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研究生： 賴明皇
Ming-Huang Lai
論文名稱： 台灣地區公路橋梁特性統計分析之研究
Research of Statistics and Analysis of Characteristics of Roadway Bridges in Taiwan
指導教授： 蔣偉寧
Wei-Ling Chiang
許文科
Wen-Ko Hsu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 169
中文關鍵詞： 橋梁特性 、資料採擷 、劣化狀況
外文關鍵詞： Data Mining, Inferior Situations, Characteristics of Bridges
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    • 中文摘要
    ? 台灣地區因中央山脈高聳縱列、河川多呈東西流向，故南北通行之交通系統均須跨越眾多河川，全國橋梁數目也隨交通建設的推動而與日俱增。由日據時期至今，台灣許多橋梁橋齡已經超過平均使用年限五十年之標準，公路橋梁百分之七十五橋齡在二十年以上，而縣道則幾乎全為二十年以上，由此可知台灣目前整體橋齡已有老化之傾向。
    本研究首先是針對國內橋梁演進特性作概述，並利用台灣地區橋梁管理資訊系統之資料庫作橋梁特性統計分析。另外，以既有之橋梁D.E.R檢測維修資料對國內橋梁劣化狀況作初步之統計分析，最後以資料採擷理論應用於橋梁資料庫之橋梁基本資料及檢測資料之統計分析，試著找出各種橋梁型式中，較常發生之劣化狀況與構件維修狀況，以作為橋梁管理機關日後對於橋梁之維修或補強之參考。本文統計分析結果可供國內橋梁相關檢測維修之初步了解。

    ABSTRACT
    In Taiwan, the sum of bridges have greatly increased during advances of communication because the communication system, which is mainly collateral with the meridian line, has to cross the rivers which mostly flow along the parallel and to evade the high mountains in central area. From the period that Taiwan governed by Japanese till now, many bridges have been used over fifty years, which is the average ultimate expiration date. Besides, three fourth of the bridges on the high ways have been used more than twenty years. Moreover, those bridges on county roads almost have been used over than twenty years. In a result, the entire years of the bridges in Taiwan have a trend toward ageing.
    This research, first of all, is focused on the summary of advanced characteristics of bridges in Taiwan. Furthermore, gather statistics and analyze characteristics of bridges by using the database of the bridges management system in Taiwan. Besides, initially analyze about the inferior situations of the domestic bridges with the established bridges D.E.R inspection and maintenance data. Finally, based on data mining theory, apply this research to the basic data from the bridges database and the statistics of inspection data and attend to discover common situations of the inferiority and the component maintenance that correspond to all kind forms of bridges as the reference to mend and maintain the bridges for the bureau of the management of bridges in the future. The result of the statistics in this research can provide an initial introduction to the related inspection and maintenance of the domestic bridges on the roads as well.

    目 錄 中文摘要...........................................................Ⅰ ABSTRACT...........................................................Ⅱ 目 錄..............................................................Ⅲ 表目錄.............................................................Ⅵ 圖目錄...........................................................Ⅸ 第一章 緒論......................................................1 1.1 研究動機.......................................................1 1.2 研究目的.......................................................2 1.3 研究內容.......................................................2 第二章 台灣地區橋梁演進特性之探討...........................4 2.1 橋梁型式特性之演進............................................4 2.1.1日據時期-混凝土版橋為主....................................4 2.1.2光復初期-公路橋梁通車優先..................................6 2.1.3民國四0年代-預力混凝土橋之引進............................7 2.1.4民國五0年代-預力混凝土橋之改良與普及.....................10 2.1.5民國六0年代-鋼橋之興起...................................14 2.1.6民國七0年代-預力橋梁新工法之引進.........................16 2.1.7民國八0年代-建橋技術走入國際.............................26 2.2 