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1、2.3橋梁工程2.3.1設計概述道路工程於路線規劃時若遇有阻隔，如河川、溪流、山谷、湖泊、運河、公路、鐵路等，常須設置橋梁來跨越，本基本圖彙編所蒐集之橋梁係針對基層公共工程中常見之版橋及鋼筋混凝土型梁橋，提供設計人員之引用參考，並就其引用設計規範、設計步驟、設計方法做概要介紹，使基層設計人員知所遵循。橋梁所在上中下游區位、地質條件、河床質粒徑及組成、水量變化等環境條件均為影響橋梁設計及施工之要項，應併同現地氣候、人文環境與設計目標考量，決定橋梁之構法及工法，並依據河域之水文特性，慎選橋梁區位以避免洪氾災害；橋基位置應避免於水流攻擊面，橋墩數量及斷面應儘量避免影響通水斷面，以避免橋基之淘刷與通水
2、斷面束縮造成之災害。 由於橋梁載重及服務等級應與連結道路等級相當，同時考慮施工道路之運輸能量及迴轉半徑，減輕大型構材之搬運問題，或考慮現地製作、組裝施工之可能性。2.3.2設計規範及準則(1)公路橋梁設計規範A.公路橋梁設計規範交通部(2001)B.公路橋梁耐震設計規範交通部(2000)C.Standard Specification for Highway Bridges(AASHTO) (1996)D.道路橋示方書圖解說日本道路協會(平成8年)(2)設計載重A.靜載重：混凝土重：體積密度(混凝土密度=2.4tf/m3)瀝青混凝土重：體積密度(瀝青混凝土密度=2.3tf/m3)橋護欄：緣石、
3、橋護欄混凝土及橋欄杆重土壤重：體積密度(土壤密度=1.9tf/m3)B.活載重：AASHTO HS20-44(參考交通部90年設計規範2.5節)(A)以貨車載重計算，貨車由橋頭走至橋尾，使簡支橋梁結構產生最大應力之載重情況14.6tf14.6tf3.65tf圖2.3-1貨車載重示意圖(B)以車道(3m寬)集中載重及均佈載重，使簡支橋梁結構產生最大應力之載重情況11.8tf0.96tf/m8.2tfPEAV圖2.3-2車道載重示意圖比較貨車載重及車道載重兩者計算應力取值大者做為活載重設計。有關AASHTO HS 20-44車輛載重，對簡支梁所產生之彎矩、剪力及反力可參考交通部90年頒布之公路橋梁
4、設計規範附錄4。C.耐震設計（參考交通部89年公路橋梁耐震設計規範）設計最小水平地震力V其中經上式修正後之值命為則為避免韌性較佳之橋梁在地震時過早產生塑鉸，上式計算值不得低於：設計地表水平加速度係數，為設計地表水平加速度與重力加速度g之比值。C：工址正規化水平加速度反應譜係數。W：橋梁設計單位全部靜載重。Z：工址水平加速度係數。I：用途係數。：起始降伏地震力放大倍數。：結構系統地震力折減係數。：結構系統特性係數。：修正之加速度反應譜係數。D.橋台及擋土牆之設計最小水平地震力V=E.工址水平加速度係數Z工址水平加速度係數Z，代表工址所屬震區回歸期475年地震地表加速度與重力加速度g之比值。台灣地
5、區劃分為地震甲區及地震乙區，其對應之加速度係數分別為0.33及0.23。各震區包括之直轄市、縣（市）及鄉（鎮、市）如下所列：地震甲區：Z=0.33宜蘭市、新竹市、新竹縣、苗栗縣、台中市、台中縣、彰化縣、南投縣、雲林縣、嘉義市、嘉義縣、台南市、台南縣、花蓮縣、台東縣。高雄縣：三民鄉、六龜鄉、內門鄉、甲仙鄉、杉林鄉、美濃鄉、桃源鄉、茂林鄉、旗山鎮。屏東縣：九如鄉、三地門鄉、內埔鄉、里港鄉、車城鄉、牡丹鄉、恆春鎮、長治鄉、來義鄉、泰武鄉、高樹鄉、春日鄉、獅子鄉、瑪家鄉、萬巒鄉、滿洲鄉、霧台鄉、鹽埔鄉、麟洛鄉。地震乙區：Z=0.23基隆市、台北市、台北縣、桃園縣、高雄市、澎湖縣。高雄縣：大社鄉、大寮鄉
