應(yīng)用落錘式撓度儀（fwd）檢測機(jī)場剛性鋪面

1、2024/3/16,1,應(yīng)用落錘式撓度儀（Fwd）檢測機(jī)場剛性鋪面之探討,立德管理學(xué)院,報(bào)告學(xué)生：王嗣村指導(dǎo)教授：李宗霖教授 卜遠(yuǎn)程教授(景文),2024/3/16,2,簡報(bào)大綱,研究動機(jī)研究目的研究架構(gòu)文獻(xiàn)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(jì)畫，進(jìn)行落重?fù)隙葯z測(Falling Weight Deflectometer, FWD)與地理資訊系統(tǒng)整

2、合應(yīng)用於空軍機(jī)場鋪面維護(hù)管理系統(tǒng)之研究。今年需完成落重?fù)隙葯z測與現(xiàn)行之鋪面檢測與維護(hù)管理制度之文獻(xiàn)回顧與分析，提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機(jī)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(bào)告僅節(jié)錄落重?fù)隙葯z測與現(xiàn)行之鋪面檢測與維護(hù)管理制度之文獻(xiàn)回顧與分析，並針對軍民航機(jī)場提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機(jī)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(jī)，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(diǎn)。國內(nèi)機(jī)場設(shè)計(jì)規(guī)劃多為軍用機(jī)場，後因任務(wù)需要才改為軍民合用機(jī)場，所以跑道多採用剛性道面設(shè)計(jì)。,2024/3/16,6,前言（4/5）,機(jī)場剛性鋪面需承受強(qiáng)大的荷重與環(huán)境因素影響，當(dāng)剛性道面版塊因強(qiáng)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(shí)，就必須要進(jìn)行適

4、當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)，以確保航空器的安全。,2024/3/16,7,前言（5/5）,近年來飛機(jī)設(shè)計(jì)逐漸有大型化、重型化趨勢，確切掌握道面強(qiáng)度現(xiàn)況與變化趨勢，將可判斷正確維護(hù)時(shí)機(jī)，及時(shí)進(jìn)行剛性鋪面養(yǎng)護(hù)工作。,2024/3/16,8,研究動機(jī),近幾年之機(jī)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(jī)場航運(yùn)的優(yōu)勢，迅速診斷並擷取機(jī)場鋪面資訊。藉由各種分析方式獲得鋪面強(qiáng)度資訊以便探討機(jī)場剛性鋪面損壞原因及推估鋪面劣化趨勢，進(jìn)而建置具

5、備可信度與實(shí)用價(jià)值之機(jī)場剛性鋪面資訊系統(tǒng)。,2024/3/16,9,研究目的,本研究進(jìn)行落錘式撓度檢測(FWD) 應(yīng)用於機(jī)場剛性鋪面維護(hù)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(hù)管理制度之文獻(xiàn)回顧與分析，提出具體可行之非破壞檢測作業(yè)程序與機(jī)場鋪面管理機(jī)制。,2024/3/16,10,研究架構(gòu),2024/3/16,11,文獻(xiàn)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(hù)管理以分析鋪面結(jié)構(gòu)進(jìn)而推估鋪面剩餘壽命。,2024/3/16,12,文獻(xiàn)回顧（2/11）,鋪面落重?fù)隙葍x（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(rèn)為最能代表鋪面承受航空器（重車）行駛時(shí)所顯現(xiàn)情況。世界各國亦陸續(xù)將其列為大型試驗(yàn)或現(xiàn)地?fù)隙葯z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(xiàn)回顧（3/11）,常用的非破壞性撓度法試驗(yàn)大致分為穩(wěn)態(tài)力與衝擊力試驗(yàn)兩類。前項(xiàng)試驗(yàn)以道路評審儀為主，後者則以落重?fù)隙葍x（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(rèn)為最能代表鋪面承受航空器（重車）行駛時(shí)所顯現(xiàn)情況。,2024/3/16,14,文獻(xiàn)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(jī)機(jī)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(shí)之各點(diǎn)撓度值，即一般所熟知的撓度盤（Deflection Basin）。此一撓度資料，經(jīng)運(yùn)算可求得鋪面結(jié)構(gòu)之各種評量指標(biāo)，進(jìn)而瞭解鋪面承載能力以及剩餘壽年。,2024/3/16,15,文獻(xiàn)回顧（5/11）,落重?fù)隙葍x使用與校估 非破

