應(yīng)用落錘式撓度儀（fwd）檢測機場剛性鋪面

1、2024/3/16,1,應(yīng)用落錘式撓度儀（Fwd）檢測機場剛性鋪面之探討,立德管理學(xué)院,報告學(xué)生：王嗣村指導(dǎo)教授：李宗霖教授 卜遠程教授(景文),2024/3/16,2,簡報大綱,研究動機研究目的研究架構(gòu)文獻回顧研究方法預(yù)期成效,2024/3/16,3,前言（1/5）,本研究係國科會96年計畫，進行落重撓度檢測(Falling Weight Deflectometer, FWD)與地理資訊系統(tǒng)整

2、合應(yīng)用於空軍機場鋪面維護管理系統(tǒng)之研究。今年需完成落重撓度檢測與現(xiàn)行之鋪面檢測與維護管理制度之文獻回顧與分析，提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機場鋪面管理制度。將模擬之檢測與管理資料建立關(guān)聯(lián)式資料庫及圖徵的方式呈現(xiàn)，以備後續(xù)研究之用。,2024/3/16,4,前言（2/5）,本研究報告僅節(jié)錄落重撓度檢測與現(xiàn)行之鋪面檢測與維護管理制度之文獻回顧與分析，並針對軍民航機場提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機場鋪面管理制度。,2024/3/1

3、6,5,前言（3/5）,一般而言，剛性鋪面的特性為：耐衝擊力較大、耐高溫（尤其戰(zhàn)鬥機，其引擎噴射火焰溫度極高，不適合於柔性鋪面）、承載力高、使用壽命較長、維修頻率較少等優(yōu)點。國內(nèi)機場設(shè)計規(guī)劃多為軍用機場，後因任務(wù)需要才改為軍民合用機場，所以跑道多採用剛性道面設(shè)計。,2024/3/16,6,前言（4/5）,機場剛性鋪面需承受強大的荷重與環(huán)境因素影響，當(dāng)剛性道面版塊因強度不足、底基層承載力不足或溫度等因素造成版塊破（斷）裂時，就必須要進行適

4、當(dāng)?shù)男扪a，以確保航空器的安全。,2024/3/16,7,前言（5/5）,近年來飛機設(shè)計逐漸有大型化、重型化趨勢，確切掌握道面強度現(xiàn)況與變化趨勢，將可判斷正確維護時機，及時進行剛性鋪面養(yǎng)護工作。,2024/3/16,8,研究動機,近幾年之機場鋪面工程已對生命週期管理的概念非常重視，而非破壞性檢測具有不影響機場航運的優(yōu)勢，迅速診斷並擷取機場鋪面資訊。藉由各種分析方式獲得鋪面強度資訊以便探討機場剛性鋪面損壞原因及推估鋪面劣化趨勢，進而建置具

5、備可信度與實用價值之機場剛性鋪面資訊系統(tǒng)。,2024/3/16,9,研究目的,本研究進行落錘式撓度檢測(FWD) 應(yīng)用於機場剛性鋪面維護管理系統(tǒng)之研究，並將完成落錘式撓度檢測與現(xiàn)行之鋪面檢測與維護管理制度之文獻回顧與分析，提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機場鋪面管理機制。,2024/3/16,10,研究架構(gòu),2024/3/16,11,文獻回顧（1/11）,Falling Weight Deflectometer(簡稱FWD)落錘式撓度

6、儀為現(xiàn)今各國常用於鋪面撓度檢測儀器。FWD能有效獲得撓度資料與各層回彈模數(shù)。FWD用於鋪面養(yǎng)護管理以分析鋪面結(jié)構(gòu)進而推估鋪面剩餘壽命。,2024/3/16,12,文獻回顧（2/11）,鋪面落重撓度儀（FWD）由於為衝擊式荷重，造成的振頻範(fàn)圍較廣，施載的力幅也較高，被公認為最能代表鋪面承受航空器（重車）行駛時所顯現(xiàn)情況。世界各國亦陸續(xù)將其列為大型試驗或現(xiàn)地撓度檢測之主要設(shè)備，以有效地掌握現(xiàn)地鋪面之力學(xué)現(xiàn)象。,2024/3/16,13,

7、文獻回顧（3/11）,常用的非破壞性撓度法試驗大致分為穩(wěn)態(tài)力與衝擊力試驗兩類。前項試驗以道路評審儀為主，後者則以落重撓度儀（FWD）為主，由於其荷重為衝擊式荷重，造成的振頻範(fàn)圍較廣，施載的力幅也較高，被公認為最能代表鋪面承受航空器（重車）行駛時所顯現(xiàn)情況。,2024/3/16,14,文獻回顧（4/11）,落錘式撓度儀工作原理 落錘式撓度儀（Falling Weight Deflectometer, 簡稱FWD）基本原理，是

