從疲勞破壞力學談南方澳斷橋（任明華）

除了造成嚴重之腐蝕外，且若橋兩端之基礎鬆動傾斜下沉，使原本沿單拱中間剖面左右對稱，因而造成單拱之扭曲變形，同時橋兩端基樁應該深到岩盤才會穩固；另外，雙叉與單拱之接頭焊接不可能達到100%完美無瑕，自然會有微觀之缺損及殘留應力，這便是裂縫之起源。
在鋼纜及橋面板可做應力分析，雖然已有人做電腦數值模擬解析，但理論預測可快速研判立刻找出破壞位置。
橋地板主要承受垂直載重（包含地板本身靜載重及車輛通過之活載重）通常在橋中央造成最大之彎矩可經由力學理論求得橋板在中央最下層承受最大拉應力，最上層為最大壓應力，此下層最大拉應力在反覆不斷作用下會產生疲勞破壞，此與報上破壞斷面照片在中間橋板斷裂的實情相吻合。
接著每根鋼纜承受拉力作用，因橋板靜載重固定，但車輛活載重之變化在疲勞力學上通常其應力-振次曲線（S-N Curve）中影響最大者為其應力範圍（Range）、最大應力（σmax)及平均應力（σmean)，若造成S-N Curve為偏低，表示壽命不長，故超載是絕對不容許的，道理如同人體中血壓高低值，若低血壓偏高，則平均值高，表示一直偏高之血壓容易造成中風。
在工程上結構物某一點或多點地方其應力最大時，在疲勞作用下，裂縫最易生長以致破壞，拱橋中間幾根鋼纜，在疲勞作用下較易斷裂之鋼纜與實際破壞照片亦類同，在鋼纜長期缺乏保養修護除鏽等定期及不定期偵測及養護工作，加上常有超載車輛不斷通過下，使鋼纜在長期使用下承受拉伸-拉伸疲勞作用（T-T Cyclic Loading），加上腐蝕之雙重作用，是謂應力腐蝕（Stress Corrosion）會加速裂縫生成及延伸，此二效應合併作用可加速裂縫產生生長，會加速鋼纜之斷裂，通常在應力最大地方加上腐蝕最先斷裂，亦即所謂腐蝕疲勞作用（Corrosion Fatigue），然而結構物只要有一處或幾個地方破壞，很快會造成整個結構物之破壞。

最後簡單地將重點分析說明，希望對疲勞破壞有所認識。
別忘記了在工程上各種結構物或機械元件至少50%以上皆為疲勞作用而造成最後之破壞，有些是外觀表面上看不出來的，在內部裂縫從微觀依材料學觀點逐漸不斷生長，這種破壞才是最致命的，毫無預警，其對生命財產之威脅甚大，應先多加防範。建議在使用期間其偵測、維修、養護及管理是至為重要之工作，不得鬆懈。

中山大學
機械與機電工程學系教授