橋梁設計規範之變革...........................................30 2.2.1民國49年之規範...........................................30 2.2.2民國76年之規範...........................................31 2.2.3民國84年之規範...........................................33 2.3 橋梁管理機關分類及管理系統之發展現況.........................37 2.3.1國內橋梁管理機關分類.....................................37 2.3.2 國內橋梁管理系統發展現況.................................40 2.4 橋梁管理系統資料庫之現有橋梁特性分析.........................44 2.4.1橋梁之結構型式統計.......................................44 2.4.2 橋梁之主梁材質統計.......................................48 2.4.3 橋梁之竣工年度統計.......................................50 2.4.4 橋梁之最大跨徑統計.......................................52 第三章 台灣地區橋梁劣化狀況之探討..........................54 3.1 橋梁D.E.R.&U.目視檢測法介紹..................................54 3.1.1 D.E.R.&U.目視檢測法.....................................55 3.1.2 D.E.R.&U.檢測項目及內容.................................56 3.1.3 橋梁狀況指標理論概述.....................................65 3.2 國內橋梁劣化狀況統計分析.....................................67 3.2.1 橋梁劣化之D、E、R值統計..................................67 3.2.2 橋梁狀況指標實例統計.....................................77 3.2.3 橋梁維修項目實例統計.....................................80 第四章 資料採擷於橋梁特性統計之應用......................85 4.1 國外資料採擷之文獻回顧.......................................85 4.2 資料採擷理論之介紹...........................................86 4.2.1資料採擷背景概述 ........................................86 4.2.2資料採擷方法理論簡介.....................................88 4.2.3 群集偵測方法之概述.......................................90 4.3 資料採擷理論於Microsoft SQL SERVER 2000資料庫之應用...........96 4.4 資料採擷實例分析..........................................100 4.4.1 橋梁型式特性之探討......................................101 4.4.1.1 版橋群集之比較......................................105 4.4.1.2 梁式橋群集之比較....................................108 4.4.2 橋梁維修特性之探討......................................113 4.4.2.1 版橋群集之比較......................................115 4.4.2.2 梁式橋群集之比較....................................118 4.4.3 橋梁狀況指標之探討......................................126 4.4.3.1 版橋群集之比較......................................128 4.4.3.2 梁式橋群集之比較....................................130 第五章 結論與建議.............................................133 5.1 結論........................................................133 5.2 建議........................................................134 參考文獻........................................................ 136 附錄A 橋梁基本資料之欄位交叉分析統計表................... 139 附錄B 各縣市政府管養橋梁CI£60列表....................... 146 附錄C 橋梁檢測之維修建議表................................. 152 附錄D 橋梁結構資料型式相異表............................... 157 附錄E 橋梁構件劣化檢測實例................................. 160 表目錄 表2-1 日據時期台北市四座名橋......................................6 表2-2 民國四0年代之特色橋梁......................................8 表2-3 民國五0年代之特色橋梁.....................................10 表2-4 民國六0年代之特色橋梁.....................................14 表2-5 預力混凝土橋新工法之比較...................................22 表2-6 各橋梁管理機關所轄橋梁數目統計.............................37 表2-7 國內橋梁管理機關層級表.....................................39 表3-1 D.E.R.&U.