預力

預力計算需要斷面資料、鋼腱配置資料，採取一致性的計算方式及單元格式，以利於後續自動化計算作業的套用，就信息標準化的說明，分成工具（軟體）的標準化、書（圖）面表達方式的標準化、電子檔案交換格式的標準化、信息表達與交換方式的標準化四個層次，也說明了信息標準化對於信息管理的必要性。

基本介紹

• 中文名：預力
• 外文名：prestress 
• 拼音：yù lì
• 計算所需：斷面資料、鋼腱配置資料
• 所屬類別：土木工程
• 適用領域：物理計算

預力的計算

本系統從預力計算流程自動化的角度出發，其自動化內容可分為五個部份：

前處理資料建立資料庫

在網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，並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資料表。

鋼腱位置3D模型建立

傳統鋼腱配置僅能藉由X-Y、X-Z平面坐標檢核鋼腱配置是否正確，本研究系將三維空間坐標利用繪圖軟體（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。

產生ABI預力分析輸入檔

工程師在完成預力鋼腱配置後，可在Excel進行預力分析施工步驟排程，即針對現場施工步驟的模擬，每一混凝土節塊施築分為三個步驟，移動工作車至定位、組模及澆置混凝土，混凝土養護完成後施拉預力鋼腱。工程師安排好施工步驟，輔以撰寫宏程式產生ABI預力分析輸入檔。

預力計算後處理資料分析

由ABI預力分析程式輸出結果，檢核鋼腱預力是否符合設計值、混凝土應力是否符合規範規定。

產生預力鋼腱配置施工圖

確認鋼腱配置皆符合設計值後，可直接在繪圖軟體（AutoCAD）直接產生每一混凝土節塊鋼腱配置剖面圖，並可讀取3D鋼腱坐標資料，自動在Excel電子表格製作鋼腱配置坐標表。

預力鋼腱配置的坐標計算

進行前處理計算本研究在“箱梁節塊的斷面計算”及“預力鋼腱配置的坐標計算”採用web-based application概念，提供使用者在網際網路上操作，並將計算成果儲存於伺服端資料庫。

前處理計算的便利性

web-based application可跨平台，任何作業系統只要能打開瀏覽器都能實時使用，不需要公司的IT人員維護每一台PC上的軟體，可節省IT人員的時間以及維護成本，任何地點、任何時間都可以輕鬆操作，使用接口學習容易，資料集中管理。本研究將前處理資料計算建置在主從式網頁架構的客戶端，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際網路上操作箱梁斷面及預力鋼腱配置等計算，其計算所得資料藉由已制定的資料庫格式分別儲存於資料表，以達成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方式大大不同，傳統作業方式的計算成果的質量必須由工程師經驗累積及細心程度決定，且計算成果是分散的資料，較難達到資料處理的一致性。如web-based application設在公司內部intranet的Server端，可提供給公司同仁使用，也能兼具教育訓練的功能，新進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，想擴充功能，也可不斷精進web-based application的套用範圍。

資料保存的完整性

資料管理技術已從早先人工管理、檔案系統管理等階段，演進到現在的資料庫管理系統。資料庫是集中、統一的儲存、管理資料系統，這個系統會規定資料之間的關聯，可減少資料的重複性，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空間坐標信息，皆儲存於資料庫，該資料庫在後續2D、3D繪圖套用及結構分析的前處理上，對預力計算作業的質量及效能有很大的提升。對不同的使用者可設定不同的管理許可權，如結構分析的用戶可新增及修改資料庫內容，而繪圖的使用者僅能閱讀資料庫內容。

自動化繪圖系統的製作與整合

研究將商用繪圖軟體（AutoCAD）與箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標資料庫整合，提供了自動化繪製“橋樑剖面圖”及建立“預力鋼腱配置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、數位板），大量且重複使用繪圖指令，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下，工程師很容易工作疲勞而出錯，且除了自己小心檢視外，並無Double check機制。基於簡化繪圖程式及提升繪圖效率，AutoCAD因此發展AutoCAD VBA整合開發環境，藉由撰寫宏程式，將繪圖指令所需的尺寸及參數由連結資料庫取得該等參數，即可完成自動化繪圖，此為參數化繪圖的概念，且由於個人計算機近年來硬體效能顯著提升，促使商用繪圖軟體AutoCAD參數化3D繪圖功能更強化。以AutoCAD內建了整合開發環境VBA，整合箱梁斷面及鋼腱配置等在3D空間坐標資料庫及參數化繪圖技術，自動化繪製“橋樑剖面圖”及建立“預力鋼腱配置3D空間模型”，尤其在預力鋼腱配置的3D空間模型的計算精度以實際尺寸每10厘米（考量硬體效能及用戶可接受程度所定的值）取一點計算，這在傳統人工繪圖上是無可比擬的。

