23桥梁工程.docx
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23桥梁工程
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T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
D.
（1996）
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X密度（混凝土密度=2.4tf/m3）
瀝青混凝土重：
體積X密度（瀝青混凝土密度=2.3tf/m3）
緣石、橋護欄混凝土及橋欄杆重
3
土壤重
B.活載重
體積X密度（土壤密度=1.9tf/m）
AASHTOHS20-44參考交通部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
輪重合力中心
0.7M
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
P僅中載重）={1:
蠶需〕
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
2-76
活載重設計。
有關AASHT（HS20-44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
ZdCW
ZICW
1.2ayFu
2.0）
3.0）
5.0）
1.2（R*C
其中一1.1（R*
u1.0（R*
經上式修正後之—值命為—
几Fum
則V—W
1.2ayFum
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V*
M^IF^gW
3.0ayFum
Zd:
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。
乙工址水平加速度係數。
I:
用途係數。
y:
起始降伏地震力放大倍數。
Fu:
結構系統地震力折減係數。
R*:
結構系統特性係數。
C
—:
修正之加速度反應譜係數。
Fum
D.橋台及擋土牆之設計最小水平地震力忤
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。
獅子鄉、瑪家鄉、鹽埔鄉、麟洛鄉。
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、萬巒鄉、滿洲鄉、霧台鄉、
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、新埋鄉、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+1.0H
由基面起算下部結構之咼度（m）。
對橋台而言，採用鄰近橋
墩之橋墩高度，但單跨橋時，H=0
H.土壓力
（A）常時
⑹被勦土S力悄S
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FA1/2KAYH
2
Ka
cos©0
b.被動土壓力
P，1/2KpYH2
2
Kp
I:
2
isin©Ssin©a
cos©0
cos20cosS01和
Vcos0Scos0a
中A:
主動土壓力係數
Kp:
被動土壓力係數
Y：
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
Kep
cos
KEP：
地震時被動土壓力係數
KH/1Kv
：
水平地震係數：
垂直地震係數：
土壤單位重
：
土壤內摩擦角
a：
地表面與水平面之夾角
：
擋土牆背面與垂直面之夾角
E：
擋土牆背面與填土之摩擦角
0：
tan-1K
2.3.3設計步驟、流程及方法
（1）設計步驟
A.
資料蒐集
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
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
圖2.3-6橋梁設計步驟流程圖
（2）設計方法
A.
設計斷面
鋼筋混凝土板橋：
3〜7公尺
鋼筋混凝土板橋:
鋼筋混凝土T型梁橋:
（參考90年設計規範3.2節規定）
且18公分
B.上部結構設計
（A）設計彎矩、剪力
計算各斷面所承受之最大彎矩、剪力。
b.靜載重力矩
c.活載重力矩板橋M=1340>Skgf-mm（參考交通部90年設
計規跨範3.2節）（若考慮活載重增加30%,則
mlEMl1.3）
D1524
活載重衝擊係數1n,1值最大取o.3（參考
交通部90年設計規範2.12節）
q總力矩M=M+（1+I）Ml
d.鋼筋U昆凝土T型梁橋之M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年設計規範附錄t4）。
e.靜載重剪力
Vh-wds
f.活載重剪力V.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）。
b.剪力配筋AvV“bwS（參考交通部90年設計規範
625節）
摩擦係數
N:
橋台靜載重
時計算之
地震時計算之
uN/H三1.2
H:
橋台承受之水平力
q三土壤容許承載力
qe三土壤容許承載力
b.橋台設計須考量下列幾項載重
蠡項載重作用位置示意如下圖
土
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
d.直接基礎
計算基礎最大反力
eMN
Ma=M-Mo
N:
垂直力：
W+Ve+W+DL+LL
當各項載重偏心距e三b/6
6e
則PaN/b1—
b
6e
PbN/b16e
b
當各項載重偏心距e>b/6
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"MdB及Asj
bD:
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
