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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/64248
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor楊永斌
dc.contributor.authorTing-Fu Chaoen
dc.contributor.author趙鼎夫zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T17:36:48Z-
dc.date.available2013-08-19
dc.date.copyright2012-08-19
dc.date.issued2012
dc.date.submitted2012-08-15
dc.identifier.citationBu, J.Q., Law, S.S., and Zhu, X.Q. (2006), “Innovative bridge condition assessment from dynamic response of a passing vehicle,” Journal of Engineering Mechanics, 132:1372-1379.
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吳峰賓(民國99年),「考慮路面粗糙度與車輛非線性勁度於橋頻間接量測法之模擬分析」,國立台灣大學土木研究所碩士論文,楊永斌教授指導。
李育謙(民國100年),「濾波技巧於橋梁頻率間接量測法之應用」,國立台灣大學土木研究所碩士論文,楊永斌教授指導。
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/64248-
dc.description.abstract橋梁頻率為一項十分重要的振動參數,反應著橋梁結構勁度的改變。由於相對振態和阻尼而言,頻率比較容易擷取,因此橋頻的量測法在過去已有成熟的發展。以往橋頻量測的方式是將感應器直接佈置在橋樑上,由感應器接收橋梁動力反應,透過紀錄之數據分析,可得到橋頻資訊,此法稱為橋頻直接量測法。近年來,另一種量測方式改善了直接量測法的缺點,提供更具機動性且經濟性,稱為橋頻間接量測法。此法之概念是將感應器安裝在移動的車輛上,利用車輛行駛通過橋梁,間接地分析記錄到的車體動力反應,從中擷取出橋梁頻率。利用其快速且可攜式的優勢,可在天然災害後更迅速的量測橋梁頻率,第一時間判斷出橋梁勁度變化並推估受損情況,提供工程師作破壞檢測及安全評估的參考依據。
本研究之目的為結合數值模擬與現地試驗,從這兩個面向瞭解橋頻間接量測法的意涵,透過對路面粗糙度及車輪彈跳等實際會遭遇的現象進行數值模擬,探討對橋頻間接量測法的影響。其次,利用直接模型更新法(direct updating method)來釐清車體動態性質,可供未來數值模擬之運用。最後利用隨機子空間識別法及奇異譜分析搭配頻譜圖的方式,分析三座實際橋梁的訊號,以提升橋頻識別之品質。並針對所使用的分析方法提出幾點結論。
zh_TW
dc.description.abstractBridge frequency is an essential dynamic parameter, which reflects the change in structural stiffness of the bridge. Since it is easier to capture the frequency in comparison with the mode shape and damping ratio, methods for measuring bridge frequencies have been well developed in the past. Traditionally, the bridge frequencies are analyzed from the dynamic response of the bridge, which was recorded via the vibration sensors directly mounted on the bridge. Such an approach has been referred to as the direct approach.
In recent years, another approach has been proposed to overcome the defects of the direct approach, it provides a more efficient and economical way for measuring the bridge frequencies. Such an approach was called the indirect approach.
The concept of the indirect approach is to mount the vibration sensor on a moving vehicle, and to capture the bridge frequencies indirectly from the response of vehicle recorded during its travel over the bridge. Due to its advantage in speed and movabilty, engineers are able to make safety assessment on the bridge of concern at a short time based on the bridge frequencies obtained by this approach.
