預(yù)力預(yù)力實驗儀器與架構(gòu)

將高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)試體吊掛于橫桿上，使成自由梁結(jié)構(gòu)。儀器部份，采用另一組頻譜分析儀（SIGLAB）搭配沖擊錘與加速度計。選擇外力型式為點力型沖擊力，以鋼質(zhì)沖擊錘為驅(qū)動器、加速度計為感測器；量測方式則選擇移動沖擊錘、固定加速度計方式。

沖擊錘、加速度計、頻譜分析儀等以專用導(dǎo)線連接，組成實驗架構(gòu)。實驗所使用之實驗儀器及型號（雙頻道頻譜、型號：SIGLA；沖擊錘、型號：PCBSN10；加速度、型號：PCB352；曲線嵌合、型號：ME；）。三種不等長雙平板搭接之單螺栓接合結(jié)構(gòu)實驗架構(gòu)、實驗設(shè)備架構(gòu)概念。

進(jìn)行前處理計算本研究在“箱梁節(jié)塊的斷面計算”及“預(yù)力鋼腱配置的坐標(biāo)計算”采用web-based application概念，提供使用者在網(wǎng)際網(wǎng)路上操作，并將計算成果儲存于伺服端資料庫。

預(yù)力前處理計算的便利性

web-based application可跨平臺，任何操作系統(tǒng)只要能打開瀏覽器都能實時使用，不需要公司的IT人員維護(hù)每一臺PC上的軟件，可節(jié)省IT人員的時間以及維護(hù)成本，任何地點、任何時間都可以輕松操作，使用接口學(xué)習(xí)容易，資料集中管理。本研究將前處理資料計算建置在主從式網(wǎng)頁架構(gòu)的客戶端，將計算所得資料寫入伺服端的資料庫，讓不同使用者可以在網(wǎng)際網(wǎng)路上操作箱梁斷面及預(yù)力鋼腱配置等計算，其計算所得資料藉由已制定的資料庫格式分別儲存于資料表，以達(dá)成web-based application的便利性及資料處理的一致性。

此做法與工程師在自己的PC上計算及儲存資料等作業(yè)方式大大不同，傳統(tǒng)作業(yè)方式的計算成果的質(zhì)量必須由工程師經(jīng)驗累積及細(xì)心程度決定，且計算成果是分散的資料，較難達(dá)到資料處理的一致性。如web-based application設(shè)在公司內(nèi)部intranet的Server端，可提供給公司同仁使用，也能兼具教育訓(xùn)練的功能，新進(jìn)同仁只要知道簡單的輸入值代表的意義就能上手，資深同仁如有更好的想法，想擴(kuò)充功能，也可不斷精進(jìn)web-based application的應(yīng)用范圍。

預(yù)力資料保存的完整性

資料管理技術(shù)已從早先人工管理、文件系統(tǒng)管理等階段，演進(jìn)到現(xiàn)在的資料庫管理系統(tǒng)。資料庫是集中、統(tǒng)一的儲存、管理資料系統(tǒng)，這個系統(tǒng)會規(guī)定資料之間的關(guān)聯(lián)，可減少資料的重復(fù)性，避免同一時間對同一筆資料的更改及資料儲存的唯一性。本研究的web-based application在計算所得箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標(biāo)信息，皆儲存于資料庫，該資料庫在后續(xù)2D、3D繪圖應(yīng)用及結(jié)構(gòu)分析的前處理上，對預(yù)力計算作業(yè)的質(zhì)量及效能有很大的提升。對不同的使用者可設(shè)定不同的管理權(quán)限，如結(jié)構(gòu)分析的用戶可新增及修改資料庫內(nèi)容，而繪圖的使用者僅能閱讀資料庫內(nèi)容。

