橋梁檢測基本理論

序

第1 章 橋梁概論與維護管理
1.1 橋梁力學　1-1
1.1.1 橋梁設計載重　1-1
1.1.2 橋梁之載重作用反應　1-4
1.1.3 材料之載重作用反應　1-8
1.1.4 材料力學　1-10
1.1.5 橋梁變位　1-11
1.1.6 橋梁跨徑分類　1-12
1.1.7 主梁與橋面板之接合型式　1-14
1.2 橋梁構件與系統　1-15
1.2.1 橋梁主要構件　1-15
1.2.2 基本構件型式　1-15
1.2.3 連接構件　1-19
1.2.4 橋面板　1-20
1.2.5 上部結構　1-23
1.2.6 支承　1-27
1.2.7 下部結構　1-29
1.3 橋梁材料　1-32
1.3.1 砂石材料　1-32
1.3.2 石灰和水泥材料　1-33
1.3.3 混凝土　1-34
1.3.4 金屬材料　1-37
1.4 橋梁安全維護管理　1-39
1.4.1 橋梁施工監控　1-40
1.4.2 橋梁檢測　1-41
1.4.3 橋梁監測　1-41
1.4.4 橋梁維護與補強　1-42
1.5 參考文獻　1-45

第2 章 橋梁之劣化與損傷
2.1 凝土構材之劣化　2-1
2.1.1 鋼筋腐蝕　2-2
2.1.2 收縮　2-5
2.1.3 鹼質-粒料反應　2-6
2.1.4 硫酸鹽侵蝕　2-7
2.1.5 酸侵蝕　2-8
2.1.6 沉陷及移動　2-9
2.1.7 磨蝕　2-9
2.1.8 凍融　2-10
2.1.9 溫度效應   2-10
2.1.10 突發性加載　2-12
2.1.11 設計錯誤　2-13
2.1.12 施工錯誤　2-15
2.2 鋼構材之劣化　2-18
2.2.1 製造缺陷　2-18
2.2.2 焊接缺陷　2-18
2.2.3 疲勞應力產生之疲勞裂縫　2-23
2.2.4 鋼材之腐蝕   2-24
2.2.5 過大之應力、事故或災害造成變形　2-25
2.2.6 螺栓鬆動或脫落　2-26
2.2.7 塗裝劣化　2-27
2.3 上部結構之損傷模式　2-29
2.3.1 橋面板　2-29
2.3.2 橋面伸縮縫　2-31
2.3.3 大梁　2-33
2.3.4 支承　2-38
2.4 下部結構之損傷模式   2-41
2.4.1 橋墩　2-41
2.4.2 橋台與翼牆　2-43
2.4.3 橋梁基礎　2-44
2.5 特殊橋梁構件之損傷模式　2-48
2.5.1 I 型梁式鋼橋　2-48
2.5.2 箱型梁式鋼橋　2-48
2.5.3 其他型式鋼橋　2-51
2.5.4 預力混凝土橋系統　2-55
2.5.5 斜張橋系統　2-57
2.5.6 懸索橋系統　2-58
2.6 參考文獻　2-60

第3 章 感測器原理
3.1 應變計　3-1
3.1.1 電阻式應變計　3-1
3.1.2 光纖式應變計　3-7
3.2 位移感測器　3-10
3.2.1 磁阻變化式位移感測器　3-11
3.2.2 電阻式位移感測器　3-12
3.2.3 渦電流式位移感測器　3-13
3.2.4 光學式位移感測器　3-14
3.3 速度計　3-16
3.4 加速度計　3-22
3.4.1 加速度計原理　3-22
3.4.1 加速度計型式　3-23
3.5 壓力計定義　3-26
3.5.1 壓力計結構　3-26
3.5.2 壓力感測器種類　3-27
3.5.3 壓力感測器性能與特性　3-29
3.6 流量、流速計　3-31
3.6.1 流速量測　3-31
3.6.2 流量量測　3-33
3.7 溫度計　3-36
3.7.1 電阻式溫度計　3-37
3.7.2 電敏電阻溫度計　3-37
3.7.3 熱電偶溫度計　3-37
3.8 超音波探頭　3-40
3.8.1 壓電效應　3-40
3.8.2 壓電材料　3-40
3.8.3 探頭的基本構造　3-40
3.8.4 壓電材料厚度與頻率　3-41
3.8.5 超音波之近場與遠場　3-41
3.8.6 超音波探頭的種類　3-41
3.9 參考文獻　3-44

