Re: [新聞] 興大發明橋墩套套 抗洪水不軟腳

[artrox (小軟)]

※ 引述《hohoho1030 (Can FlyDog Jr.)》之銘言：
: ※ 引述《meijer (..)》之銘言：
: : 動輒數千萬元，省錢又有效果，小兵立大功的創新發明，還曾獲德國紐倫堡世界發明展金
: : 牌，台灣的橋樑工法在歷經多次斷橋意外後，鋼製保險環的新發明，可為橋梁安全把關。
: : http://life.chinatimes.com/2009Cti/Channel/Life/life-article/0,5047,11051801+112009081000032,00,focus.html
: 稍微說明一下這個玩意的原理
:              橋墩
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:              橋墩
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:              ██  ↖←  水流撞擊橋墩後 分成上下兩股
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:
: 在橋墩適當位置套上"保險套"的話...
:              橋墩
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:              ██  ↖←  水流撞擊橋墩後 分成上下兩股
:            ↖←  ↙↙←  向下的部分水流會被套環攔截  而不會直接淘刷河床
:            ╰──╯      達到減緩橋墩遭沖刷的程度
:              ██↓▁▁▁▁▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃河床
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:              ███████████████████
: 目前已經有中油跨濁水溪的的管線橋墩採用囉～
: 另外，各位有興趣的可以寫信給artrox學長 因為他很了XD
: ps.補充說明一下 套環是一個向上凹的圓盤
: 補個圖 http://www.libertytimes.com.tw/2008/new/jan/21/images/7.jpg

呵呵，學弟在幫我打廣告....
上面那張照片裡的老師就是上鉤式套環的發明人，我是他的嘍囉，
負責設計實驗及帶領更小的嘍囉進行實驗以證實其效用，
照片背景後面那個小人物就是我XD。

既然學弟已經幫我畫好圖，我就來稍微解釋一下，
河床的沖刷可以分為兩種情形，普遍沖刷及局部沖刷，
所謂普遍沖刷就是在流速夠高、沖刷力夠強時，可以帶動整片河床上的泥砂一起移動，
局部沖刷就是在水流遇到障礙物時，會在障礙物前先停滯然後轉向，
當然遇到橋墩的話會有往上下及左右等方向，
向上形成壅水，左右分流於橋墩後交會形成渦流，簡單講就是漩渦，
而向下的水流我們稱為向下射流，
向下射流撞擊到河床後，會在橋墩底部與河床間形成渦流，
這些渦流在上游水流的擠壓及向橋墩兩側分離的作用之下，會圍繞在橋墩底部四周，
並對該處河床造成沖刷，這種情形即使是在普遍沖刷不存在時，
一樣可以產生，也就是說平常水流不強時就會產生。

講到這裡各位應該大概可以想像，套環就是為了防止局部沖刷，
其實以前就有學者做過類似的東西，
但是當時採用的套環是扁平的，要達到滿意的抗沖刷功效，
必須直徑要到達橋墩直徑的三倍以上，這在實際應用上會產生很大的困難，
所以改良發明了上鉤式套環，藉由邊緣的上鉤縮小尺寸，
可以達到同樣的功效，最多可以減少60～70％的局部沖刷，以增加其實用性。

上鉤型的橋墩套環，可以攔阻向下射流，減輕其局部沖刷能力，
而橋墩斷裂的問題跟局部沖刷脫不了關係，因為長期的局部沖刷，
會使橋基裸露，增加橋墩的細長比，
所謂細長比，想像一根筷子，如果它很長你會很輕易折斷它，
但如果它很短，雖然同樣那麼細，你要折斷它就會很費力，
橋墩裸露的越多，受力的部位就越長，越容易折斷。

中油已經做了兩期的橋墩套環工程了，
都是用在濁水溪上的油管架橋橋墩，各位走高速公路經過中沙大橋時，
向旁邊看可以看到藍色的油管，底下就是油管架橋了，
對中油來說，那條管如果斷了，後果不堪設想，
以前傳統抗橋墩沖刷工程大多都是做潛堰、丟鼎型塊、塊石，
但幾乎都是防止普遍沖刷用的，但就如前面所說，
即使普遍沖刷沒產生，局部沖刷還是會繼續，
潛堰跟鼎型塊幾乎可以說是消耗品，每幾年就會沖毀需要重新做，
而且價錢很高，所以中油之前花了很多錢在這上面，
而那次也是因為潛堰破了，導致水流集中沖刷其中三支橋墩，情形蠻危險的，
剛好我完成了那個實驗，中油跑來跟我們接洽就談成了，
在第一期橋墩套環工程裡，花在橋墩套環的經費只佔全部工程費的2％，
其他也做了鼎型塊、潛堰等傳統作法，
做了一年之後，成效良好，那三座橋墩四周的泥砂明顯回淤，
裸露程度當然大減，但是潛堰的其他地方又破了，
造成其他橋墩又有危險，所以中油又跑來找我們一次，
做了第二期工程，這次颱風之後我還沒機會去現場看，不曉得狀況如何。