預(yù)力自動化繪圖系統(tǒng)的制作與整合

研究將商用繪圖軟件（AutoCAD）與箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標(biāo)資料庫整合，提供了自動化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預(yù)力鋼腱配置3D空間模型”等功能。繪圖是一件瑣碎繁重的工作，因為工程師要熟知繪圖功能的種種技巧，如像素指令line、circle、3Dface及編輯指令zoom、trim、extend等，且需以飛快的速度操控輸入工具（如滑鼠、數(shù)位板），大量且重復(fù)使用繪圖指令，才能迅速完成圖面及符合工作上的要求，在此種緊繃的繪圖狀態(tài)下，工程師很容易工作疲勞而出錯，且除了自己小心檢視外，并無Double check機(jī)制。基于簡化繪圖程序及提升繪圖效率，AutoCAD因此發(fā)展AutoCAD VBA整合開發(fā)環(huán)境，藉由撰寫宏程序，將繪圖指令所需的尺寸及參數(shù)由連結(jié)資料庫取得該等參數(shù)，即可完成自動化繪圖，此為參數(shù)化繪圖的概念，且由于個人計算機(jī)近年來硬體效能顯著提升，促使商用繪圖軟件AutoCAD參數(shù)化3D繪圖功能更強(qiáng)化。以AutoCAD內(nèi)建了整合開發(fā)環(huán)境VBA，整合箱梁斷面及鋼腱配置等在3D空間坐標(biāo)資料庫及參數(shù)化繪圖技術(shù)，自動化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預(yù)力鋼腱配置3D空間模型”，尤其在預(yù)力鋼腱配置的3D空間模型的計算精度以實際尺寸每10厘米（考量硬件效能及用戶可接受程度所定的值）取一點計算，這在傳統(tǒng)人工繪圖上是無可比擬的。

本系統(tǒng)從預(yù)力計算流程自動化的角度出發(fā)，其自動化內(nèi)容可分為五個部份：

預(yù)力前處理資料建立資料庫

在網(wǎng)頁上記錄施工單元的基本資料、計算箱梁斷面及配置鋼腱坐標(biāo)，并將所有計算得出的資料建立資料庫分別存放基本資料表、箱梁斷面資料表及鋼腱坐標(biāo)資料表。

預(yù)力鋼腱位置3D模型建立

傳統(tǒng)鋼腱配置僅能藉由X-Y、X-Z平面坐標(biāo)檢核鋼腱配置是否正確，本研究系將三維空間坐標(biāo)利用繪圖軟件（AutoCAD）提供的3D繪圖指令自動匯入AutoCAD模型空間，用戶可以迅速藉由3D鋼腱配置模型檢核其配置位置是否正確。

預(yù)力產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔

工程師在完成預(yù)力鋼腱配置后，可在Excel進(jìn)行預(yù)力分析施工步驟排程，即針對現(xiàn)場施工步驟的模擬，每一混凝土節(jié)塊施筑分為三個步驟，移動工作車至定位、組模及澆置混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)完成后施拉預(yù)力鋼腱。工程師安排好施工步驟，輔以撰寫宏程序產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔。

預(yù)力預(yù)力計算后處理資料分析

由ABI預(yù)力分析程序輸出結(jié)果，檢核鋼腱預(yù)力是否符合設(shè)計值、混凝土應(yīng)力是否符合規(guī)范規(guī)定。

預(yù)力產(chǎn)生預(yù)力鋼腱配置施工圖

確認(rèn)鋼腱配置皆符合設(shè)計值后，可直接在繪圖軟件（AutoCAD）直接產(chǎn)生每一混凝土節(jié)塊鋼腱配置剖面圖，并可讀取3D鋼腱坐標(biāo)資料，自動在Excel電子表格制作鋼腱配置坐標(biāo)表。

本實驗之方法、步驟的方式，采取以加速度計作為感測器，搭配以鋼質(zhì)沖擊錘作為驅(qū)動器之轉(zhuǎn)換器組合，并且選擇移動沖擊錘固定加速度計作為擷取振動訊號之方式，對高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析與簡諧分析。實驗方法步驟如下：

（1）將三種不等長雙平板搭接之單高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)長度分別定義為12、15及18個敲擊點，三種形式之高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)沖擊實驗之敲擊點及量測點示意。