第4 章 應力波檢測原理
4.1 應力波理論　4-1
4.1.1 導論　4-1
4.1.2 應力波傳行為　4-1
4.1.3 應力波源特性　4-8
4.2 超音波法　4-13
4.2.1 脈波回波(PE)超音波檢測法之原理及應用　4-13
4.2.2 時差衍射(TOFD)超音波檢測法之原理及應用　4-16
4.2.3 相控陣超音波檢測(PAUT)法之原理及應用　4-19
4.3 敲擊回音法　4-25
4.3.1 敲擊回音法之基本原理(反射波之頻域分析法)　4-25
4.3.2 繞射波時域分析法  4-32
4.3.3 折射波時域分析法  4-38
4.3.4 正規化頻譜分析法　4-45
4.4 音洩法　4-49
4.4.1 音洩法概述　4-49
4.4.2 儀器設備　4-50
4.4.3 音洩事件的位置估算　4-53
4.4.3 音洩法目前的應用　4-57
4.5 衝擊反應法　4-60
4.5.1 方法概述　4-60
4.5.2 基礎理論背景　4-61
4.6 音波回音法　4-65
4.6.1 概述　4-65
4.6.2 基本原理　4-65
4.6.3 試驗設備與方法　4-68
4.6.4 音波回音法之優點與限制　4-70
4.6.5 混凝土波傳速度與品質之關係　4-72
4.7 跨孔音波檢層法　4-73
4.7.1 概述　4-73
4.7.2 基本原理　4-73
4.7.3 試驗設備與方法  4-75
4.6.4 音波回音法之優點與限制　4-78
4.8 平行震測法　4-80
4.8.1 方法概述　4-80
4.8.2 理論背景與修正因數　4-83
4.9 超震波法　4-87
4.9.1 原理方法　4-87
4.10 參考文獻　4-91

第5 章 橋梁結構系統振動檢測基本原理
5.1 纜 索　5-1
5.1.1 鋼纜側向振動行為　5-1
5.1.2 索力與振動頻率之關係式   5-2
5.1.3 小結　5-6
5.2 動力問題基本要素　5-8
5.2.1 單質點系統　5-8
5.2.2 多質點系統　5-8
5.3 下部基礎結構之一維有限元素模擬　5-11
5.3.1 受土壤束制之軸向振動運動方程式　5-11
5.3.2 有限元素數值模擬分析   5-13
5.4 Rayleigh 法近似解　5-15
5.5 含基礎墩柱之簡易模擬　5-17
5.5.1 簡易橋墩模型之自然頻率公式　5-17
5.6 上部結構之檢測　5-19
5.6.1 殘值指標關係的建立　5-19
5.6.2 模態曲率觀念應用於直接損傷定位　5-20
5.7 參考文獻　5-26

第6 章 電磁檢測原理
6.1 透地雷達　6-1
6.1.1 透地雷達電磁波基本理論　6-1
6.1.2 電磁波的波動方程式　6-2
6.1.3 電磁波入射與反射行為　6-3
6.1.4 電磁波之基本特性  6-4
6.1.5 電磁波之解析能力　6-6
6.1.6 電磁波波速分析相對介電常數　6-7
6.1.7 電磁波反射界面分析相對介電常數　6-8
6.1.8 單一鋼筋尺寸分析原理　6-10
6.1.9 雙排鋼筋尺寸分析原理　6-12
6.1.10 鋼筋界面反射電壓分析原理　6-14
6.2 渦電流　6-16
6.3 磁力檢測法　6-22
6.3.1 基本原理　6-22
6.3.2 磁化現象　6-22
6.3.3 檢測程序　6-23
6.3.4 檢測注意事項　6-24
6.4 地電阻　6-25
6.4.1 施測方法　6-27
6.4.2 施測參數選定　6-27
6.4.3 探測步驟　6-27
6.4.4 資料處理與解析　6-28
6.5 雷達波　6-32
6.5.1 檢測原理　6-32
6.5.2 現場檢測應注意事項　6-35
6.5.3 檢測應用實例　6-37
6.6 參考文獻　6-42

第7 章 化學反應檢測原理
7.1 氯離子含量　7-1
7.1.1 概述　7-1
7.1.2 影響混凝土氯離子含量因素　7-1
7.1.3 評估混凝土抗氯離子入侵能力的方法　7-2
7.2 中性化　7-5
7.2.1 混凝土中性化反應機制　7-5
7.2.2 混凝土中性化之影響因素　7-5
7.2.3 混凝土中性化深度檢測　7-7
7.2.4 混凝土中性化深度預測　7-9
7.3 腐 蝕　7-12
7.3.1 半電池電位量測法  7-12
7.3.2 線性極化法   7-16
7.3.3 交流阻抗測試法  7-19
7.4 鹼質粒料反應   7-21
7.4.1 鹼-骨材反應機制  7-21
7.4.2 鹼-骨材反應特徵　7-22
7.4.3 影響鹼-骨材反應膨脹的因素　7-25
7.4.4 裂縫特徵　7-30
7.4.5 鹼-骨材反應防制方法　7-31
7.5 參考文獻　7-35

