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研究生： 張晉瑋
Ching-Wei Chang
論文名稱： 台灣地區鋼筋混凝土橋梁構件劣化模型之建立
Establishment deterioration model for reinforcing concrete bridge in Taiwan
指導教授： 蔣偉寧
Wei-Ling Chiang
許文科
Wen-Ko Su
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： 160
中文關鍵詞： 或然率模型 、橋梁 、劣化
外文關鍵詞： probability model, deterioration, bridge
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    • 隨著台灣經濟的繁榮，各種交通與附屬也跟著大量的興建，其中橋梁的興建更不在話下。但由於台灣為一海島型國家且位於環太平洋地震帶上，再加上交通運輸量也日益增多，種種外在天然因素與人為因素的影響，造成橋梁損壞有日趨嚴重的現象，近幾年來國內也發生多起橋梁損害嚴重或因而倒塌的案例，嚴重威脅到人民的生命財產安全，其中以澎湖跨海大橋因嚴重腐蝕而提前改建和民國八十九年高屏大橋落橋事件最為著名。也因為這些嚴重案例的發生，讓我們了解到必須時時刻刻掌握橋梁健康的資訊，才能避免災害的發生，因此橋梁檢測監測的工作逐漸被人們所重視。
    ??蛝?騧甯?巨銗L先進國家，國內有關橋梁檢測的資料可說是明顯的不足，因此國內尚無法精確的預估橋梁構件損害的趨勢。在本研究中即參考其他國家相關的寶貴經驗，訂定一套屬於國內之鋼筋混凝土橋梁構件損害劣化預估法則，希望能藉由此分析模式作為開端，提供日後橋梁維修與補強之參考依據。本研究之主要的研究目的為：
    1.決定橋梁劣化之環境影響因素。
    2.以D.E.R.&U.目視檢測法之檢測資料配合或然率模型來進行橋梁構件老劣化預測。
    3.提供維修與補強之建議。
    也望藉由檢測評估之同時，累積足夠之橋梁檢測資訊，將台灣地區橋梁管理系統中資訊建構完全，讓橋梁管理決策者能依據相關資料做出最適當的判斷，健全國內橋梁管理機制，使人民生命財產安全受到保障。

    With economic growing in Taiwan, a lot of traffic construction and accessory facilities are established. Doubtless, bridge construction is indispensable in traffic development. However, many natural and man-made elements cause damage to bridges increasingly in Taiwan. Moreover, Taiwan is an island country and located in the seismic belt of Pacific Ocean, which is harmful to the bridges. Another factor is the heavy traffic loading. Due to these, in recent years, there are a number of bridges seriously destroyed and collapsed, which threatens safety of people in life and property. Two typical cases are rebuilt Pong-Hu Crossing-sea Bridge corroded and Kaohsiung-Pingtung Bridge collapsed in 1990. These serious cases enforce us on collecting the information of constructed bridges all the time to avoid tragedies. Therefore, to monitor or test bridges is highly emphasized.
    Compared with other advanced countries in America and Europe, the reference materials of bridges monitoring in Taiwan are still deficiency, so the damage trend of the bridge is still unable to be estimated accurately. In this research, the valuable experience in other countries is referral to set rules for estimating the damage and deterioration of a domestic RC bridge; this research also hopes offering a reference on the maintenance of bridge furthermore. In short, the main research purposes are:
    1. To determine the environmental influence factor of the bridge deterioration.
    2. To predict the deterioration of the bridge, with the measured data from the D.E.R. &U., Visual Inspection Method and the probability model.
    3. To offer suggestions on the maintenance of the bridge.
    The researcher also hopes to accumulate enough bridge measurement information to build an information system for the authority concerned making the most proper judgment, mechanism of bridge management, and making people''s safety of life and property.

