M374568 - 五、新型說明： *【新型所屬之技術領域】 - 本創作為提供一種監測裝置，尤指一種能 自動監測河床沖刷程度、並進一步提供警報措 施之河床地形沖刷監測裝置。 '【先前技術】 - 按，交通運輸系統是國家經濟的命脈，而 • 橋樑更為交通網上最重要的一環，橋樑經長期 使用之後，結構系統會日趨老化，若因長時間 承受車輛載重或於地震中遭受損壞，除了造成 生命財產嚴重之損失外，且由於修復費時，亦 將對於交通網之功能造成嚴重之衝擊。 由於台灣地區屬於降雨量多而集中、高溫 潮濕之海島型氣候，加上位處環太平洋地震 帶，多高山丘陵、河川坡陡急流等自然地形條 • 件影響，地震、颱風、暴雨、洪水等天然災害 '發生頻繁，因此橋樑安全必須面對自然環境之 嚴格考驗；此外，車輛超載與河川砂石超量開 採等人為負面因素，在在使得重視橋樑安全有 其必要性。就橋樑工程技術而言，相關建造安 全技術已經漸趨成熟，設計施工時對橋樑的安 全都有一定的標準，但是完工以後得監測與維 修卻往往是左右橋樑長期安全的重要因素。 然而，台灣目前已有許多河川因盜採砂石 mu mu /可床面遂漸下降，而 在河川上的結構物， 堤岸等等受到嚴重的 陡流急’每逢暴雨洪 劇烈淘刷橋墩傾斜、 人民生命安全及財產 近的流場大致可分為 向下射流、馬蹄型洛 種流況中以向下射流 局部沖刷之主因。 利沖刷的機制、水力 而影響橋樑結構之穩 相關因應策略的擬 維修補強、水力沖刷 ’亟需研發可以安裝 淤情形’以利橋樑主
情況日益嚴重’造成河道 因為河床面的下降會造成 如水壩、攔砂壩、橋缴、 威脅’再加上由於河丨坡 水迅速漲落且水勢均、;勇， 倒塌，造成交通中斷，對 造成莫大傷害’而橋缴附 四種流況，如：墩前g水、 流及尾跡渦流，而上述四 與馬蹄形渦流為造成橋缴 因此，除進行有關水 沖刷災害的成因、因沖刷 定與安全的評估計算、及 定，包括深層堅硬土層的 之防治措施等課題之探討 於現地進行沖刷和砂石*;回 管機關進行橋樑安全管理 而目前國内外的沖刷量測方式大部分都靠 電磁感應在進行量測，其可分為預先埋入式或 透過非接觸式進行量測，其方法簡述如下： 1、埋設橋址的磚塊： 將特別標註之磚塊事先埋設於橋址處附近 的河道中，藉由洪水過後流失碑塊之數量 估算河床遭沖刷之深度，此方法屬於早期 無任何適當儀器之運用。而此種方式必須 4 M374568 於事後進行勘查才能知道河床被破壞 度，不僅耗費人力，且並無法適時地 警示（必須透過人力現場監看方可得 頂多做為事後的參考數據，並無實質 益處。 2 、無線電小型訊號器： 監測儀器具無線電發射功能之小型訊 器，將之事先埋於河道中，在靜止狀 不會發出任何訊號，表示該位置尚未 洪水沖刷，但經洪水沖刷浮出後，内 械裝置將觸動體内的發報系統，送出 電密碼，由接受器接收後予以解碼、’ 進而辨識出河床之沖刷深度。雖然此 制以改善以往無法隨即提出警告的缺 惟，於河川水流穩定後必須透過人力 開挖將已沖刷走的監測儀器再另行裝 去，此種方式不但耗費人力，且被沖 的監測儀器並無法再利用因此要重新 作，因此耗費成本，其沖走的監測儀 對環境造成髒亂。 3、超音波沖刷探測計： 其原理和無線電發報機類似，係藉由 波方式直接讀取沖刷深度，由接受器 後予以解碼、傳輸，進而辨識出河床 刷深度。然而此種裝置雖較為精準， 的程 提出 知）， 上的 號 態時 受到 建機 無線 事輸， 種機 失， 方式 回 刷走 製 器則 超音 接收 之沖 但其 5 M374568 設備較為昂貴，且必須定時維修，倘若 每座橋上都安裝時勢必龐大的費用，因 並不符合實際運用目的。 