（2）將高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)試體以尼龍繩懸掛于橫桿上，使成自由梁結(jié)構(gòu)。將加速度計（PCB352A10）以蜂膠黏貼于各個高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)第一點上作為感器，以鋼質(zhì)沖擊錘作為驅(qū)動器。

（3）將沖擊錘（PCBSN10052）與加速度計以導(dǎo)線接于頻譜分析儀之輸入模組，完成實驗裝置。

（4）在PC螢?zāi)徽{(diào)整輸入畫面，依實驗設(shè)計設(shè)定訊號輸入模式，頻寬設(shè)定5000Hz，平均計算次數(shù)為3次，對于沖擊錘所選擇之加權(quán)函數(shù)為暫態(tài)加權(quán)函數(shù)，而加速度計所選擇之加權(quán)函數(shù)為指數(shù)加權(quán)函數(shù)。不等長雙平板搭接之單高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)敲擊點及量測點5.以鋼質(zhì)沖擊錘于厚度方向（Z方向）施加點力于高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)各個敲擊點上，激振結(jié)構(gòu)。

（5）利用頻譜分析儀對輸入之訊號作快速傅立葉轉(zhuǎn)換所測得之頻率響應(yīng)函數(shù)，再以單自由度法（SDOF）作曲線嵌合，而得結(jié)構(gòu)之自然頻率、阻尼比及模態(tài)振型。

（1）模態(tài)分析結(jié)果，三種不同長度之高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)在三種不同鎖緊預(yù)力下之模態(tài)自然頻率，隨高強(qiáng)度螺栓鎖緊預(yù)力增加而增加之線性變化趨勢，且頻率愈高愈明顯。

（2）簡諧響應(yīng)分析結(jié)果，三種不同長度之高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)在三種不同鎖緊預(yù)力下之皆能得合理之頻率響應(yīng)值，皆能明顯反應(yīng)高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)的特性。

（3）在阻尼比方面，結(jié)構(gòu)之阻尼比在20%與100%鎖緊之狀態(tài)下，除Typea外，大體也隨著鎖緊預(yù)力增加而減少，呈現(xiàn)阻尼比隨高強(qiáng)度螺栓接點剛性增加而減少之現(xiàn)象，因此，量測高強(qiáng)度螺栓接合結(jié)構(gòu)之阻尼比也可作為衡量有無正常鎖緊之參考指標(biāo)。

（4）在檢驗量測方面，目前只進(jìn)行螺栓接合結(jié)構(gòu)之系統(tǒng)分析而得自然頻率、阻尼比與模態(tài)振型特性，未來可嘗試進(jìn)行訊號分析，亦即利用檢驗錘敲擊法檢測螺栓鎖緊程度的響應(yīng)測試，求取聲音響應(yīng)與振動響應(yīng)特性。

（5）在量測點方面，進(jìn)行螺栓接合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)量測時，可進(jìn)一步以探索接近螺栓接點之動態(tài)特性。另一方面也考慮直接量測螺栓（螺帽）之響應(yīng)，如此可直接偵測螺栓鎖緊預(yù)力下之響應(yīng)特性。

（6）在檢驗量測應(yīng)用方面，未來可嘗試進(jìn)行敲擊回音法實驗?zāi)B(tài)分析，以建立一個量化方法來驗證“敲擊回音法檢定鋼結(jié)構(gòu)摩擦接合品質(zhì)”方法之有效性、可信賴性，彌補(bǔ)檢驗錘敲擊法無法定量化的缺點。 2100433B

本系統(tǒng)從預(yù)力計算流程自動化的角度出發(fā)，其自動化內(nèi)容可分為五個部份：

預(yù)力階段前處理資料建立資料庫

在網(wǎng)頁上記錄施工單元的基本資料、計算箱梁斷面及配置鋼腱坐標(biāo)，并將所有計算得出的資料建立資料庫分別存放基本資料表、箱梁斷面資料表及鋼腱坐標(biāo)資料表。