234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
彈性模數比：
n=10,
Es：
鋼筋之彈性模數
Esn=一
Ec
=2.0X106kgf/cm2
Ec：
混凝土之彈性模數=15000jfckgf/cm2
B.板橋橫剖面圖
圖2.3-8板橋剖面圖
C.橋面板之設計
（A）面板部份
橋長L=600cmS二L/12〜L/16
假設橋面板全厚38公分，磨耗層厚5公分。
a.靜載重力矩
混凝土密度：
2400kgf/m3,磨耗層密度：
2400kgf/m3
故靜載重力矩
b.活載重力矩
有效跨徑：
支承中心與中心之距離（參考交通部90
年設計規範3.2節）
有效跨徑S=6.0m
則按90年設計規範3.2節之規定，HS20-44每公尺
之活載重最大彎矩（若考慮活載重增加30%,則
Mlml1.3）
Ml=1,340>S=1,340>6.0=8,051kgf-m
衝擊係數
按交通部90年設計規範2.12節之規定，衝擊係數
之公式
I卫坐15.240.3410.3使用0.3
S38.16.038.1
故活載重力矩（包括衝擊力矩）
mlI=1.3>8,051=10,466kgf-m
c.總力矩
mtMDmli=4,644+10,466=15,110kgf-m
1
d.橋面板之厚度及鋼筋需要量之設計
求k,j及R之值
5
2
*=210kgf/cm,n=10
2
1c=0.4fc=0.4>210=84kgf/cm
2
fs=1,400kgf/cm,
k件几7o.375
罟0-875
如（M1,511,000",
dJ——33.11cm
VRbV13.78100
3
若用b4cm之保護層，則板厚
7=假設橋板主鋼筋使用D25,最小保護層按90年設計
規範設6.1.5節之規定為2.5cm實際用k
d=33^2.5-1.25=34.25m
g
m
故使用D25鋼筋間距為14cm實際用
計
f.分佈鋼筋
m
M因主鋼筋與行車方向平行故按90年設計規範3.2節
2
之規定其分佈筋佔主筋之百分比為
所IMBEDEquation.3AsAs>22.45%=36.01>22.45%
需
使分
佈
（B）邊梁部份鋼
按筋通部90年設計規範3.2節之規定，凡橋面板之主鋼筋與行車方向平行者，均應備有邊梁，本設計以橋面板與
邊梁靜載重力矩
合MBEDEquation.3M-1142625139tf-m
D8
b.活載重力矩
為90年設計3.2節規範之規定邊梁應負載之活重力矩為10.10P>S故活重力矩（包括衝擊力矩）
AASHTOHS2標準貨車載重後輪之輪荷重
100
1.27（若考慮活載重增加30%,則PP1.3）
5P：
ML
I=1.3>0.1>7,250>6=5,655kgf-m
C.總力矩
邊
E
邊梁
曉度
t
厚
度
及
所
鋼
d.
需MBED
Equation.3
1
面
4
積
5
8m-
7，r；
寬
CC
2V
m
0T%
，計1,-cd3JS-5c圖用3支
1,079,400
1,4000.87559.25
「杆作用力中心線
60
邊梁剖面圖
府0039.58
L
4鳥
下層配筋
.1^04，：
—
上層配筋
圖2.3-10橋面板配筋圖
（2）懸臂式橋台設計
A.
設計條件:
6.3m全長之板橋、板厚38cmAC磨耗層5cm板橋淨
跨距6m橋梁全寬8.5m，淨寬7.5m,靜載重所造成之支承反力（靜載重包括板橋自重、AC面層、金屬欄杆、護欄等）
DL=31.96tf
活載重所造成支承反力（不含衝擊效應）
LL=31.3tf
本計算假設用於重要道路故用途係數I取1.2，地震之震區
劃分屬地震甲區，工址水平加速度係數為Z=0.33）
KH=0.5ZI=0.5>0.33xl.2=0.198
定，縱向力應為所有車道上同一方向活載重之百分之五，縱
向力之重心係作用在橋面上1.8m之高度並經上部結構傳至
（G）土壤性質
ws=1.9tf/m3
（參考日本「道路橋示方書」下部構造篇）單位重
（H）假設基礎底板與土壤之摩擦係數
.a=0.5
假設常時土壤最大容許承載力值
假設地震時土壤最大容許承載力值
2
.25kgf/cm
2
.33kgf/cm
（I）穩定安全係數
常時
傾倒
2.0
滑動
1.5
地震時
傾倒
1.5
滑動
1.2
（J）設計材料強度及容許應力
混凝土
28天圓柱試體抗壓強度設計容許壓應力設計容許抗張應力
2
…..fc^=240kgf/cm
fc=0.4fc'=96kgf/cm2
2
……………0kgf/cm
鋼筋（參考90年設計規範
6.2節規定）
降伏強度D19以上
fy=4200kgf/cm
D16以下
fy=2800kgf/cm
容許應力D19以上
fs=1680kgf/cm
D16以下
fs=1400kgf/cm
B.橋台標準斷面尺寸
O
C"~
VT-卩
註：
本餘單位有說明外m。
，
圖2.3-11橋台示意圖
（二）
對A點計算彎矩
W（tf）
X（m）
M（a）（tf-m）
Y（m）
M（a）（tf-m）
混凝土斷面
1
0.4>2.20>2.4=
2.112
3.4
7.18
7.1
15.00
2
1.4>4.85>2.4=
16.296
2.9
47.26
3.575
58.26
3
6.5X1.15>2.4=
17.94
3.25
58.31
0.575
10.32
合計
36.35
112.74
83.57
重心位置
x=M（a）/W=
3.10
m
y=M（A）/W=
2.30
m
W（tf）
X（m）
M（a）（tf-m）
Y（m）
M（a）（tf-m）
土壤斷面4
7.05>2.9X.9
38.8455
5.05
196.17
4.675
181.60
合計
38.85
196.17
181.60
重心位置
x=M（a）/W=
5.05
m
y=M（A）/W=
4.68
m
W（tf）
X（m）
M（a）（tf-m）
Y（m）
M（a）（tf-m）
超載土重
1.9X2.9».6=
3.31
5.05
16.716
8.59
28.43
前方覆土重
1.9X2.2».6=
2.5
1.1
2.75
1.45
3.625
C.