4、埋入型沖刷測探計： 埋入型之設備包括感應器、顯示器、資 彙集盒及自動數據紀錄器等所組成，其 感應器是裝設在橋墩基礎上，對於新建 樑之規劃佈置較為合宜，較不適合既有 樑之監測系統使用。 5 、表面型沖刷測探計： 表面型設備則是係用重力式探頭、重力 漏斗，以直接方式記錄河床高度，進而 知河床深度變化。 6 、重錘式沖刷測探計： 重錘式沖刷測探計之原理係藉由重錘自 落下時牽引一捲取器，此捲起器内有一 位編碼器，當此重錘由馬達上下捲取時 編碼器便有一數位訊號輸出，經由微電 控制器讀取此資料，並經過計算得出重 上升下降之距離。當洪水過大時此種計 機制則會受到洪水影響使數據受到影響 然而，上述的測探方式並無法真正達到 準的即時警報功效，不然就是成本不符合經 效益。 是以，要如何解決上述習用之問題與缺 在 此 料 中 橋 橋 式 測 由 數 腦 錘 瞀 TT 〇 精 濟 6 M374568 • 失，即為本創作之創作人與從事此行業之 '廠商所亟欲研究改善之方向所在者。 【新型内容】 故，本創作之創作人有鑑於上述缺失 搜集相關資料，經由多方評估及考量，並 - 事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試 - 修改，始設計出此種能自動監測河床沖刷 • 度、並進一步提供警報措施之河床地形沖 測裝置的新型專利者。 本創作之主要目的在於：一種河床地 刷監測裝置，主要由固定座、滑輪組及撓 組成，而於設在河床底部的任一深層堅硬 上埋設固定座，並在與固定座呈同一垂直 則裝設有固定在橋樑上的滑輪組，並藉由 組繞掛有撓性體，該撓性體一端掛設有足 鲁 撓性體拉緊的重物，而另一端則固定於固 ' 上，並且於撓性體之每一預定間隔處設有 應裝置，另外撓性體上且鄰近固定座端的 裝置則埋設於河床底層，如此一來，當洪 刷橋墩所產生的流場則會使原埋於河床内 應裝置裸露，感應裝置則會感測到壓力改 水流速增加，因此透過每預定間隔所設的 裝置能隨即感測並發送訊號，讓監控人員 每一橋樑的危險狀況。 相關 ，乃 以從 作及 程 刷監 形沖 性體 土層 面處 滑輪 以讓 定座 一感 感應 水沖 的感 變及 感應 掌握 7 M374568 本創作之次要目的在於：組裝方式簡易， 且無需因洪水沖刷而須另外重新裝設感應裝 置。 本創作之另一目的在於：藉由撓性體本身 的彈性以及滑輪組，能避免因洪水的沖刷造成 感測裝置的損壞，因此能夠重複利用避免浪費 本創作之又一目的在於：結構簡單、造價 低廉，維修便利。 【實施方式】 為達成上述目的及功效，本創作所採用之 技術手段及構造，茲繪圖就本創作較佳實施例 詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。 請參閱第一圖及第一 A圖所示，係為本創 作較佳實施例之組裝示意圖及撓性體之剖面局 部放大示意圖，由圖中可清楚看出本創作係一 種河床地形沖刷監測裝置，主要由固定座2 0、滑輪組3 0及撓性體4 0組成，而於設在 河床底部6 0的任一深層堅硬土層1 2上埋設 固定座2 0(參閱第二圖），並在與固定座2 0 呈同一垂直面處則裝設有固定在橋樑1上的滑 輪組3 0，並藉由滑輪組3 0繞掛有撓性體4 0 ，該撓性體4 0 —端掛設有足以讓撓性體4 0拉緊的重物4 6 ，而另一端則固定於固定座 2 0上，並且於撓性體4 0之每一預定間隔處 8 M374568 • 設有一感應裝置4 2 (如：流速計、加速計、 '壓力計、沖刷計、水位計、被動型壓電材料感 &應器或薄片型感應器），於撓性體4 0内另埋設 有能與感應裝置4 2連接、並傳輸接收訊號之 資訊輸送裝置44，由於橋樑1上於預定位置 處裝設有發射器5 0 ，另外撓性體4 0上且鄰 ' 近固定座2 0端的感應裝置4 2則埋設於河床 -底層。