The objective of this study is to explore further in the indirect approach by using the numerical simulation to evaluate the effects of road roughness and transient jump of wheels, as well as to enhance the applicability of the indirect approach by processing the signals recorded from three bridges with the Stochastic Subspace Identification technique.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T17:36:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-101-R99521226-1.pdf: 8276976 bytes, checksum: 3f352e1e9ca7d1989350a7214f7b2089 (MD5)
Previous issue date: 2012
en
dc.description.tableofcontents目錄
摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XV
第一章 導論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 4
1.3 論文架構 4
第二章 橋梁頻率間機量測法之理論基礎 7
2.1 前言 7
2.2 理論基礎-車橋互制系統之理論解 7
2.2.1 數學模型理論解-解析解 9
2.2.2 數學模型理論解-半解析解 13
2.3 數學模擬 16
2.4 有限元素動力分析 18
2.5 經典例題驗證與比較 21
2.6 小結 30
第三章 考慮路面粗糙度及車體彈跳之影響 31
3.1 前言 31
3.2 路面粗糙度之模擬 31
3.3 考慮路面粗糙度之數值模擬 33
3.4 考慮路面粗糙度下之車橋動力分析 35
3.4.1 模擬車輛行駛於含路面粗糙度之簡支梁橋 35
3.4.2 車輛行駛於光滑橋面與粗糙橋面之比較 41
3.4.3 考慮含路面粗糙度下車速與車體質量之影響 43
A. 參數設定 43
B. 分析結果 43
3.5 車輪彈跳問題之模擬 51
3.6 考慮車輪彈跳下之車輛與橋梁運動方程式 52
3.7 考慮車體彈跳下之車橋動力分析 56
3.8 小結 61
第四章 模態更新法於車橋互制系統之應用 63
4.1 前言 63
4.2 新式直接模型更新法(New Direct Model Updating Method) 63
4.2.1 直接模型更新法 63
4.2.2 同步直接模型更新法 67
4.3 數值案例 69
4.4 間接量測試驗車之介紹 73
4.4.1 車體試體 73
4.4.2 雙軸型試驗車 74
4.4.3 單軸型試驗車 84
4.5 直接模型更新法於試驗車之應用 96
4.6 小結 101
第五章 現地量測資料之訊號處理 103
5.1 前言 103
5.2 短時傅立葉(Short Time Fourier Transform, STFT) 103
5.3 奇異譜分析(Singular Spectrum Analysis, SSA) 104
5.3.1 奇異譜分析演算法(Singular Spectrum Analysis Algorithm) 105
5.3.2 SSA於現地量測訊號之應用 107
5.4 隨機子空間識別法(Stochastic Subspace Identification, SSI) 108
5.4.1 隨機狀態空間模型(Stochastic State-space Models) 108
5.4.2 相關式隨機子空間識別法(SSI-COV) 112
5.4.3 穩定圖(Stabilization diagram) 114
5.5 現地量測訊號處理 115
5.5.1 深坑平埔橋 115
5.5.2 瑞芳介壽橋 124
5.5.3 士林橋 137
5.6 小結 143
第六章 結論與未來展望 144
6.1 總結論 144
6.1.1 車橋互制系統解析解 144
6.1.2 粗糙度及車輪彈跳所引致的現象 144
6.1.3 車體特性之釐清 144
6.1.4 橋頻之識別方法 145
6.2 未來展望 146
參考文獻 148
圖目錄
圖 2.1 懸浮質量行駛於簡支橋示意圖 9
圖 2.2 VBI元素 18
圖 2.3 橋梁中點位移反應歷時圖(解析解與數值解) 23
圖 2.4 橋梁中點速度反應歷時圖(解析解與數值解) 23
圖 2.5 橋梁中點加速度反應歷時圖(解析解與數值解) 24
圖 2.6 車輛位移反應歷時圖(解析解與數值解) 24
圖 2.7 車輛速度反應歷時圖(解析解與數值解) 25
圖 2.8 車輛加速度反應歷時圖(解析解與數值解) 25
圖 2.9 橋梁中點位移反應歷時圖(半解析解與數值解) 26
圖 2.10 橋梁中點速度反應歷時圖(半解析解與數值解) 26