8、利用落重錘敲擊於荷重平鈑上所產(chǎn)生之衝擊能量，模擬車輛或航機機輪作用於鋪面結(jié)構(gòu)各層組成材料上，並由佈設(shè)於落錘平鈑單側(cè)之地音探測器（Geophones）量測地表振動速度，經(jīng)積分獲得鋪面表面在受衝擊時之各點撓度值，即一般所熟知的撓度盤（Deflection Basin）。此一撓度資料，經(jīng)運算可求得鋪面結(jié)構(gòu)之各種評量指標(biāo)，進而瞭解鋪面承載能力以及剩餘壽年。,2024/3/16,15,文獻回顧（5/11）,落重撓度儀使用與校估 非破

9、壞檢測資料的可貴在於能夠記錄各個測試位置的鋪面強度相關(guān)變化。一般鋪面強度變化，受到面層、底基層厚度，鋪面材料溫度效應(yīng)，季節(jié)性作用，地下水位高度，霜凍深度，以及非破壞檢測設(shè)備情況的諸多因素影響。,2024/3/16,16,文獻回顧（6/11）,由於機場鋪面設(shè)計時所依據(jù)之設(shè)計載重遠高於一般鋪面設(shè)計，也因此機場鋪面結(jié)構(gòu)厚度與強度普遍高於一般鋪面，而執(zhí)行機場撓度檢測，所需之模擬衝擊載重亦相對增加。有鑑於機場鋪面之鋪面結(jié)構(gòu)需求，荷重能力高於一般公

10、路所用之落重撓度儀之重型落重撓度儀（Heavy Falling Weight Deflectometer，簡稱HWD）。,2024/3/16,17,文獻回顧（7/11）,FWD應(yīng)用於柔性鋪面溫度預(yù)測模式 溫度對瀝青鋪面長年影響甚劇，能左右柔 性鋪面於高（低）氣溫下之鋪面強度，因 此撓度檢測過程中需利用鋪面溫度資料來 決定代表性瀝青鋪面溫度，並作為後續(xù)分 析鋪面強度的一重要指標(biāo)。,2024/3/16

11、,18,文獻回顧（8/11）,FWD 應(yīng)用於柔性鋪面溫度預(yù)測模式 此篇探討溫度預(yù)測模式對於瀝青鋪面 中點深度位置之有效溫度預(yù)測成效，為收 集鋪面溫度資料，選擇國道高速公路局中 壢工務(wù)段與關(guān)西工務(wù)段區(qū)內(nèi)瀝青鋪面進行 溫度量測。另外，並探討紅外線溫度槍量 測表面溫度方式及天候型態(tài)對溫度之影響。,2024/3/16,19,文獻回顧（9/11）,輕便型落錘式撓度儀(PFWD)

12、 此研究採用 PFWD於高雄市內(nèi)多條重要道路檢測，利用其撓度資料彙整出鋪面結(jié)構(gòu)性分析指標(biāo)，選擇適用於PFWD 三點撓度量測之指標(biāo)如面層曲率指標(biāo)( SCI ) 、底層破壞指標(biāo)( BDI ) 進行運算，透過動態(tài)圓錐貫入儀( DCP )檢測底層與路基求得回彈模數(shù)，並利用鋪面分析軟體Kenlayer 模擬分析鋪面施測下應(yīng)變反應(yīng)，以結(jié)合施測成果建立鋪面撓度指標(biāo)反應(yīng)模式。,2024/3/16,20,文獻回顧（10/11）,堅硬層深度對於FW

13、D之影響 此篇於臺灣大學(xué)實驗道路不同厚度之剛性鋪面，以落重撓度儀進行非破壞性撓度試驗，利用動力有限元素法與靜力反算程式分析撓度資料，比較鋪面動力與靜力反應(yīng)之差異，以及堅硬層有關(guān)之鋪面動力行為，並考量堅硬層對反算之影響，建立動力修正係數(shù)，以改善靜力線彈性反算程式之分析成效。,2024/3/16,21,文獻回顧（11/11）,堅硬層深度對於FWD之影響 FWD 檢測荷重分析部分，針對不同剛性鋪面結(jié)構(gòu)提出落

14、重撓度儀檢測荷重範(fàn)圍之建議。期望透過本研究有關(guān)靜力線彈性反算改善之探討，並針對不同鋪面結(jié)構(gòu)提出FWD檢測荷重建議，有助於提升落重撓度資料收集與分析之品質(zhì)，以及鋪面反算結(jié)果之可靠度。,2024/3/16,22,研究方法,落錘式撓度儀簡介FWD儀器優(yōu)缺點FWD撓度資訊應(yīng)用非破壞性鋪面結(jié)構(gòu)撓度法分析模式各類型鋪面檢測方式區(qū)分,2024/3/16,23,落錘式撓度儀簡介,利用不同重量的落錘與撞擊高度對鋪面製造出不同大小的衝擊載重。模擬

15、車輛行走於機場剛性鋪面之行為，藉由作用力與變位間之關(guān)係以力學(xué)分析方法求得剛性鋪面結(jié)構(gòu)強度。衝擊載重產(chǎn)生相近於移動荷重的撓度曲線，較符合力學(xué)理論基礎(chǔ)，且可輕易的改變荷重值，用以評估鋪面材料的敏威性。,2024/3/16,24,重型落錘式撓度儀檢測,2024/3/16,25,FWD落錘作用示意,2024/3/16,26,FWD Dynatest 8000型,荷重範(fàn)圍:7-120 KN（1500 – 27000 lbf）接收器數(shù)目:主要有