    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......................................................3 第二章 橋梁安全性檢測與劣化機制之探討..............................5 2.1 前言..........................................................5 2.2 橋梁安全性檢測................................................7 2.2.1 橋梁檢測評估與補強之重要性................................9 2.2.2 橋梁檢測基本原則.........................................10 2.2.3 橋梁檢測分類.............................................11 2.2.4 橋梁安全性評估...........................................13 2.2.5 橋梁檢測人員之資格及安全規定.............................13 2.3 目視檢測評估準則.............................................15 2.3.1 國內橋梁目視檢測評估方法之介紹...........................16 2.3.2 D.E.R.&U.評估準則........................................17 2.3.2.1 D.E.R.＆U.檢測表格說明及使用方法.....................21 2.3.2.2 D.E.R.&U.評估準則之特色..............................24 2.3.2.3 D.E.R.&U.相關公式介紹................................27 2.4 橋梁構件劣化與損害...........................................29 2.4.1 鋼筋混凝土橋之一般劣化原因...............................30 2.4.2 橋梁主要構件之目視檢測要點...............................39 2.4.2.1 支承墊...............................................39 2.4.2.2 伸縮縫...............................................40 2.4.2.3 橋面版與摩擦層.......................................41 2.4.2.4 主構件...............................................42 2.4.2.5 副構件...............................................43 2.4.2.6 橋台.................................................44 2.4.2.7 橋墩.................................................45 2.4.3 環境腐蝕分區.............................................47 2.4.3.1 國際標準組織之環境腐蝕分區方法.......................48 2.4.3.2 腐蝕指標測試方法.....................................48 2.4.3.3 台灣地區環境腐蝕分區.................................49 第三章 台灣地區橋梁構件劣化模型之建立.............................53 3.1 前言.........................................................53 3.1.1 文獻回顧.................................................53 3.1.2 台灣橋梁問題之探討.......................................55 3.1.3 劣化影響因素之決定與評分給定.............................56 3.1.4 橋梁分析母體分類依據.....................................59 3.2 橋梁結構狀態變化過程之統計分析...............................63 3.2.1 Markov chain(馬可夫鏈)之介紹.............................63 3.2.2 Weibull分佈之介紹........................................65 3.2.3 最大可能推估法...........................................66 3.3 台灣地區鋼筋混凝土橋梁構件劣化模型之建立.....................66 3.3.1 狀態為基礎之劣化模型之建立...............................67 3.3.1.1 分析過程與步驟.......................................67 ? 3.3.1.2 檢測資料之處理.......................................71 ? 3.3.2 時間為基礎之劣化模型之建立...............................72 ? 3.3.2.1 分析過程與步驟.......................................72 ? 3.3.2.2 檢測資料之處理.......................................77 第四章 橋梁構件劣化模型實例分析與成果應用之探討...................79 4.1 現有橋梁檢測資料.............................................79 4.2 支承構件實例分析.............................................82 4.2.1 支承劣化影響因素之決定...................................83 4.2.2 狀態基礎(State-based)之劣化預測模型分析..................88 4.2.3 時間基礎(Time-based) 之劣化預測模型分析..................89 4.3 大梁構件實例分析.............................................92 4.3.1 大梁劣化影響因素之決定...................................93 4.3.2 狀態基礎(State-based)之劣化預測模型......................97 4.3.3 時間基礎(State-based)之劣化預測模型......................99 4.4 伸縮縫構件實例分析..........................................102 4.4.1 伸縮縫劣化影響因素之決定................................103 4.4.2 狀態基礎(State-based)之劣化預測模型.....................107 4.4.3 時間基礎(State-based)之劣化預測模型.....................109 4.5 我國橋梁管理系統............................................114 4.5.1 橋梁構件劣化預測模組....................................116 4.5.2 橋梁維護管理之生命週期成本評估..........................118 4.5.3 國內橋梁整體成本估算方法................................119 4.5.4 研究成果於成本估算上之應用..............................120 第五章 結論與建議.................................................131 5.1 結論........................................................131 5.2 