橋墩套環的好處是，價錢便宜、施工簡單、抗局部沖刷效果好，
即使被沖毀要重做也很方便，
缺點是無法抗普遍沖刷，水太大的時候，套環的作用就相對減小，
順便跟各位講一下，洪水沖刷時，不要以為只有水在跑，
一般的情形下，水有多深，底下就有多深的泥砂在運移，
例如水深10公尺，再往下還有10公尺深的砂是在瘋狂往前滾的，
所以套環的設置位置其實是很大的學問，太高或太低都不適合，
我在第一階段的實驗中得到的結論是，
如果完全沒有普遍沖刷的情形，就是水流長年都很弱且均勻的話，
套環的設置位置就與來流的流速剖面有關，
如果有普遍沖刷時，就應設於原始床面下特定位置，
當然這些相對位置都有量化，不過這裡就不再贅述了。

中油的兩期工程都是把套環埋在原始床面下好像是2公尺跟1公尺的地方，
就是一支橋墩埋兩個套環，而不是做在原始床面以上的地方，
所以從上面是看不到的。

後來我又做了套環尺寸(寬度、上鉤程度)的實驗，
想找出最佳的套環尺寸，不過還沒發表，就不再多說了。
謝謝有耐性看完的朋友！

補充一下，剛剛看到上面那篇的推文裡有板友提議多裝幾個環就可以解決位置的問題，
理論上當然是這樣，但是實際上裝太多環可能會影響橋墩結構安全，
套環要固定在橋墩上，印象中好像是採用化學錨釘，
目前一支橋墩裝兩個環是在技師計算對橋墩結構無虞的情形下採用的，
裝太多個，搞不好會先把橋墩直接弄斷XD

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◆ From: 123.110.16.227
推 loveyoulin:專業！ 推
推 rogerable:114幫推
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推 tomlang:推！希望政府能重視你們的研究！
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推 kevinc921:推一個 希望以後不要再發生..
推 Nanian:推專業
推 juabe:專業我們是不懂啦.但風災地震越來越多請專家快設計好的建物
推 ass2143:推   原po鬢角好長
推 lotlfyt:專業
推 recx:看不懂 還是推
推 lichopin:希望能幫助所有橋樑不要再像這次這樣了~~~
推 kbill:把橋墩做成流線型就好了阿...
這個想法很好，實際上現在的橋墩也有很多不是圓形，而是類似魚嘴型或橢圓型，
但是天然河川中水流的方向可不是乖乖的從正前方來喔，
而是亂七八糟的，所以效用有限。

推 heiachi:專業推
推 woohyuk49:推
推 serialhon:希望能記取這次的教訓 一定要重視
推 cyberridder:專業
推 loveyoulin:中大還真厲害 加油
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 15:27)
推 alwayseasy:推專業
推 HornyDragon:興大人推
推 anedo:推專業，希望能避免更多橋樑受災的發生。
推 gogolct:很厲害
噓 blackace:這種東西如果沒有中央政府介入，很難打入地方政府
→ blackace:地方政府內部的官商勾結，實在不是普通的深...
推 rave760422:好設計
推 addycat:專業推
→ cjls:興大在這方面真的很強 推一個
→ loveyoulin:那你是在噓三小 屁股癢不噓會死是嗎
推 jesil:中央也是照樣勾結吧  只是大咖跟小咖的差別
推 meijer:完全了解了  謝謝
推 w55007:不懂在噓啥
推 pedro1025:專業推!!!
推 utamaru:幫忙補血  有啥好噓的
推 chichif4:推鬢角!!
推 mermaidhan:推
推 magicbobo:專業推
→ blackace:因為噓的明顯啊...
推 louzymizery:專業推..@@.成本低還直接減低60~70%沖刷程度.超威滴阿
推 ILoveMeYA:推鬢角!!!!!
推 jeff781217:推
推 weq:以後在建橋時就強制納入設計吧
推 pommpomm:推專業   噓的明顯好無益喔...是有比較有建設性嗎？
推 ceab:專業
推 pee915:專業推
推 Schnell:興大推
推 prover:這麼愛明顯你乾脆回文比較快
推 aidsai:推專業 ~ 加油!!!
→ minakyle:每次看到紅的明顯的推文~說得也沒有特別有理到要明顯
推 f1234518456:這東西碰到水裡夾代的泥沙石塊會怎麼樣呢??
這問題問得很好，套環是鋼構的，在一定程度內可以抵抗撞擊，
而且因為上鉤式的設計可以縮小它的直徑，相對來說增加其強度，
直徑太寬的話一下子就被撞壞了，
當然砂石太大或水流太強還是有可能會損壞，
但是比起其它的工法，再重建的速度快經費又便宜，
這樣應該是還堪用吧XD。