16、7個，最多可達9個，其位置可調(diào)整。載重脈衝波形：半個正弦波形載重歷時：0.025 – 0.03 秒,2024/3/16,27,FWD檢測儀器配備簡圖,2024/3/16,28,FWD儀器優(yōu)缺點,優(yōu)點施作迅速且精確，最高每小時可檢測60個點。載重選擇範(fàn)圍很廣，7 ~ 120 kN。不同功能的鋪面結(jié)構(gòu)也能應(yīng)用，重現(xiàn)性佳。缺點不適用軟弱路基土壤之鋪面結(jié)構(gòu)。低頻時難以確實掌握。,2024/3/16,29,FWD撓度資訊應(yīng)用,撓度

17、值研判鋪面結(jié)構(gòu)成效。撓度盤透過指標(biāo)法結(jié)果分析鋪面結(jié)構(gòu)成效。透過撓度獲得鋪面各層回彈模數(shù)。加鋪厚度設(shè)計撓度法評估結(jié)構(gòu)數(shù)。,2024/3/16,30,非破壞性鋪面結(jié)構(gòu)撓度法分析模式,撓度指標(biāo)法（Deflection Index Method） 係以經(jīng)驗公式及統(tǒng)計分析理論進行定性研判。應(yīng)力分析法（Stress Analysis Method） 建立於力學(xué)分析與數(shù)學(xué)模式上。,2024/3/16,31,指標(biāo)法與應(yīng)力分析法之

18、優(yōu)缺點,2024/3/16,32,機場剛性鋪面系統(tǒng),撓度指標(biāo)法與應(yīng)力分析法之比較鋪面結(jié)構(gòu)強度評估模式建立實際案例分析與探討,2024/3/16,33,實際案例分析與探討（1/8）,一般而言，道路採剛性鋪面者，其PCC版厚度大致介於20公分至30公分之間，落重式撓度儀常用荷重為9,000磅，若版厚加大至35~45公分以上者，其荷重則宜加大至20,000~30,000磅，甚至提高至50,000磅以上。,2024/3/16,34,,,落重

19、撓度試驗量測示意圖,實際案例分析與探討（2/8）,2024/3/16,35,實際案例分析與探討（3/8）,落重式撓度儀原理示意圖,,2024/3/16,36,實際案例分析與探討（4/8）,落重式撓度儀感測器位置示意圖,,2024/3/16,37,實際案例分析與探討（5/8）,,,舖面變形之撓度盤曲線,2024/3/16,38,實際案例分析與探討（6/8）,FWD檢測區(qū)域標(biāo)示圖,2024/3/16,39,實際案例分析與探討（7/8）,匯入

20、後的版塊圖徵屬性表（部分欄位）,2024/3/16,40,實際案例分析與探討（8/8）,衝擊勁度模數(shù)（ISM）及載重傳遞效率（ LTE）檢測分析結(jié)果,2024/3/16,41,預(yù)期成效,FWD撓度值可有效預(yù)測鋪面各層指標(biāo)與應(yīng)變關(guān)係，藉以研判鋪面結(jié)構(gòu)強度，為鋪面養(yǎng)護作業(yè)的參考準則。利用FWD監(jiān)測鋪築品質(zhì)，仍須考量施工速度與時間。FWD從最初撓度檢測與回彈模數(shù)的計算，至今利用其檢測資料做進一步與鋪面狀況績效做一詮釋，從鋪面新建至養(yǎng)護管理

21、，F(xiàn)WD檢測資料能提供工程上的評斷準則與參考。,2024/3/16,42,參考文獻（1/4）,廖啟州、林登峰，「PFWD 鋪面撓度指標(biāo)反應(yīng)模式建立之研究」，第十四屆鋪面工程學(xué)術(shù)研討會暨2007 世界華人鋪面專家聯(lián)合學(xué)術(shù)研討會，斗六，2007年9月。廖啟州、 黃致瑋、 黃偉慶，「鋪面溫度模式預(yù)測成效之探討」，第十四屆鋪面工程學(xué)術(shù)研討會暨2007 世界華人鋪面專家聯(lián)合學(xué)術(shù)研討會，斗六，2007年9月。,2024/3/16,43,參考文獻（

22、2/4）,林士群 ，「落重撓度儀於機場鋪面檢測之應(yīng)用 」，鋪面落重饒度儀檢測反算及應(yīng)用研習(xí)會研討會，臺北，2007年2月。林志棟、劉耀斌，「非破壞性檢測於鋪面績效評估之應(yīng)用 －以落重式撓度儀為例 」，鋪面落重饒度儀檢測反算及應(yīng)用研習(xí)會研討會，臺北，2007年2月。周家蓓、陳靖翔，「落重撓度儀施測荷重範(fàn)圍及堅硬層對反算結(jié)果之影響」，鋪面落重饒度儀檢測反算及應(yīng)用研習(xí)會研討會，臺北，2007年2月。,2024/3/16,44,參考文獻（3

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