預(yù)力階段鋼腱位置3D模型建立

傳統(tǒng)鋼腱配置僅能藉由X-Y、X-Z平面坐標(biāo)檢核鋼腱配置是否正確，本研究系將三維空間坐標(biāo)利用繪圖軟件（AutoCAD）提供的3D繪圖指令自動匯入AutoCAD模型空間，用戶可以迅速藉由3D鋼腱配置模型檢核其配置位置是否正確。

預(yù)力階段產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔

工程師在完成預(yù)力鋼腱配置后，可在Excel進(jìn)行預(yù)力分析施工步驟排程，即針對現(xiàn)場施工步驟的模擬，每一混凝土節(jié)塊施筑分為三個步驟，移動工作車至定位、組模及澆置混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)完成后施拉預(yù)力鋼腱。工程師安排好施工步驟，輔以撰寫宏程序產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔。

預(yù)力階段預(yù)力計算后處理資料分析

由ABI預(yù)力分析程序輸出結(jié)果，檢核鋼腱預(yù)力是否符合設(shè)計值、混凝土應(yīng)力是否符合規(guī)范規(guī)定。

預(yù)力階段產(chǎn)生預(yù)力鋼腱配置施工圖

確認(rèn)鋼腱配置皆符合設(shè)計值后，可直接在繪圖軟件（AutoCAD）直接產(chǎn)生每一混凝土節(jié)塊鋼腱配置剖面圖，并可讀取3D鋼腱坐標(biāo)資料，自動在Excel電子表格制作鋼腱配置坐標(biāo)表。

全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)雖然有剛度大、抗疲勞、防滲漏等優(yōu)點，但也有一些嚴(yán)重缺點。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反拱過大，在恒載小、活載大、預(yù)加力大且在持續(xù)荷載長期作用下，梁的反拱不斷增大，導(dǎo)致混凝土在垂直于張拉方向產(chǎn)生裂縫，當(dāng)預(yù)加力較大，會在構(gòu)件中沿預(yù)應(yīng)力筋的縱向及錨下產(chǎn)生一些裂縫。

部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是工程實踐的結(jié)果，它是介于全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在工程中不僅充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用，而且利用了非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用，從而節(jié)省了預(yù)應(yīng)力鋼筋，并提高了結(jié)構(gòu)的延性和反復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的能量耗散能力。同時，它也促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計思路的重大發(fā)展，使設(shè)計人員可以根據(jù)結(jié)構(gòu)使用要求來選擇預(yù)應(yīng)力度的高低，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

與全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件相比，部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件有以下特點：

1．節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨具

由于預(yù)壓力相對減小，因此預(yù)應(yīng)力鋼筋用量可以大大減少。從而大大減少了張拉力筋、設(shè)置管道和壓漿等工作量，并減少了錨具的用量，即節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用，又方便了施工。

2．改善結(jié)構(gòu)性能

(1)由于預(yù)加力的減小，使構(gòu)件的彈性和徐變變形所引起的反拱度減小，錨下混凝土的局部應(yīng)力降低。

(2)由于配置了非預(yù)應(yīng)力鋼筋，提高了結(jié)構(gòu)的延性和反復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的能量耗散能力，這對于結(jié)構(gòu)抗震極為有利。

3．計算較為復(fù)雜

部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件需按開裂截面分析，計算較為繁冗。

綜上所述，是采用全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用要求及工程實際來選擇。對于需防止?jié)B漏的壓力容器、水下結(jié)構(gòu)或處于高度腐蝕環(huán)境的結(jié)構(gòu)，以及承受高頻反復(fù)荷載作用而預(yù)應(yīng)力鋼筋有疲勞危險的結(jié)構(gòu)等，需要用全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。而對于恒載相對活載要小的結(jié)構(gòu)，例如中小跨的橋梁，其主梁就適宜采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)?？傊?，是采用全預(yù)應(yīng)力還是部分預(yù)應(yīng)力，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全及適用的原則，因地制宜地選用。