第8 章 光學檢測原理
8.1 3D 雷射掃描法　8-1
8.1.1 三維雷射掃描儀系統　8-1
8.1.2 三維雷射掃描原理　8-1
8.1.3 坐標轉換　8-4
8.2 數位反射式光彈法   8-6
8.2.1 數位反射式光彈法  8-6
8.2.1 差異化數位反射式光彈條紋處理　8-8
8.3 數位照相法　8-11
8.3.1 數位影像量測技術回顧   8-11
8.3.2 二維數位影像相關係數法　8-12
8.3.3 三維數位影像相關係數法  8-15
8.4 參考文獻　8-21

第9 章 放射線檢測原理
9.1 核子密度儀　9-1
9.1.1 多重中子測水公式之推論　9-1
9.1.2 半經驗公式的參數推導及檢測步驟　9-4
9.2 伽瑪射線檢測原理　9-7
9.2.1 基本原理　9-7
9.2.2 伽瑪射線之衰變　9-8
9.2.3 放射線檢測法之強度、距離及時間　9-8
9.2.4 放射線與物質之作用　9-9
9.2.5 底片黑度　9-9
9.2.6 幾何模糊度　9-10
9.2.7 底片品質　9-11
9.3 參考文獻　9-12

第10 章 其他檢測
10.1 切槽應力法-Slotstress　10-1
10.1.1 方法概述　10-1
10.1.2 切槽應力法功能介紹　10-2
10.1.3 切槽應力法現地試驗　10-6
10.2 盲孔法　10-11
10.2.1 反射式光彈法與盲孔法原理　10-11
10.2.3 實際案例探討　10-15
10.3 斷層掃描法　10-19
10.3.1 級數展開法　10-19
10.3.2 惠更斯原理　10-22
10.3.3 線性走時內插法　10-23
10.4 液滲透檢測法　10-25
10.4.1 檢測方式　10-26
10.5 熱感應　10-27
10.5.1 熱放射　10-27
10.5.2 熱傳遞與分析模式　10-28
10.5.3 紅外線影像裝置的原理　10-32
10.5.4 影像處理與應用實例　10-33
10.6 聲納法　10-38
10.6.1 背景與聲納原理　10-38
10.6.2 運用於水下結構物檢測與成像　10-40
10.6.3 困難與解決途徑　10-44
10.7 參考文獻　10-48

第11 章 資料處理與分析
11.1 數據統計法　11-1
11.1.1 分析數據前應注意事項　11-1
11.1.2 數據的基本描述　11-4
11.1.3 常用的檢定方法　11-8
11.1.3 相關性與迴歸分析　11-12
11.2 訊號與影像處理　11-14
11.2.1 波到時間辨識　11-14
11.3 快速傅立葉轉換(FFT)　11-20
11.4 小波轉換(WT)　11-24
11.4.1 小波轉換　11-24
11.4.2 連續小波轉換(CWT) 11-25
11.4.2 離散小波轉換　11-26
11.4.3 小波轉換應用　11-28
11.5 Hilbert-Huang Transform 之基本原理　11-31
11.5.1 Hilbert transform 之定義　11-31
11.5.2 經驗模態分解法11-32
11.5.3 全相經驗模態分解法　11-34
11.5.4 瞬時頻率分析(instantaneous frequency analysis)　11-37
11.6 特徵正交分解　11-44
11.6.1 簡介　11-44
11.6.2 數學理論　11-45
11.6.3 實例應用　11-46
11.7 系統識別　11-52
11.8 參考文獻　11-59

推薦語

　　本書為一系列叢書的「橋梁檢測基本理論」部分，內容針對各種應用於橋梁非破壞檢測方法的原理及來源出處進行解說，使讀者可對照另外「橋梁檢測方法與應用」一書中之技術作更進一步的了解。近代土木工程科技的發展，似乎也在呼應地球永續發展的理念，並積極倡導所謂「跨領域且多元化整合式的生命周期工程」的概念。

　　因此世界各國針對工程系統衰減劣化趨勢的檢監測能力，所應具備的規劃、設計、養護、管理、評鑑、預警的能力，以及延續系統使用年限所需的補強復建技術、減少資源浪費和環境污染的「綠工程（green engineering）」技術及法規等，已積極投注大量的研究發展人力及資源。