預力實驗儀器與架構

將高強度螺栓接合結構試體吊掛於橫桿上，使成自由梁結構。儀器部份，採用另一組頻譜分析儀（SIGLAB）搭配衝擊錘與加速度計。選擇外力型式為點力型衝擊力，以鋼質衝擊錘為驅動器、加速度計為感測器；量測方式則選擇移動衝擊錘、固定加速度計方式。

衝擊錘、加速度計、頻譜分析儀等以專用導線連線，組成實驗架構。實驗所使用之實驗儀器及型號（雙頻道頻譜、型號：SIGLA；衝擊錘、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構實驗架構圖1、實驗設備架構概念。

預力可靠性實驗方法、步驟

本實驗之方法、步驟的方式，採取以加速度計作為感測器，搭配以鋼質衝擊錘作為驅動器之轉換器組合，並且選擇移動衝擊錘固定加速度計作為擷取振動訊號之方式，對高強度螺栓接合結構進行模態分析與簡諧分析。實驗方法步驟如下：

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

（2）將高強度螺栓接合結構試體以尼龍繩懸掛於橫桿上，使成自由梁結構。將加速度計（PCB352A10）以蜂膠黏貼於各個高強度螺栓接合結構第一點上作為感器，以鋼質衝擊錘作為驅動器。

（3）將衝擊錘（PCBSN10052）與加速度計以導線接於頻譜分析儀之輸入模組，完成實驗裝置如圖1所示。

（4）在PC螢幕調整輸入畫面，依實驗設計設定訊號輸入模式，頻寬設定5000Hz，平均計算次數為3次，對於衝擊錘所選擇之加權函式為暫態加權函式，而加速度計所選擇之加權函式為指數加權函式。不等長雙平板搭接之單高強度螺栓接合結構敲擊點及量測點5.以鋼質衝擊錘於厚度方向（Z方向）施加點力於高強度螺栓接合結構各個敲擊點上，激振結構。

（5）利用頻譜分析儀對輸入之訊號作快速傅立葉轉換所測得之頻率回響函式，再以單自由度法（SDOF）作曲線嵌合，而得結構之自然頻率、阻尼比及模態振型。

預力在三種鎖緊狀態下動態特性比較

（1）模態分析結果，三種不同長度之高強度螺栓接合結構在三種不同鎖緊預力下之模態自然頻率，隨高強度螺栓鎖緊預力增加而增加之線性變化趨勢，且頻率愈高愈明顯。

（2）簡諧回響分析結果，三種不同長度之高強度螺栓接合結構在三種不同鎖緊預力下之皆能得合理之頻率回響值，皆能明顯反應高強度螺栓接合結構的特性。

（3）在阻尼比方面，結構之阻尼比在20%與100%鎖緊之狀態下，除Typea外，大體也隨著鎖緊預力增加而減少，呈現阻尼比隨高強度螺栓接點剛性增加而減少之現象，因此，量測高強度螺栓接合結構之阻尼比也可作為衡量有無正常鎖緊之參考指標。

（4）在檢驗量測方面，目前只進行螺栓接合結構之系統分析而得自然頻率、阻尼比與模態振型特性，未來可嘗試進行訊號分析，亦即利用檢驗錘敲擊法檢測螺栓鎖緊程度的回響測試，求取聲音回響與振動回響特性。

（5）在量測點方面，進行螺栓接合結構系統回響量測時，可進一步以探索接近螺栓接點之動態特性。另一方面也考慮直接量測螺栓（螺帽）之回響，如此可直接偵測螺栓鎖緊預力下之回響特性。

（6）在檢驗量測套用方面，未來可嘗試進行敲擊回音法實驗模態分析，以建立一個量化方法來驗證“敲擊回音法檢定鋼結構摩擦接合品質”方法之有效性、可信賴性，彌補檢驗錘敲擊法無法定量化的缺點。