建議........................................................133 參考文獻..........................................................134 附錄 A 橋梁現地檢測常見之H化現象 ................................137 附錄 B 常見劣化現象與劣化程度相對應之評估值 ......................145 附錄 C CLIMAT TEST 實驗結果.......................................152 附錄 D MATLAB 多變數最佳化函數搜尋程式（共軛梯度搜尋法 ...........153 附錄 E 構件之維修工法及維修單價表.................................155 附錄 F 桃園縣台15線與114線橋梁基本資料............................158 表目錄 表2- 1 各橋梁管理單位所管理之橋梁數統計.............................6 表2- 2 橋梁基本資料表...............................................8 表2- 2 橋梁基本資料表(續) ..........................................9 表2- 3 橋梁檢測詳細度分............................................11 表2- 4 橋梁檢測時機分類............................................12 表2- 5 橋梁檢測方法分類............................................12 表2- 6 橋梁檢測方式分類............................................13 表2- 7 依橋梁長度建議之檢測人員編組................................15 表2- 8 D.E.R.＆U.評估準則檢測項目..................................17 表2- 9 D.E.R.＆U.評估準則評分表....................................21 表2-10 D.E.R.＆U.檢測表格橋梁基本資料欄位..........................21 表2-11 D.E.R.＆U.檢測表格一般橋梁檢測項目欄位......................22 表2-12 D.E.R.＆U.檢測表格主跨結構構件檢測項目欄位..................23 表2-13 D.E.R.＆U.檢測表格構件損害說明及建議維修工法欄位............23 表2-14 D.E.R.＆U.檢測表格檢測員意見欄位............................24 表2-15 D.E.R.＆U.目視檢測評估準則各相關指標計算公式介紹............27 表2-16 結構等級損害現象描述與相對應之評分值........................28 表2-17 橋梁劣化之可能型態及機制圖表................................37 表2-18 支承構件劣化現象與劣化程度相對應之評估值....................39 表2-19 伸縮縫構件劣化現象與劣化程度相對應之評估值..................40 表2-20 伸摩擦層構件劣化現象與劣化程度相對應之評估值................41 表2-21 撓曲裂縫與剪力裂縫之劣化現象與劣化程度相對應之評估值........43 表2-22 基礎沖刷之劣化現象與劣化程度相對應之評估值..................44 表2-23 混凝土一般劣化現象與劣化程度相對應之評估值..................45 表2-24 橋梁構件劣化之情形及可能原因................................46 表3- 1 氣候分區表..................................................60 表3- 2 橋梁管理系統橋梁基本資料與檢測資料..........................62 表3- 3 台北縣下龜山橋伸縮縫構件檢測相關資料........................71 表3- 4 台北縣下龜山橋支承構件檢測相關資料..........................78 表4- 1 橋梁所在縣市與道路等級統計表................................79 表4- 2 支承型式統計表..............................................80 表4- 3 主梁型式統計表..............................................81 表4- 4 伸縮縫型式統計表............................................81 表4- 5 支承構件各狀態改變情形......................................82 表4- 6 支承分析以道路等級分類所得之狀態改變比率表..................83 表4- 7 支承分析以交通量(ADT)分類所得之狀態改變比率表...............84 表4- 8 支承分析以竣工年度分類所得之狀態改變比率表..................85 表4- 9 支承分析以結構型式分類所得之狀態改變比率表..................85 表4-10 支承分析以腐蝕區域分類所得之狀態改變比率表..................86 表4-11 支承分析以支承型式分類所得之狀態改變比率表..................86 表4-12 大梁構件各狀態改變情形......................................93 表4-13 大梁分析以道路等級分類之狀態改變比率表......................94 表4-14 大梁分析以交通量(ADT)分類之狀態改變比率表...................94 表4-15 大梁分析以竣工年度分類之狀態改變比率表......................95 表4-16 大梁分析以結構型式分類之狀態改變比率表......................95 表4-17 大梁分析以腐蝕區域分類之狀態改變比率表......................96 表4-18 大梁分析以主梁型式分類之狀態改變比率表......................96 表4-19 伸縮縫構件各狀態改變情形...................................102 表4-20 伸縮縫分析以道路等級分類之狀態改變比率表...................103 表4-21 縮縫分析以交通量(ADT)分類之狀態改變比率表..................104 表4-22 伸縮縫分析以竣工年度分類之狀態改變比率表...................104 表4-23 伸縮縫分析以結構型式分類之狀態改變比率表...................105 表4-24 伸縮縫分析以腐蝕區域分類之狀態改變比率表...................105 表4-25 伸縮縫分析以伸縮縫型式分類之狀態改變比率表.................106 表4-26 模組輸入資料...............................................117 表4-27 模組輸出資料...............................................118 表4-28 伸縮縫維修工法及維修單價...................................122 表4-29 橋梁21項檢測項目之權重表...................................125 表4-30 桃園縣台15線之橋梁劣化機率參考指數表.......................126 表4-31 桃園縣114線之橋梁劣化機率參考指數表........................127 表4-32 桃園縣台15線之橋梁劣化機率參考指數與CI值排序...............128 表4-33 桃園縣114線之橋梁劣化機率參考指數與CI值排序 ...............129 表B- 1 劣化現象與劣化程度相對應之評估值...........................145 表B- 1 劣化現象與劣化程度相對應之評估值(續1) .....................146 表B- 1 劣化現象與劣化程度相對應之評估值(續2) .....................147 