Assessment of Temperature Effect on Curved Prestressed Concrete Viaduct

由於台灣地狹人稠，在各式各樣的橋梁建設中，為了能覆蓋到大眾活動範圍且有效地進行空間利用，公路用高架橋對於台灣交通的影響力尤其重要。即便台灣早期就有火車及船舶，而現今也已有高速鐵路、飛機等交通方式，仰賴於公路用高架橋其高度機動性，時至今日仍幾乎是連結各大城市的重點建設。 本計畫欲探討曲線型預力混凝土高架橋安全與否，故須先掌握合理的變形起伏幅度。合理的變形要素包含自重影響、車輛載重、溫度效應、正常預力損失等。掌握以上要素後，現場監測之變形量是否安全、變形原因為何等等才有判斷依據。 該研究針對「溫度效應」在曲線型高架橋上三路段模型的影響進行探討，透過Midas Civil軟體建立三組曲線型預力混凝土高架橋模型路段，並以現場一年內溫度計數值搭配公路橋梁設計規範中「台灣地區混凝土箱型梁設計用之正溫梯度曲線」設定模型中橋梁結構溫度變化。最後，透過數值模擬與現場監測結果的比對整合，歸納出三組橋梁路段模型在受到臺灣地區年最高溫度時的變形起伏程度。 從數值分析結果來看，該曲線型高架橋一年內「受溫度影響之最大相對沉陷起伏」約在正負2.5公分之間，若變形程度大與此範圍，則可能為其他影響。將該結果與其他合理變形影響要素整合後可得一個變形量的安全範圍，若日後監測數值超過此範圍，則有必要針對該曲線型高架橋結構安全進行檢驗。This study is to discuss whether the curved prestressed concrete viaduct is safe, therefore we must first grasp a reasonable deformation range. Reasonable deformation factors include self-weight, moving loads, temperature effect, tendon loss and so on. Only after grasping the above elements can we judge whether the degree of deformation of on-site monitoring is safe and what causes the deformation. This study investigated the effects of temperature on three section models on the curved viaduct in Taiwan. The three models were established through Midas Civil and set the change amount of temperature of bridges structure in the models through the thermometer values in a year of the site and the 'Temperature gradient curve for the design of concrete box girders in Taiwan' in the Highway Bridge Design Code. Finally, through the comparison and integration of the numerical simulation and the on-site monitoring results, the deformation of the three groups of bridge vibration units at the annual maximum temperature in Taiwan were summarized. From the results of numerical analysis, the maximum temperature-dependent relative subsidence of this curved viaduct in a year is about ± 2.5 centimeters, if the degree of deformation is greater than this range, there may be other factors. After integrating this result with other reasonable factors of deformation, a safe range of deformation can be obtained. If the monitoring value exceeds this range in the future, it is necessary to carry out inspections on the structural safety of the curved viaducts.目錄 致謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 1 1.3 論文架構 2 1.4 研究流程 3 1.5 文獻探討 4 1.5.1 模型建立 4 1.5.2箱梁溫度分佈 4 第二章 基本假設與分析方法 5 2.1 模型基本假設 5 2.2 分析方法 6 2.2.1 監測資料 6 2.2.2 分析用軟體 10 2.2.3 箱量溫度分佈 10 2.2.4 應變求法 14 第三章 假設驗證 18 3.1 溫度反應呈線性驗證 18 3.1.1 均勻升(降)溫 18 3.1.2 規範梯度升溫 33 第四章 工程及模型介紹 38 4.1 工程內容簡介 38 4.2 分析用橋梁 38 4.3 溫度載重輸入設定 44 4.3.1 均勻升(降)溫 45 4.3.2 線性溫度梯度分佈 45 4.3.3 不規則溫度梯度分佈(規範梯度) 46 第五章 研究分析結果 47 5.1 橋梁曲率對溫度反應之分析比較 47 5.1.1 模型敘述 47 5.1.2 溫度載重 49 5.1.3 直曲橋溫度反應分析 50 5.2 數值模擬與監測資料比對 59 5.2.1 現地高程測量 59 5.2.2 相對沉陷計 67 5.3 應變 76 第六章 結論 82 參考文獻 8