之基本評估原則...................................56 表3-2 目視檢測表格..............................................57 表3-3 橋梁21項檢測項目之權重表.................................66 表3-4 橋梁上部結構D值狀況表....................................69 表3-5 橋梁上部結構E值狀況表....................................69 表3-6 橋梁上部結構R值狀況表....................................70 表3-7 橋梁下部結構D值狀況表....................................74 表3-8 橋梁下部結構E值狀況表....................................74 表3-9 橋梁下部結構R值狀況表....................................75 表3-10 縣市政府所轄橋梁狀況統計表................................78 表3-11 各縣市橋梁狀況統計表......................................79 表3-12 維修項目代碼之檢測記錄筆數................................82 表3-13 維修項目代碼之檢測記錄筆數(續)............................83 表3-14 維修項目代碼之檢測記錄筆數(續)............................84 表4-1 橋梁型式特性之群集2......................................106 表4-2 橋梁型式特性之群集3......................................106 表4-3 橋梁型式特性之群集5......................................106 表4-4 橋梁型式特性之群集1......................................109 表4-5 橋梁型式特性之群集4......................................109 表4-6 橋梁型式特性之群集6......................................110 表4-7 橋梁型式特性之群集7......................................110 表4-8 橋梁維修特性之群集1......................................116 表4-9 橋梁維修特性之群集4......................................117 表4-10 橋梁維修特性之群集2......................................119 表4-11 橋梁維修特性之群集3......................................120 表4-12 橋梁維修特性之群集5......................................121 表4-13 橋梁維修特性之群集6......................................122 表4-14 橋梁維修特性之群集7......................................123 表4-15 橋梁維修特性之群集8......................................124 表4-16 狀況指標之群集1..........................................129 表4-17 狀況指標之群集2..........................................129 表4-18 狀況指標之群集7..........................................129 表4-19 狀況指標之群集3..........................................131 表4-20 狀況指標之群集4..........................................131 表4-21 狀況指標之群集6..........................................132 表4-22 狀況指標之群集8..........................................132 表A-1 管理機關、橋梁總長交叉分析...............................139 表A-2 管理機關、橋面版面積交叉分析.............................140 表A-3 管理機關、道路等級交叉分析...............................141 表A-4 管理機關、竣工年度交叉分析...............................142 表A-5 竣工年度、結構型式交叉分析...............................143 表A-6 竣工年度、主梁型式交叉分析...............................143 表A-7 竣工年度、橋梁總長交叉分析...............................144 表A-8 竣工年度、最大跨距交叉分析...............................144 表A-9 竣工年度、橋面版面積交叉分析.............................144 表A-10 竣工年度、伸縮縫型式交叉分析.............................145 表A-11 竣工年度、支承型式交叉分析..............................145 表B-1 各縣市政府管轄養護橋梁CI£60列表......................146 表C-1 橋梁檢測之維修建議表..................................152 表 D-1 橋梁結構資料型式相異表...................................157 圖目錄 圖2-1 日據時期之橋梁型式分佈圖...................................5 圖2-2 登仙橋.....................................................7 圖2-3 西螺大橋...................................................9 圖2-4 長虹橋....................................................12 圖2-5 關渡大橋..................................................16 圖2-6 節塊推進工法施工示意圖....................................19 圖2-7 支撐先進工法施工示意圖....................................21 圖2-8 施工法之橋梁長度經濟要求..................................23 圖2-9 施工法之跨徑長度經濟要求..................................24 圖2-10 施工法之橋梁長度經濟要求..................................24 圖2-11 碧潭橋...................................................27 圖2-12 高屏溪斜張橋(施工中).....................................29 圖2-13 43年袖珍工程手冊之震度分佈圖.........................31 圖2-14 63年袖珍工程手冊之震度分佈圖.........................31 圖2-15 民國76年耐震規範震區劃分.............................33 圖2-16 民國84年耐震規範震區劃分圖...........................35 圖2-17 民國88年耐震規範震區劃分.............................36 圖2-18 公路總局橋梁管理系統架構圖.............................42 圖2-19 結構型式分佈圖........................................44 圖2-20 三種結構型式與橋梁數、橋長、橋面積之交叉比較...........45 圖2-21 三種結構型式與橋梁總長之交叉比較.......................46 圖2-22 三種結構型式與最大跨距之交叉比較.......................46 圖2-23 三種結構型式與伸縮縫型式之交叉比較.....................47 圖2-24 