墩平面示意圖[16] 47
圖4.21 剪力榫的XTRACT分析模式 47
圖4.22 剪力榫的斷面彎矩-曲率圖(MYY) 48
圖4.23 主橋A1橋台構造斷面圖[16] 49
圖5.1 高屏溪斜張橋振動模態1之反應 52
圖5.2 高屏溪斜張橋振動模態2之反應 53
圖5.3 高屏溪斜張橋振動模態3之反應 54
圖5.4 高屏溪斜張橋振動模態4之反應 55
圖5.5 高屏溪斜張橋振動模態5之反應 56
圖5.6 高屏溪斜張橋振動模態6之反應 57
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