斜張橋與雷射安全監測系統

綜觀全球道路橋樑發展趨勢，以放射狀鋼纜與支撐橋塔為結構主體的斜張橋已成為當下橋樑建築之主流。為能確實監控此類橋樑的安全狀況，一套非破壞性並能個別評估各鋼纜受力狀況的雷射安全監測系統已在今年發展完成。經由該系統測得之資料可明確判讀出因風雨氣候或其他原因產生震動，對橋樑安全造成影響，去年歐洲與美國均曾因此而短期關閉橋面交通。

僅就美國地區統計，現已有二十座已完工通車之斜張橋，另有三座正在興建中、四座仍在設計階段。全球則大約有六百座斜張橋，並在持續增加。在台灣，台北重陽大橋與施工中之高屏溪大橋亦屬此類橋樑。其特點為跨距大致均在600-1400呎之間。

以往對於斜張橋鋼纜受力之量測僅在施工中利用重力千斤頂以解壓或錘擊方式對橋板下的鋼纜受力錨施力，當施力與受力相當時即可得知壓力大小，此法施作極為不便。但今年由美國Skokie-Il.-based Construction Technology Laboratories Inc.（CTL）研發之非接觸式雷射振動量測儀可以在橋樑完工後更精準而快速地測知所有鋼纜的受力程度。CTL利用振動頻率與張力變化加上實際參數如長度、質量、橫斷面、阻尼係數等之不同訂定一數學公式，以換算出每組鋼纜之受力大小。為確定此公式，專家們蒐集了全美所有斜張橋之結構圖予以分析，並開發電腦軟體配合資料作業。至於鋼纜振動數據之取得，乃利用一非設置於橋面上之雷射儀量測受測鋼纜中段因外在環境所造成的振動。此乃本儀器之靈魂所在，因為在鋼纜中段所測知之振動不會受到交通流量的影響而有誤差；資料測得後即時輸入電腦程式，並經公式換算確知每組鋼纜不同之受力狀況。

傳統之固定鋼纜乃由七股鋼索所組成，並套入一灌漿之聚乙烯管。每十九組鋼纜大約可受力40萬-50萬磅，102組鋼纜則可受力270萬磅。橋面上每組鋼纜間距大致為30-50呎。

CTL去年首先利用此雷射系統量測了1990年完工、長1650呎、共52組鋼纜之美國Ohio橋的受力狀況，這座四線道平衡式懸臂橋樑的鋼骨結構與混凝土橋塔仍極為堅牢，但由量測發現其東端有四組鋼纜之受力未達設計標準，而西端卻有二組鋼纜受力過大，惟其程度尚不致影響安全。經由其他方法佐證後確知可由斜張橋鋼纜的振動頻率測得橋面之受力狀況，故亦證實了該儀器的實用與精準性。

隨著全球斜張橋數目的逐年增加，多年來一直困擾工程師的安全監測問題目前已可由本儀器的研發得以解決，並且能確實掌控外在環境如風力、雨勢對橋樑安全的影響，而能早期關閉橋樑，保障人車安全。同時，期望經由此類新型儀器相關資訊之吸收而使國內工程界對目前橋樑安全的監控再作檢討。

取材自ENR July 1997