另於橋樑1上則裝設有與資訊輸送裝置 ❿ 4 4連接、並發送該接收訊號之發射器5 0。 藉由上述之結構、組成設計，茲就本創作 之使用作動情形說明如下，請同時配合參閱第 二圖、第三圖、第四圖、第五圖及第六圖所示， 係為本創作河床正常態之使用狀態示意圖、河 流變湍急時之使用狀態示意圖、河流過大造成 橋墩產生流場之使用狀態示意圖、河流恢復原 本流速時之使用狀態示意圖一及河流恢復原本 ® 流速時之使用狀態示意圖二，由圖中可清楚看 '出，並同時參閱第一 A圖，首先，針對橋樑1 上的每一個橋墩10底部的深層堅硬土層12 進行依需求數量所埋設的固定座2 0 ，而在橋 樑1上則組裝有與固定座2 0呈同一垂直面的 滑輪組3 0 ，完成固定座2 0與滑輪組3 0的 對應組裝後，則進行撓性體4 0的組裝，於繞 掛撓性體4 0之前，撓性體4 0於每一預定間 隔處設有一感應裝置4 2 (如：流速計、加速 9 M374568 計、壓力計、水位計、被動型壓電材料感應器 或薄片型感應器），另於撓性體4 0内另埋設有 能與該些感應裝置4 2連接、並傳輸接收訊號 之資訊輸送裝置4 4。當每條撓性體4 0完成 組裝後則於其一端掛設有一重物4 6 ，並將撓 性體4 0繞掛於滑輪組3 0 ，此時再將另一端 下拉並固定於固定座2 0 ，由於固定座2 0係 設於埋設在河床底部6 0的深層堅硬土層1 2 内，因此撓性體4 0上部分的感應裝置4 2則 埋於河床底部6 0。 當河川水流過於湍急時，水流則會推動撓 性體4 0，使撓性體4 0產生撓曲，裝設於撓 性體4 0的感應裝置4 2會依撓性體4 0的撓 曲狀況與現象，感測到壓力、水流及河床等的 沖刷改變狀況，並將其流速透過資訊輸送裝置 4 4無線傳輸至發射器5 0 ，此時能讓遠端的 河流觀測員隨時掌握橋樑每一個位置水的流 速，且當下雨過大或過久時，造成河川暴漲， 此時也能透過撓性體4 0上不同位置的感應裝 置4 2彳貞測水平面’得以掌握河川水流罝，並 能夠隨時發佈河川的危險性等級等等。另外， 當撓性體4 0被拉扯時則會受到撓性體4 0 — 端重物4 6的下拉力量，使撓性體4 0能維持 一固定拉扯的範圍，以避免撓性體4 0被拉扯 而脫離。 10 M374568 • 而當河川水流因水更加滿急而夾 ’為洪水時，則會造成橋墩1 0附近的 ‘ 6 0產生流場，而流場大致可分為四 如：墩前壅水、向下射流、馬蹄型渦2 流，以馬蹄型渦流為例，當橋墩1 0 底部6 0因水流的關係產生馬蹄型渦 ' 成河床掏空以至於橋墩1 0的承受力 - 加，此時，原埋設於河床底部6 0的 • 0透過所設的感應裝置4 2則會因壓 水流增加的關係而偵、測到周圍環境的 時受到壓力感變及流速增加的感應裝 會傳輸接收訊號至資訊輸送裝置4 4 無線方式發送此接收訊號至發射器5 一來，河流觀測員則可隨時掌握橋樑 橋墩1 0下的河床被掏空的狀況，並 橋樑1的承載力是否符合原設定的承 * 倘若因掏空情況嚴重時，則可隨時進 ' 如此則能保全居民及過路人的生命安 當河川恢復到原先的水流流速時 4 0所受的水沖擊力則會降低，此時 則會向下拉扯此時撓性體4 0則會恢 的垂直狀態，再者，原先被掏空的部 漸在囤積，當然，撓性體4 0則會被 床内，而裝於撓性體4 0上的感應裝 對也會埋設於河床中，此時則能繼續 帶泥沙成 河床底部 種流況， ίι及尾跡渴 附近河床 流’並造 相對增 撓性體4 力變動及 變化，此 置4 2貝il ，並且以 0 ，如此 1每一座 加以判斷 載負荷， 行封橋， 〇 ，撓性體 重物4 6 復到原先 分則會逐 埋設於河 置4 2相 重複使用。 