圖 2.11 橋梁中點加速度反應歷時圖(半解析解與數值解) 27
圖 2.12 車輛位移反應歷時圖(半解析解與數值解) 27
圖 2.13 車輛速度反應歷時圖(半解析解與數值解) 28
圖 2.14 車輛加速度反應歷時圖(半解析解與數值解) 28
圖 2.15 車輛加速度反應頻譜圖:(a) 頻率由0至10 Hz,(b) 頻率由10至40 Hz 29
圖 3.1 含路面粗糙度之VBI元素 35
圖 3.2 路面粗糙度:(a)全段橋面粗糙度,(b) 細部橋面粗糙度 37
圖 3.3行經最佳路面:(a) 車輛加速度歷時圖,(b) 頻譜圖 38
圖 3.4行經次佳路面:(a) 車輛加速度歷時圖,(b) 頻譜圖 39
圖 3.5行經一般路面:(a) 車輛加速度歷時圖,(b) 頻譜圖 40
圖 3.6車橋互制力與粗糙度引致之動力反應:(a) 車輛加速度歷時圖 (b) 頻譜圖 42
圖 3.7 車速4 m/s下行經粗糙橋面之動力反應 45
圖 3.8車速8 m/s下行經粗糙橋面之動力反應:(a) 加速度歷時,(b) 頻譜圖 46
圖 3.9 車速10 m/s下行經粗糙橋面之動力反應:(a) 加速度歷時,(b) 頻譜圖 47
圖 3.10 車重100 kg下行經粗糙路面之動力反應:(a) 加速度歷時,(b) 頻譜圖 48
圖 3.11車重300 kg下行經粗糙路面之動力反應:(a) 加速度歷時,(b) 頻譜圖 49
圖 3.12 車重500 kg下行經粗糙路面之動力反應:(a) 加速度歷時,(b) 頻譜圖 50
圖 3.13 含車輪之數值模型 52
圖 3.14 車輪狀態圖 55
圖 3.15 未考慮車輪彈跳之車輪加速度歷時圖 58
圖 3.16 考慮車輪彈跳下之Hertz 彈簧變位歷時圖 58
圖 3.17 考慮車輪彈跳下之車輪加速度歷時圖 59
圖 3.18 考慮車輪彈跳下之車體加速度頻譜圖 59
圖 3.19 考慮車輪彈跳下之車體加速度頻譜圖m_v=1000 kg) 60
圖 4.1 三層剪力結構物 71
圖 4.2 雙軸型試驗拖車 76
圖 4.3 雙軸型試驗拖車尺寸示意圖:(a) 俯視,(b) 側邊 77
圖 4.4 雙軸型試驗拖車感應器設置示意圖 78
圖 4.5 地面感應器設置示意圖 78
圖 4.6 地面微振加速度:(a) 歷時圖,(b) 頻譜圖 79
圖 4.7 雙軸試驗車-後輪軸垂直振動加速度:(a) 歷時圖,(b) 頻譜圖 80
圖 4.8 雙軸試驗車-前輪軸垂直振動加速度:(a) 歷時圖,(b) 頻譜圖 81
圖 4.9 雙軸試驗車-左右滾動振動:(a) 頻譜圖,(b) 相角圖 82
圖 4.10 雙軸試驗車-動力試驗加速度:(a) 歷時圖,(b)頻譜圖 83
圖 4.11 單軸試驗拖車 (a) 車體,(b) 放置配重塊 86
圖 4.12 單軸試驗拖車微振動試驗之感應器安裝位置圖(接上前連結桿): 87
圖 4.13 單軸試驗拖車詳細規格圖(unit:cm): 88
圖 4.14 微振動頻譜圖-垂直方向(地面) 89
圖 4.15 微振動頻譜圖-垂直方向(前方) 89
圖 4.16 微振動頻譜圖-垂直方向(中央) 90
圖 4.17 微振動頻譜圖-俯仰方向(前方) 90
圖 4.18 微振動頻譜圖-俯仰方向(中央) 91
圖 4.19 微振動頻譜圖-俯仰方向(後方) 91
圖 4.20 單軸試驗拖車靜力試驗簡支梁形式示意圖 92
圖 4.21 微振動相對相位圖-俯仰方向(前方與中央) 93
圖 4.22 微振動相對相位圖-俯仰方向(前方與後方) 93
圖 4.23 微振動頻譜圖-滾動方向(右方) 94
圖 4.24 微振動頻譜圖-滾動方向(中央) 94
圖 4.25 微振動頻譜圖-滾動方向(左方) 95
圖 4.26 微振動相對相位圖-滾動方向(右方與左方) 95
圖 4.27 垂直雙自由度試驗車數值模型 100
圖 4.28 垂直及俯仰自由度試驗車數值模型 100
圖 5.1 平埔橋間接量測法加速度歷時圖(時速2 km/hr,車重146 kg) 117
圖 5.2 平埔橋間接量測法加速度頻譜圖(時速2 km/hr,車重146 kg) 117
圖 5.3 平埔橋間接量測法加速度時頻圖(時速2 km/hr,車重146 kg) 118
圖 5.4 平埔橋間接量測法SSI穩態圖(帶通濾波器:0.2 Hz~40 Hz) 118
圖 5.5 極點7加速度頻譜圖 119
圖 5.6 極點7加速度歷時圖 119
圖 5.7 極點1加速度頻譜圖 120
圖 5.8 極點1加速度歷時圖 120
圖 5.9 極點18加速度頻譜圖 121
圖 5.10 極點18加速度歷時圖 121
圖 5.11 平埔橋間接量測法加速度歷時圖(時速4 km/hr,車重146 kg) 122
圖 5.12 平埔橋間接量測法加速度頻譜圖(時速4 km/hr,車重146 kg) 122
圖 5.13 平埔橋間接量測法SSI穩態圖(帶通濾波器:0.2 Hz~40 Hz) 123
圖 5.14 介壽橋間接量測法加速度歷時圖(隨機車流量大) 126
圖 5.15 介壽橋間接量測法加速度頻譜圖(隨機車流量大) 126
圖 5.16 介壽橋間接量測法加速度時頻圖(隨機車流量大) 127
圖 5.17 介壽橋間接量測法SSI穩定圖(帶通濾波器:0.2 Hz~20 Hz) 127
圖 5.18 極點7加速度頻譜圖 128