表B- 1 劣化現象與劣化程度相對應之評估值(續3) .....................148 表C- 1 西部海岸佈放點及腐蝕指標...................................149 表C- 2 離海岸10Km之佈放點及腐蝕指標...............................150 表C- 3 離海岸25Km之佈放點及腐蝕指標...............................151 表C- 4 花東海岸的腐蝕指標.........................................152 表E- 1 支承維修工法及維修單價.....................................155 表E- 2 大梁維修工法及維修單價.....................................155 表E- 3 橋墩墩體維修工法及維修單價.................................155 表E- 4 伸縮縫維修工法及維修單價...................................156 表E- 5 橋面版維修工法及維修單價...................................156 表E- 6 橋台維修工法及維修單價.....................................157 表F- 1 桃園縣台15線34座橋梁基本資料...............................158 表F- 1 桃園縣台15線34座橋梁基本資料(續1)..........................159 表F- 2 桃園縣114線18座橋梁基本資料................................160 圖目錄 圖2- 1 橋梁構件一般檢測程序圖......................................18 圖2- 2 橋梁檢測作業流程圖..........................................19 圖2- 3 橋梁檢測評估系統............................................20 圖2- 4 鹼骨材反應(含氧化矽與氧化鋁之活性骨材)......................31 圖2- 5 混凝土剝落、鋼鍵外露蝕(混凝土含有超量氯離子)................31 圖2- 6 落橋、剪力破壞(地震)........................................33 圖2- 7 混凝土剝落、鋼筋外露蝕(保護層不足及水流沖刷)................33 圖2- 8 剪力及撓曲裂縫(車輛超載)....................................34 圖2- 9 混凝土剝落修復(火害)........................................35 圖2-10 摩擦層表面出現車轍現象......................................35 圖2-11 交通事故造成欄杆的斷裂......................................36 圖2-12 海洋環境腐蝕指標等位圖(a)與工業環境蝕指標等位圖(b)..........49 圖2-13 Autodesk Map Guide系統之海洋環境腐蝕指標等位圖(a)與工業環境 蝕指標等位圖(b).............................................50 圖2-14 Autodesk Map Guide系統之海洋環境腐蝕指標等位圖(a)與工業環境 蝕指標等位圖(b)與橋梁相關位置關係圖.........................51 圖3- 1 九二一地震後台灣地區震區劃分圖..............................61 圖3- 2 狀態基礎之劣化預測模型-Poisson Regression Model.............70 圖3- 3 時間基礎之劣化預測模型-Weibull Distribution.................76 圖4- 1 支承構件維持在狀態等級一下之或然率曲線圖(p11)...............91 圖4- 2 支承構件由狀態等級一下降至狀態等級二之或然率曲線圖(p12).....91 圖4- 3 支承構件在狀態等級一下之危害率曲線圖........................92 圖4- 4 大梁構件維持在狀態等級一下之或然率曲線圖(p11)..............100 圖4- 5 大梁構件由狀態等級一下降至狀態等級二之或然率曲線圖(p12)....101 圖4- 6 大梁構件在狀態等級一下之危害率曲線圖.......................101 圖4- 7 伸縮縫構件維持在狀態等級一下之或然率曲線圖(p11)............110 圖4- 8 伸縮縫構件由狀態等級一下降至狀態等級二之或然率曲線圖.......110 圖4- 9 伸縮縫構件在狀態等級一下之危害率曲線圖.....................111 圖4-10 老街溪橋橋墩墩體之分析結果.................................112 圖4-11 老街溪橋止震塊/拉桿之分析結果..............................112 圖4-12 老街溪橋副構件(橫隔梁)之分析結果...........................113 圖4-13 老街溪橋橋面版之分析結果...................................113 圖4-14 橋梁管理系統基本架構.......................................114 圖4-15 台灣地區橋梁管理系統主要模組功能架構圖.....................115 圖4-16 伸縮縫構件最佳維修檢測時間區間圖...........................121 圖4-17 整體橋梁最佳維修時間圖.....................................123 圖4-18 支承構件於5年時所對應之劣化機率值(p12).....................124 圖4-19 完整分析流程圖.............................................130 圖A- 1 橫隔梁劣化現象.............................................137 圖A- 2 橋墩帽梁劣化現象(1) .......................................137 圖A- 3 橋墩帽梁劣化現象(2) .......................................138 圖A- 4 橋墩帽梁劣化現象(3) .......................................138 圖A- 5 墩柱劣化現象...............................................139 圖A- 6 排水孔劣化現象.............................................139 圖A- 7 伸縮縫劣化現象(1) .........................................140 圖A- 8 伸縮縫劣化現象(2) .........................................140 圖A- 9 伸縮縫劣化現象(3) .........................................141 圖A-10 支承劣化現象...............................................141 圖A-11 翼牆劣化現象...............................................142 圖A-12 河道劣化現象...............................................142 圖A-13 橋台劣化現象...............................................143 圖A-14 橋面版劣化現象(1) .........................................143 圖A-15 橋面版劣化現象(2) .........................................144 圖A-16 橋面版劣化現象(3) .........................................144

    參 考 文 獻
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