土壓力之計算:
慮被動土壓力。
（A）常時
圖2.3-11
PA
/
PAV
1
j
AH
註:
常時主動土壓力圖
本圖之角度以逆時針方向為正值
主動土壓力R=1/2KayH2
2
cos（©0）
Ka=——
2
cos0cos（S0）[1
[sin（S©）sin（©
1cos（S0）cos（0
式中Ka：
主動土壓力係數
Y：
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
主動土壓力Ra=1/2KeayH2
cos2（
K—\0）
Kea=1=
2（、,）sin（E）sin（o）,2
cos0coscos（Se0）[1J]
\COS（E0）COS（）
式中KEa：
地震時主動土壓力係數
k=kH/（1-kV）
kH二水平地震係數
kV=垂直地震係數
-1
00=tank
Y：
土壤單位重
:
土壤內摩擦角
a：
地表面與水平面之夾角
B:
擋土牆背面與垂直面之夾角
SE：
地震時擋土牆背面與填土之摩擦角
（C）計算常時主動土壓力
圖2.3-13橋台示意圖（三）
a.常時主動土壓力（無超載作用）PWKyH2
E
擋
q
土
u
牆
a
K_cos2（3000o）
KA-f
cos200cos（3000O）[1,'sin（300300）sin（30000）]2
Vcos（3000°）cos（000。
）
=0.297
作用於y=1/3H=820/3=273.3cm
位
b.常時主動土壓力（有超載作用）
im依交通部公路橋梁規範2.19規定，如有車輛可進入距結構頂部等於其高度一半之範圍內，計算土壓力時，
8
應將活載重之超載壓力計入，是項壓力不得小於相當60
cm之填土，則超載相當60cm之填土。
超載壓力
m
水平方向超載壓力
m
垂直方向土超載壓力
作用於Yq二H/2=820/2=410cm
式中燼地震時主動土壓力係數
2004
如0卩
k=kH|1-kV）=0.14
0。
二歸"1k=tan-10.14=7.97丫：
土壤單位重=1.9tf/m3
:
土壤內摩擦角=30°
P
s
fS
V
+
擋土牆背面與垂直面之夾角=0°
coS2©。
。
07.97°）
地震時擋土牆背面與填土之摩擦角=1/2=15。
kea
cos7.97Ocos20Ocos15O侦0O）[1驚篇爲曽2
=0.399
2
Pea=0.5X1.9X8.2>0.399=25.49tf
作用於y=1/3H=820/3=273.3cm
x=650cm處
水平方向地震時土壓力PEH=P>tOSS=25.49>cos15°=24.62tf
垂直方向地震時土壓力PEv=Fe冶inS=25.49>sin15°=6.60tf
D.穩定分析（參考2-99頁，圖2.3-13）
在橋台建造及完成使用後的各種可能情況，都應予考慮。
計算時檢核
?
常時
?
地震時
?
常時
傾倒安全係數大於2滑動安全係數大於1.5
?
地震時
傾倒安全係數大於1.5滑動安全係數大於1.2
?
土壤支承反力應小於土壤最大容許承載力
（A）橋台上無靜載重及活載重，但台後有填土及超載重（參考圖
290
超載土重
2.3-14）
J
o
9
*
o
[.'M
1）0
Wdi
$
严壓力
I垂直土壓力
（單位：
cm）
圖2.3-14橋台示意圖（四）
W（tf）
X（m）
M（tf-m）
垂直方向
自重WD=WDi+W2
36.88
tf
3.10
114.41
後方土重Ws=
38.85
tf
5.05
196.17
超載土重
3.31
tf
5.05
16.72
垂直土壓力
10.88
tf
6.5
70.72
刖力覆土重
2.5
tf
1.1
2.75
Total
N=91.89
tf
M二
399.91
Y（m）
水平方向
水平土壓力
18.84
tf
2.9
5
55.58
Total
H=
18.84
tf
M=
55.58
合力作用點位置二
M/N二
3.75m
偏心e=3.75-6.5/2二
0.5
<
1.08
（ok）
FSs倒二Mr/Mo=
7.20
>
2.0
（ok）
FSs動二UN/H=地盤反力
2.44
>
1.5
（ok）
r=N（1-6e）=7.61B\B
tf/m2
N6e
r=n（1+6e）=20.66
BB
tf/m2
M二M-Mh=399.91-55.58二
344.33
tf
（B）橋台上有橋梁靜載重及活重，台後有填土及超載重，同時考慮5%舌載重之縱向力（參考圖2.3-15）
（單位：
cm）
圖2.3-15橋台示意圖（五）
W（tf）
X（m）
M（tf-m）
垂直方向
自重
36.88
tf
3.10
114.41
上部載重（DL+LL）
8.00
tf
2.70
22.00
十重Ws=
38.85
tf
5.05
196.17
超載土重
3.31
tf
5.05
16.72
前方覆土重
2.5
tf
1.1
2.75
垂直土壓力
10.88
tf
6.50
70.72
Total
N=
99.89
tf
M二
421.1
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