圖 5.19 極點7加速度歷時圖 128
圖 5.20 極點1加速度頻譜圖 129
圖 5.21 極點1加速度歷時圖 129
圖 5.22 極點12加速度頻譜圖 130
圖 5.23 極點12加速度歷時圖 130
圖 5.24 極點12加速度頻譜圖 131
圖 5.25 極點12加速度歷時圖 131
圖 5.26 介壽橋間接量測法加速度歷時圖(隨機車流量小) 132
圖 5.27 介壽橋間接量測法加速度頻譜圖(隨機車流量小) 132
圖 5.28 平埔橋間接量測法加速度時頻圖(隨機車流量小) 133
圖 5.29 介壽橋間接量測法SSI穩定圖(帶通濾波器:0.2 Hz~20 Hz) 133
圖 5.30 極點1加速度頻譜圖 134
圖 5.31 極點1加速度歷時圖 134
圖 5.32 極點3加速度頻譜圖 135
圖 5.33 極點3加速度歷時圖 135
圖 5.34 極點11加速度頻譜圖 136
圖 5.35 極點11加速度歷時圖 136
圖 5.36 士林橋間接量測法加速度歷時圖(時速2 km/hr,隨機車流量大) 138
圖 5.37 士林橋間接量測法SSI穩定圖(時速2 km/hr,隨機車流量大) 138
圖 5.38 士林橋間接量測法加速度歷時圖(時速2 km/hr,隨機車流量小) 139
圖 5.39 士林橋間接量測法SSI穩定圖(時速2 km/hr,隨機車流量小) 139
圖 5.40 士林橋間接量測法加速度歷時圖(時速4 km/hr,隨機車流量大) 140
圖 5.41 士林橋間接量測法SSI穩定圖(時速4 km/hr,隨機車流量大) 140
圖 5.42 士林橋間接量測法加速度歷時圖(時速4 km/hr,隨機車流量小) 141
圖 5.43 士林橋間接量測法SSI穩定圖(時速4 km/hr,隨機車流量小) 141
圖 5.44 士林橋間接量測法加速度歷時圖(時速8 km/hr,隨機車流量大) 142
圖 5.45士林橋間接量測法SSI穩定圖(時速8 km/hr,隨機車流量大) 142
表目錄
表 3.1 位移功能密度函數值 33
表 3.2 車輛及橋梁參數設定 36
表 3.3在不同狀態下車輪及橋梁受力形式 55
表 3.4車體、車輪及橋樑參數設定 57
表 4.1 結構物參數設定 71
dc.language.isozh-TW
dc.subject橋梁頻率zh_TW
dc.subject現地試驗zh_TW
dc.subject隨機子空間識別法zh_TW
dc.subject奇異譜分析zh_TW
dc.subject車輪彈跳現象zh_TW
dc.subject路面粗糙度zh_TW
dc.subject橋頻間接量測法zh_TW
dc.subjectindirect approach for measuring the bridge frequenciesen
dc.subjectbridge frequenciesen
dc.subjectField testsen
dc.subjectStochastic Subspace Identification techniqueen
dc.subjectSingular Spectrum Analysisen
dc.subjecttransient jump of wheelen
dc.subjectroad surface roughnessen
dc.title橋梁頻率間接量測法之數值模擬與實驗訊號處理zh_TW
dc.titleIndirect Method for Measuring Bridge Frequencies: Numerical Simulation and Noise Treatment for Experimentsen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear100-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee張荻薇,王寶璽,朱聖浩
dc.subject.keyword橋梁頻率,橋頻間接量測法,路面粗糙度,車輪彈跳現象,奇異譜分析,隨機子空間識別法,現地試驗,zh_TW
dc.subject.keywordbridge frequencies,indirect approach for measuring the bridge frequencies,road surface roughness,transient jump of wheel,Singular Spectrum Analysis,Stochastic Subspace Identification technique,Field tests,en
dc.relation.page154
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2012-08-15
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept土木工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:土木工程學系

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