推 onelife:推專業!
推 diefox: 噓的明顯那位  你還蠻可憐的
→ gorhow:一堆不懂的人說專業挺有意思的
推 ZEXEL:推!!希望台灣橋樑都能慢慢追加裝上
推 Loid:當作其他看的人都眼殘吧  又不是看不到  噓的明顯是什麼惡習
推 Plainstrider:同是120推
推 iwenko:中興推一個
推 jacky7987:好專業!!
推 PLAYMYCUNS:有人自以為講出來的話很重要就用噓..結果也只是廢話
推 srtny:PUSH
推 hohoho1030:推學長～
推 kusoman:專業推
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 15:34)
推 williamCHOM:推學長
推 keepstudying:為什麼我將「套環」兩個字輸入google卻出現「XX套環
推 gogoangelin:專業
推 pommpomm:一定要懂才能推嗎？  原PO把專業知識說得很易懂阿
推 meijer:xx
推 hohoho1030:X莖套環是嗎
推 amaranth94:gorhow你很專業喔?
→ amaranth94:一定要相關科系或是做過實務才能推是嗎?
推 ikaridon:感覺很棒啊 應該擴大試用在一般橋樑上
→ anedo:若加強橋墩的導流功能或是在沖刷面作盾形加固會不會比較好?
推 F05:強，這篇專業 ...
推 Berlin5148:
推 colinchaung:如果凹槽太小  效果是不是很有限?  旁邊一樣被挖
的確是，所以我後來才會繼續做尺寸的實驗啊XD，
太大的話，會降低套環的強度，而且上鉤若鉤太高，反而會降低抗沖刷效果，
太小也會沒效用，所以基本上套環尺寸是跟橋墩尺寸有關的。

推 WizZ:推
推 titlis:好東西 希望能被用上
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 15:39)
推 hohoho1030:局部沖刷僅限於橋墩周圍 旁邊被挖就是其他原因了
推 ETTom:專業推！！
→ hohoho1030:像是"某些人為因素"造成侵蝕基準面下降...
推 williamCHOM:樣本看起來當然小很多
推 fujibox:希望地方政府會採用
→ tkdsmile:不過這種颱風天的河水不是只有水  其他東西一直撞擊橋墩
推 colinchaung:再推原po一次  小東西大妙用!!
→ tkdsmile:也是一樣斷的吧
的確是有這層顧慮，這次的颱風實在太誇張了。
所以也不是裝了這個就100％不會斷，只是減少這個可能性而已。
推 gfgya:專業
→ sworddragon:中大魂~~~(誤)
推 kid725:推~
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 15:46)
推 CCandyMan05:推水保研究所學長，學弟來進香了~~
推 Sunal:同校土木人 推一個
推 Triad:推 有價值的好發明!
推 lovehyj:學長好帥!
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推 applejone:推一個
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推 ymj1123:專業幫推
推 andyliu:專業推
推 fanciful:中興推
推 hoffer:希望旺旺官有看到
推 huskyrabbit:專業推一個
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 16:26)
推 sheepxo:專業推
→ imericlai:如果一個橋墩一半都套上，效果會如何？
→ imericlai:我的意思是  不只套上一個   而是套上多個
→ artrox:樓上請看我最新補充的部分^^
推 indigo351:校友推
推 dongen:推學長!!
推 z2v2r2mk2:推  加油
推 PPierce:噓的人想明顯 結果也是講屁話
推 pigge:推一個
推 Arielee:中興推~
推 RonArtest93:PUSH  很有發展性的感覺
推 guessclaire:推老闆跟學長~~
推 sammylee:讚!! 台灣就需要這種發明家
推 bury13:好專業阿!!  真是功德無量
推 tonyselina:PUSH
推 weihao:推專業好文
推 fromwilda:推
推 wu41289:推阿
推 fantasywing:中大魂~~~(無誤)
推 squalleoz:中興推
推 ken5438:推水保研究所學長，學弟來進香了~~
推 gogoyamaha:凹槽會不會淤積泥砂呢?
推 sickmardy:專業推，不過樓上說得也是，會不會積淤泥呢？這樣保養成
→ sickmardy:本應該也會蠻多的感覺？
凹槽部分基本上是不用去顧慮淤積的，
因為向下射流都集中在那裡，就算有淤積，
一下子就會被向下射流的能量帶走，所以凹槽的功能是可以一直保持的。

推 pcisfifa:專業推
推 eddie1212:好強 長知識 專業推
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/10 19:20)
推 dormice:版主快M阿  好文章  謝謝你們持續發明這些關心台灣 創造更
→ dormice:多有附加價值的工程造福大眾 很又意義揪甘心
推 Keelungman:喔喔!!! 台灣的科學要靠你了!!!!!!
→ winble:推推
推 nidor:既然是下射流導致掏空，那橋墩水下截面不能作成斜面嗎？
→ nidor:這樣不是一開始就不會有下射流了..... ？
這個想法以前我也提出跟教授討論過，
不過後來還是否決了，因為那個斜面的面積必須要大到足以蓋掉馬蹄形渦流，
就是向下射流產生的渦流，而洪水時期床砂移動的深度又大，
換言之這樣的橋基要做得又大又深，會大大增加成本，
所以沒有採用。

推 Bluebear:專業推!!!!!
※ 編輯: artrox          來自: 123.110.16.227       (08/11 07:33)
推 narwhale:推推