6、、大樹鄉、仁武鄉、田寮鄉、永安鄉、岡山鎮、阿蓮鄉、林園鄉、梓官鄉、鳥松鄉、茄萣鄉、路竹鄉、湖內鄉、鳳山市、燕巢鄉、橋頭鄉、彌陀鄉。屏東縣：竹田鄉、林邊鄉、東港鎮、佳冬鄉、枋山鄉、枋寮鄉、南州鄉、崁頂鄉、屏東市、琉球鄉、新埤鄉、新園鄉、萬丹鄉、潮州鎮。金門與馬祖不屬上述任一震區。但其水平加速度係數可取地震乙區。F.用途係數I國道、省道重要道路、跨越重要設施及地震後仍須維持機能之橋梁，I取1.2，上列以外之橋梁I取1.0。G.梁端防落長度N圖2.3-3支承長度示意圖N=50+0.25L+1.0HN：最小梁端防落長度(cm)。L：跨徑(m)。H：由基面起算下部結構之高度(m)。對橋台而言，採用鄰近橋
7、墩之橋墩高度，但單跨橋時，H=0H.土壓力(A)常時註：本圖之角度以逆時針方向為正值圖2.3-4常時土壓力示意圖a.主動土壓力b.被動土壓力式中：主動土壓力係數：被動土壓力係數：土壤單位重：土壤內摩擦角：地表面與水平面之夾角：擋土牆背面與垂直面之夾角：擋土牆背面與填土之摩擦角(B)地震時：註：本圖之角度以逆時針方向為正值圖2.3-5地震時土壓力示意圖a.主動土壓力b.被動土壓力 式中：地震時主動土壓力係數：地震時被動土壓力係數：水平地震係數：垂直地震係數 ：土壤單位重：土壤內摩擦角：地表面與水平面之夾角：擋土牆背面與垂直面之夾角：擋土牆背面與填土之摩擦角0：tan-1K2.3.3設計步驟、流程
8、及方法(1)設計步驟A.資料蒐集(A)交通量及運輸需求資料(B)橋址、地形測量(C)路工定線資料(D)工址調查、鑽探試驗、地質分析資料(E)排水、水文、氣象資料(F)用地取得之難易評估B.橋址地形研究就現有資料及測量地形圖進行橋址地形研究評估。C.橋位、橋長、橋型、施工方式研擬依據橋址地形研究評估結果，進行橋位、橋長之訂定及橋梁型式、施工方式研擬。D.橋梁配置依據橋梁型式研擬結果，進行橋梁跨徑配置。E.結構斷面尺寸訂定依據橋梁跨徑、橋梁型式訂定結構斷面尺寸F.結構分析依據初步訂定之橋梁上、下部結構尺寸進行結構分析G.結構設計依據結構分析資料進行結構設計H.繪製工程設計圖依據結構設計資料進行工程
9、設計圖繪製I. 綠建材之運用各類型公共工程皆需考慮建材的選用，所採用如二氧化碳散逸量較低或可回收使用且低污染之建材，將可減輕製造過程中對環境之負荷;如採用現地材料構築，工程設施將應符合人工建材減量之原則，以減少建材遠距搬運困擾。此外，設施構築方式可考慮模矩設計及構材置換之可能性，方便個別或局部設施更新、修復。J.編製工程預算書及相關施工規範依據設計圖編製工程數量及工程預算書及施工規範，做為施工發包之資料。K.準備發包文件依據審查通過之設計圖、工程預算書、施工規範、準備施工發包文件，以利辦理招商發包。橋梁設計作業流程作業開始環境調查與基本資料蒐集詳圖1.1-1步驟一橋址地形研究橋位、橋長、橋型、