主梁型式與支承型式之交叉比較..........................48 圖2-25 主梁材質與橋梁數、橋長、橋面積之交叉比較...............48 圖2-26 竣工年度與主梁材質之交叉比較..........................49 圖 2-27 竣工年度與橋梁數、橋長、橋面積之交叉比較...............50 圖2-28 竣工年度與最大跨距之交叉比較.............................51 圖2-29 竣工年度與主梁型式之交叉比較..............................51 圖2-30 竣工年度與主梁材質之交叉比較..............................52 圖2-31 最大跨徑與橋梁總長之交叉比較..............................53 圖2-32 最大跨徑之單跨比例統計圖..................................53 圖3-1 橋梁上部結構D值狀況圖...................................72 圖3-2 橋梁上部結構E值狀況圖...................................72 圖3-3 橋梁上部結構R值狀況圖...................................73 圖3-4 橋梁下部結構D值狀況圖...................................75 圖3-5 橋梁下部結構E值狀況圖..................................76 圖3-6 橋梁下部結構R值狀況圖..................................76 圖3-7 縣市政府所轄橋梁狀況分佈圖...............................78 圖3-8 各縣市橋梁狀況分佈比例圖（依CI值）......................80 圖3-9 維修項目代碼記錄分佈圖....................................81 圖4-1 初始種子決定了初始的群集邊界..............................91 圖4-2 計算新群集的質心..........................................92 圖4-3 每次重覆過程所有群集分配都須重新計算一次..................92 圖4-4 推估步驟..................................................94 圖4-5 最大化步驟................................................94 圖4-6 關聯式資料表..............................................96 圖4-7 選擇資料型別..............................................97 圖4-8 選擇案例資料表............................................97 圖4-9 選擇資料採擷技術..........................................98 圖4-10 選擇索引鍵資料行..........................................98 圖4-11 選擇輸入資料行...........................................99 圖4-12 群集偵測結果.............................................99 圖4-13 橋梁型式群集之結構型式..................................102 圖4-14 橋梁型式群集之主梁型式...................................102 圖4-15 橋梁型式群集之主梁材質...................................102 圖4-16 橋梁型式群集之橋台型式...................................103 圖4-17 橋梁型式群集之橋墩型式...................................103 圖4-18 橋梁型式群集之伸縮縫型式.................................104 圖4-19 橋梁型式群集之支承型式...................................104 圖4-20 RC單跨版橋之伸縮縫型式分佈............................107 圖4-21 RC單跨版橋之支承型式分佈..............................107 圖4-22 RC單跨版橋之橋台型式分佈..............................107 圖4-23 單跨梁式橋之橋梁總長比較.................................111 圖4-24 多跨梁式橋之橋墩型式比較.................................111 圖4-25 梁式橋之橋台型式比較.....................................112 圖4-26 梁式橋之支承型式比較.....................................112 圖4-27 縣巿橋梁之維修項目代碼...................................114 圖4-28 鋼筋混凝土版橋之維修項目分佈圖..........................115 圖 4-29 PCI及RCT型橋之維修項目代碼比較........................125 圖4-30 狀況指標群集之維修項目代碼分佈圖.......................127 圖E-1 人行道混凝土剝落鋼筋裸露鏽蝕............................160 圖E-2 上部結構排水孔部分阻塞造成水流受到阻礙...................160 圖E-3 護欄混凝土剝落嚴重但鋼筋尚未露出.........................161 圖E-4 伸縮縫接縫處有雜屑堆積阻塞影響其功能.....................161 圖E-5 橋墩柱旁烤肉造成混凝土表面變質..........................162 圖E-6 帽梁保護層厚度不足而沿鋼筋銹蝕方向混凝土局部剝落.........162 圖E-7 橫隔梁施工不良造成蜂窩現象..............................163 圖E-8 橋面版保護層厚度不足造成鋼筋銹蝕............ ...........163 圖E-9 橋面版水分滲透造成混凝土表面褪色變質....................164 圖E-10 排水不良造成橋面版混凝土褪色變質且鋼筋銹蝕混凝土剝落.....164 圖E-11 翼牆混凝土表面大範圍剝落生苔.............................165 圖E-12 主梁處呈現蜂窩狀.........................................165 圖E-13 支承墊處之主梁混凝土剝落鋼筋外露銹蝕.....................166 圖E-14 橋墩柱混凝土剝落造成鋼筋外露銹蝕.......................166 圖E-15 伸縮縫漏水造成橋墩混凝土表面褪色變質生苔...............167 圖 E-16 水道雜物堆積妨礙水道暢通...............................168 圖 E-17 護欄混凝土剝落鋼筋外露銹蝕.............................168 圖 E-18 主梁裂縫造成混凝土剝落變質...............................169

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