土木系 廖文義教授

鋼板-混凝土組合結構能充分利用鋼材優越的抗拉性能和混凝土優越的抗壓性能，在承受較大荷載下同時具有自重較輕、延性和抗震性能好等優勢，在北美以及日本應用廣泛，在許多大型建築也採用了這一結構，另外目前核反應爐大多也採用鋼板和混凝土組合而成的安全圍阻體。鋼-混凝土-鋼夾層組合牆板是一種較新型的組合結構，擁有眾多優點：（1）鋼板外置可為混凝土提供永久模版，構造簡單，鋼結構運輸安裝方便，容易實現工廠預製與裝配；（2）內填混凝土和使用栓釘剪力連接件減少了鋼結構加勁肋焊接量，疲勞問題從而得到緩解；（3）混凝土填充於雙鋼板之間，能始終對鋼板起到約束作用，而鋼板對內填混凝土同樣具有約束作用，從而可提高內填混凝土的變形能力；鋼板可避免結構受外荷載衝擊作用而過度局部變形，起到保護混凝土核芯的作用；（4）組合設計理念可減少用鋼量，研究顯示相比純鋼結構設計相同抗彎承載力，鋼-混凝土-鋼夾芯組合構件可節省約50%用鋼量。這些優點使得其在現代土木結構領域得到了迅速發展，被廣泛應用于水下隧道、高層建築核心筒、橋樑板、防護牆、防坡堤等近海結構。在這些工程應用中，很多重要構件都暴露於經常性或偶然性的衝擊荷載場合，如公路車輛撞擊荷載、重物落擊、近海或海洋結構受到海浪衝擊荷載、爆炸荷載等。

混凝土結構損傷的檢測方法有很多種，其中最常見的實用方法是通過目測確定殘餘裂縫或混凝土剝落情況。然而，由於在動力作用（如地震、衝擊）後短時間內無法進行有效的目測檢查，且存在大量的不確定性，因此學者們提出非破壞檢測(NDT)技術來量化結構構件的損傷，如CT掃描、X射線等。NDT方法需要預先知道潛在的損傷區域，這通常是非常困難的。NDT需使龐大的設備來評估結構健康狀況，並不適合在檢測大型結構的損傷。近年來，壓電材料在結構健康監測方面有了很大的發展。從18世紀居里兄弟首先發現石英晶體具有機械能與電能間能量轉移現象(壓電現象)，再於1955年發展出鋯鈦酸鉛之高壓電常數的壓電陶瓷，直到近二、三十年，壓電材料已廣泛被利用於光學、生醫、光碟、微機電、等系統上，但壓電材料於土木工程之應用則仍屬少數，於大型土木結構上之應用尚屬少而待進一步開發其它廣泛應該。壓電陶瓷材料主要特性為具有正反應及逆反應之機械能與電能轉移現象，所謂正反應為壓電材料受到應力時，將會產生與外力大小成正比例之電場（電壓），而逆反應則為壓電材料受到外加電壓而電場改變時，會因產生電偶極而產生形變。利用壓電材料為元件製成之壓電智能傳感器具有許多實用上之價值，本研究合作團隊已將智能傳感器成功應用於監測混凝土早期強度發展與損傷診斷外，尚有混凝土結構受震內部應力量測、受衝擊應力量測及其他如鋼筋腐蝕、螺栓間隙、鋼管填充混凝土孔洞檢測等功能待開發，為一多功能之感測器，持續合作計畫為利用智能傳感器預埋或後埋於鋼-混凝複合結構中，利用壓電材料之正反應特性，配合試驗來發展壓電傳感器於鋼-混凝土-鋼夾芯組合牆之損壞診斷實用技術(圖1、圖2)。

圖1: 整體計畫執行流程圖