11 M374568 請參閱第七圖及第七A圖所示，係為本創 作另一較佳實施例之組裝示意圖及第六A圖彈 性伸縮機構之放大示意圖，首先，針對橋樑1 a上的每一個橋徵1 0 a底部的深層堅硬土層 1 2 a進行依需求數量所埋設的固定座2 0 a ，而在橋樑1 a上則組裝有與固定座2 0 a 呈同一垂直面的滑輪組3 0 a ，完成固定座2 0 a與滑輪組3 0 a的對應組裝後，則進行撓 性體4 0 a的組裝，由於滑輪組3 0 a内部裝 設有彈性伸縮機構3 2 a ，因此撓性體4 0 a 一端則可繞設於彈性伸縮機構3 2 a ，並受彈 性伸縮機構3 2 a控制其捲曲縮放的程度，而 撓性體4 0 a的另一端則固定於固定座2 0 a 上，所以，當河川水流湍急而使撓性體4 0 a 被推動，藉由彈性伸縮機構3 2 a的機制讓撓 性體4 0 a能隨著水流湍急與否決定縮放的程 度。 惟，以上所述僅為本創作之較佳實施例而 已，非因此即侷限本創作之專利範圍，故舉凡 運用本創作說明書及圖式内容所為之簡易修飾 及等效結構變化，均應同理包含於本創作之專 利範圍内，合予陳明。 综上所述，本創作之河床地形沖刷監測裝 置於使用時，為確實能達到其功效及目的，故 本創作誠為一實用性優異之創作，為符合新型 M374568 專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委 •早曰賜准本創作，以保障創作人之辛苦創作， ‘倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指 示，創作人定當竭力配合，實感德便。 M374568 意 示 裝 組 之 例 施 實 佳 較 作 1J 倉 明本 說為 單係 簡 式圖 圖一 [第 圖 大 放 β— 立口 面 剖 之 體 性 撓 作 創 本 為 係 圖 A 1 第 第 圖 圖 三 第 示為圖為意 係意係示 示 態 狀 用 使 之 態 常 正 床 可 、、/ 。作 圖 倉 意本 態 狀 用 使 之 時 急 山而 變 流 可 、'/ 作 。 本圖 流 生 產 徵 橋 成 造。 大圖 過意 流示 河態 作狀 用 本使 為之 係場 圖 四 第 使 之 時 速 流 本 復 恢。 流 一 河圖 作意 創示 本態 為狀 係用 圖 五 第 使 之 時 速 流 本 原 復 恢 。 流二 河圖 作意 創示 本態 為狀 係用 圖 六 第 示 裝 組 之 例 施 實 佳 較 一 另 作 創 本。 為圖 係意 圖 七 第 示 大 放 之 構 機 縮 伸 性 α&ρ 圖 六 第 。 為圖 係意 圖 A 七 第 明 說 號 符 件 元 要 主 層 土 堅座 樑墩層定 橋橋深固 3 3 3 0 2 0 3 T—I T—H OJ 1''· 、 0 2 0 一―i T-Η r-H 0Ό 14 M374568 滑輪組 ......30 彈性伸縮機構 ......32 撓性體 ......40 感應裝置 ......42 資訊輸送裝置 ......44 重物 ......4 6 發射器 ......5 0 河床底部 ......60