9、壞檢測資料的可貴在於能夠記錄各個(gè)測試位置的鋪面強(qiáng)度相關(guān)變化。一般鋪面強(qiáng)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(xiàn)回顧（6/11）,由於機(jī)場鋪面設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)之設(shè)計(jì)載重遠(yuǎn)高於一般鋪面設(shè)計(jì)，也因此機(jī)場鋪面結(jié)構(gòu)厚度與強(qiáng)度普遍高於一般鋪面，而執(zhí)行機(jī)場撓度檢測，所需之模擬衝擊載重亦相對增加。有鑑於機(jī)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?fù)隙葍x之重型落重?fù)隙葍x（Heavy Falling Weight Deflectometer，簡稱HWD）。,2024/3/16,17,文獻(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)度的一重要指標(biāo)。,2024/3/16

11、,18,文獻(xiàn)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(diǎn)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(jìn)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(xiàn)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(diǎn)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(jìn)行運(yùn)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(xiàn)回顧（10/11）,堅(jiān)硬層深度對於FW

13、D之影響 此篇於臺灣大學(xué)實(shí)驗(yàn)道路不同厚度之剛性鋪面，以落重?fù)隙葍x進(jìn)行非破壞性撓度試驗(yàn)，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(jiān)硬層有關(guān)之鋪面動力行為，並考量堅(jiān)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(xiàn)回顧（11/11）,堅(jiān)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?fù)隙葍x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?fù)隙荣Y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(diǎn)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(jī)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(qiáng)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(gè)，最多可達(dá)9個(gè)，其位置可調(diào)整。載重脈衝波形：半個(gè)正弦波形載重歷時(shí)：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(diǎn),優(yōu)點(diǎn)施作迅速且精確，最高每小時(shí)可檢測60個(gè)點(diǎn)。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(diǎn)不適用軟弱路基土壤之鋪面結(jié)構(gòu)。低頻時(shí)難以確實(shí)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(jì)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(yàn)公式及統(tǒng)計(jì)分析理論進(jìn)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(diǎn),2024/3/16,32,機(jī)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(qiáng)度評估模式建立實(shí)際案例分析與探討,2024/3/16,33,實(shí)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(yàn)量測示意圖,實(shí)際案例分析與探討（2/8）,2024/3/16,35,實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)度，為鋪面養(yǎng)護(hù)作業(yè)的參考準(zhǔn)則。利用FWD監(jiān)測鋪築品質(zhì)，仍須考量施工速度與時(shí)間。FWD從最初撓度檢測與回彈模數(shù)的計(jì)算，至今利用其檢測資料做進(jìn)一步與鋪面狀況績效做一詮釋，從鋪面新建至養(yǎng)護(hù)管理

21、，F(xiàn)WD檢測資料能提供工程上的評斷準(zhǔn)則與參考。,2024/3/16,42,參考文獻(xiàn)（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(xiàn)（

22、2/4）,林士群 ，「落重?fù)隙葍x於機(jī)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?fù)隙葍x施測荷重範(fàn)圍及堅(jiān)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(xiàn)（3

23、/4）,張德文 、胡光復(fù) ，「鋪面落重?fù)隙仍囼?yàn)動力分析與應(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。陳怡先，「道面落重?fù)隙葯z測分析實(shí)務(wù)與機(jī)場PCN分析」，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。,2024/3/16,45,參考文獻(xiàn)（4/4）,交通部民用航空局，「民用機(jī)場設(shè)計(jì)暨運(yùn)作規(guī)範(fàn)」 ，2003年12月。周家蓓「鋪面評估與管理」，道路工程施工維護(hù)管理研習(xí)會，臺北，2002年3月。

24、許阿明、邱垂德、呂理成「鋪面損壞調(diào)查與維修策略探討」，道路工程施工維護(hù)管理研習(xí)會，臺北，2002年3月。,2024/3/16,46,參考文獻(xiàn)（4/4）,FAA,2004,AC150/5370-11A Use of Nondestructive Testing in the Evaluation of Airport Pavements。ASTM,2003,D4695 Standard Guide for General Paveme