計 畫 名 稱:結合感測、系統識別及健康診斷技術探討外在環境因素對現有橋梁結構所造成之威脅程度及可能破壞預警模式之建構(II)
主管單位:交通部中央氣象局(地震)
執行單位:國立台灣大學
執行期間:101年01月~101年12月
年度:101年
核定經費:900仟元
計畫主持人:羅俊雄
中文摘要:

台灣由於地理環境特殊,經常受到天然災害的襲擊,其中包括地震、颱風、洪水與土石流等等,因此重要的基礎建設,例如校舍、橋梁、與隧道等等,其安全性以及耐久性便成為相當重要的議題。以橋梁為例,近年來有許多橋梁在颱風侵襲期間因為暴漲的溪水或土石流沖蝕,導致橋面板的陷落以及橋體的損壞,造成人命傷亡與經濟損失。因此當務之急除了針對現有橋梁進行整體安全性評估之外,將來更需要發展準確與可靠的橋梁監測系統,對橋梁的安全性進行監測,並在橋梁損害發生與倒塌之前提供預警訊息,以減少人命與經濟的損失。為了實踐以振動量測為基礎的橋梁安全監測平台,先前之研究以無線感測模組對宜蘭牛鬥橋及關渡橋進行長期監測,並採用遞迴性隨機子空間分析法(Recursive Stochastic Subspace Identification, RSSI)對收集之量測訊號進行分析,達到橋梁監測之目的。

本研究之目的在發展一套有效且快速之結構健康診斷之工具,去進行正在使用中之結構(含橋梁),利用常態反應之量測資料,進行模態分析 (Operational Model Analysis, OMA) 及其特徵(features) 判別方法之研究。並利用所識別之特徵,同時亦一併進行該結構之快速損壞檢測。對收集到之量測訊號之系統識別方法,以達到即時(almost real-time)及上線(on-line)分析方式進行,配合遞迴性隨機子空間分析法(Recursive Stochastic Subspace Identification, RSSI-DATA &RSSI-COV)進行識別外,探討以減少運算時間為主,達到即時監測之目的。研究中並針對SSI之方法探討分析模式所使用之参數不確定性造成對識別結果之變異進行討論,以期正確識別結構物之動態特徵。而在快速損壞檢測之研究,以探討不同損壞指標對結構損壞檢測之敏銳度為主。研究方法將應用於實驗室縮尺橋梁實驗之沖刷試驗,同時亦嘗試在現地進行橋梁測試,整合此分析軟體於無線感測器內,進行橋梁結構之微振量測。以期發展準確與可靠的橋梁監測系統,對橋梁的安全性進行監測,並在橋梁損害發生與倒塌之前提供預警訊息。

報告內容分兩部份:常態監測及異常狀態下損壞評估。本報告首先將針對探討不同損壞指標對結構損壞檢測之敏銳度為主。研究中推導出四種損傷指標,強調以移動窗函數技術以快速及振動反應量測記錄進行分析,即時提供預警訊息。研究中亦以大型水工實驗進行驗証。報告中亦包含檮梁常態監測之振動頻率與環境因素之關聯。並將此技術應用於關渡橋之振動量測上。Part 1: Modeling of Environmental Effects for Vibration-based SHM Using Recursive Stochastic Subspace Identification Analysis; Part 2: Develop On-Line Damage Detection Methods of Bridges under Abnormal Conditions.

關鍵詞
:火山地質、監測、地質圖、火山氣體、溫泉 地熱監測


重要工作項目:1. 整合外在環境因素與外力(微振、車載、地震與溫度等) 對橋梁振動
特性之影響。並建構橋梁損壞之最適化監測系统研發及在實務上之
應用。
2. 整合橋梁所在之流域資訊、環境因素與橋梁動態特性,建構橋梁預
警監控平台。其架構如下圖所示。
預期具體成果及效益:1.建立Real Time 橋梁監測系統,即時回報橋梁現況。
2.配合分析程式之植入於無線量測系統內,可迅速進行建物之健康診斷,提供
預警效果。
3.提升及改善現有橋梁監測系统並配合流域之監測,以最適化流域監測及橋梁
監測,建置有效的橋梁監測系统 。
4.建置多重災害資訊整合系统及資訊傳訊機制,配合決策系统提昇橋梁預警系
统。
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