10、施工方式研擬詳圖1.1-1步驟二橋梁配置結構斷面尺寸訂定結構分析結構設計繪製工程設計圖編製工程預算書及相關施工規範準備發包文件作業結束作業結束圖2.3-6橋梁設計步驟流程圖 (2)設計方法A.設計斷面(A)平面配置：依據道路或河流水道需求配置(B)立面配置：依據路線縱面資料配置(C)跨徑配置：鋼筋混凝土板橋：37公尺鋼筋混凝土型梁橋：815公尺預力混凝土型梁橋：1540公尺(D)斷面配置鋼筋混凝土板橋：板厚D=L/12L/16，D：板厚(cm)，L：跨距(cm)鋼筋混凝土型梁橋： 梁深D=L/8L/12，D：梁深(cm)，L：跨距(cm) 板厚H=S/10S/14，S：梁與梁間之淨間距(cm)
11、H：梁與梁間之板厚(cm)（參考90年設計規範3.2節規定）且H18公分預力混凝土型梁：梁深D=L/15L/20，L：跨距(cm)B.上部結構設計(A)設計彎矩、剪力a.由上述設計規範、設計斷面、設計載重，依據一般學理計算各斷面所承受之最大彎矩、剪力。b.靜載重力矩：均佈載重S：跨距c.活載重力矩板橋ML=1340S kgf-mm（參考交通部90年設計規範3.2節）（若考慮活載重增加30，則）活載重衝擊係數，I值最大取0.3（參考交通部90年設計規範2.12節）總力矩MT=MD+(1+I)MLd.鋼筋混凝土T型梁橋之ML 係依據貨車載重及車道載重兩者計算取值較大者之設計（或參考交通部90年設計
12、規範附錄4）。e.靜載重剪力f.活載重剪力VL依據貨車載重及車道載重兩者計算取值較大者設計(B)配筋設計依據上述設計彎矩、剪力值應用工作應力法計算配筋量（參考交通部90年設計規範6.2節）。a.彎矩配筋（參考交通部90年設計規範6.2節）fs：鋼筋之受拉應力d：鋼筋重心與壓力邊緣距離j：壓力重心與拉力重心之距與d之比b.剪力配筋（參考交通部90年設計規範6.2.5節）不得超過bw：梁寬S：剪力鋼筋間距C.下部結構設計(A)橋台設計依據採用橋台型式配置橋台斷面。一般橋台型式有重力式、半重力式、懸臂式、扶壁式等a.穩定分析安全係數(a)傾倒（overturning）常時Mr/Mo2.0Mr：抵抗力
13、矩地震時Mr/Mo1.5 Mo：傾倒力矩(b)滑動(slide)常時N/H1.5：結構與土壤間 摩擦係數N：橋台靜載重地震時N/H1.2H:橋台承受之水平力(c)土壤承載力常時計算之q 土壤容許承載力地震時計算之qe土壤容許承載力b.橋台設計須考量下列幾項載重(a)橋台牆身及基礎重WD(b)覆土重We(c)超載土重WS(d)土壓力P(e)上構傳下之靜載重及活載重DL+LL(f)上部結構因車輛行駛所產生之縱向力(g)地震力各項載重作用位置示意如下圖圖2.3-7橋台示意圖(一)c.牆身設計依據力學原理計算牆身與基礎接觸面（如上圖斷面A-A）處承受各項載重所產生之彎矩及剪力，再據以計算鋼筋量彎矩配筋
14、剪力配筋d.直接基礎計算基礎最大反力=Mr-MoN：垂直力：WD+We+Ws+DL+LL 當各項載重偏心距eb/6則當各項載重偏心距eb/6假設則最大基礎反力e.配筋計算依據基礎反力資料再計算基礎與牆身接觸面（如上圖斷面B-B，斷面C-C）處承受反力扣除自重及土重作用所產生之彎矩及剪力，再據以計算鋼筋量彎矩配筋As=及剪力配筋及：基礎厚度其他鋼筋之配置參考90年設計規範6.1.11節規定2.3.4設計範例(1)板橋設計A.設計條件(A)全長：6.3m(B)跨徑：6m(C)全寬：8.7m(D)淨寬：7.5m(E)載重：HS20-44(F)容許應力： 混凝土抗壓強度：=210kgf/cm2普通鋼筋拉力強度
