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桥梁结构分析
学生姓名: 许宏祺
专业分组: 结构组
指导教授: 张志超
摘要
一条完整的道路系统都需要桥梁的配合，因此桥梁在道路系统中是个不可少的角色，如在横跨两高山、高架路段、遇河跨越、交流道系统……等的问题，都必须有桥梁的辅助，才能形成完整的公路系统，所以对桥梁的了解也是重要的课题。桥梁的功能除了连结道路外，其外观多变，可随设计巧思加以变化，如能多加利用与艺术作结合，也可成为当地重要之观光景点，如旧金山---金门大桥、淡水---关渡大桥、南二高---斜张桥……等。桥梁结构以支承线分为上部结构和下部结构两大主体，以下将以此作为分析。
研究方法与内容
一. 桥梁下部结构
a. 桥台
桥梁的头尾两端称之为桥台，除了支承上部结构和连接两边道路外，也必须挡住桥台后之填土，所以有和挡土墙相似的功用，又必须具有和上部结构接合的部份，在两侧还有续接的翼墙，它的设计原理驻和挡土墙相似，桥台的造型种类有许多种，常见的有：重力式、翼墙式、悬臂式、扶壁式、短块式……等桥台，可依现场所需之条件来使用，虽然种类繁多，但其功能不外乎：
* 支撑上部结构所传递下来的荷重
* 保护两旁之土堤，在河道之处，可防止冲刷
* 支撑桥梁的头尾两端
* 连接桥梁与公路系统，使其连续不断
翼墙建筑时可以和桥台同时或是分段灌浆，两者必须有连续性，如果是比较长的翼墙来说，其间必须有伸缩缝才可。
b. 桥墩
在跨度的桥梁中，桥墩是个重要的角色，主要是用以抗压，其次是抗弯。过去是以圬石建造，现今以钢筋混凝土为其主材质，抗压性好且不贵。桥墩的功能有：
* 将上部结构传下来的重量传至最底部的基础和地上
* 使长跨距之桥梁有中间的支承
其型式种类也可分成多种，如柱式、柱排式、槌头式、桩排式、整体式……等桥墩，主要依桥梁所在的地址的状况和施工的考量、上部结构的条件、桥梁整体外观的设计来选择所需要的型式种类。
桥墩又可分成三部份：
* 基础：为桥墩之最下部的构造
* 墩身：为桥墩之主体，依外型又可分成墩柱、墩墙。
* 墩帽：为桥墩之最上面的结构，其使桥墩和上部结构连接，也可设计成上部结构的横隔梁。
如以横断面来分类，可分为：
* 实心式桥墩：也可称为重力式桥墩，其外型有圆形、椭圆形、矩形…等多种，从水流来说，圆形、椭圆形、菱较好，矩形施工方便，可用于一般路地或水流较小的地方。
* 空心式桥墩：外形和实心式差不多，但比较轻型、柔性，可减少约五十％的钢筋混凝土量，施工速增快，品质好。在流速大且带有大量泥砂的河流和易受物体撞击的地方不宜使用。
在长跨度的桥梁来说，桥墩在桥梁的美观上，占有很重要的地位，所以选择上必须好
好的评估，再加上上部结构后，可对造景形成很大的效果。
c. 桥梁基础
桥梁基础位于桥梁下部结构的最底部，上部结构与下部结构所传递下来的力量皆由此基础承受，因此整座桥梁的稳定性和它有密切的关系。
基础又可细分为基础版和地工两项。基础版即为基础中之版状部份，如基脚、组合式基脚、扩展式基脚……等基础。地工即为基础下方的稳固整体结构之设施，如桩、沉箱。
桩基础通常用以：
*土层太软或其性质不易掌控和土壤的承载力不足，加上桩达到所需承载力
*在有被冲刷的可能时，防止基础底部的壤被淘空
*增加土壤的侧向稳定性，防止士方开挖的破坏
*改良土壤的费用太高，以桩代替，较为节省
二. 桥梁上部结构
桥梁与道路之连接必须藉由桥梁之上部结构来完成，其型式之选定通常由工程速度、和下部结构结合的考虑、景观设计、费用、可行性和材料性质……等来取决之。
桥梁上部结构也可细分成承重构件与传力构件两部份。承重构件：将上部结构的力传递至下部结构的构件，如大梁。传力构件：和承重构件共同让桥梁上部结构能发挥整体功能的构件，如横隔梁。
桥梁通常以上部结构的主要材料为其材料分类，上部结构之材料分类通常可将其分为两大类：
* 钢制上部结构
* 混凝土制上部结构
桥面的设计和公路整体的结合，必须考量平面线形、纵断线形和横断面的因素让行车更安全，除此之外还需要考虑排水，加上降雨量和排水能力的关系，再经由排水孔和排水管导入特定的排水定点，以防止车辆行驶造成雨水四溅，形成严重的交通事故。
三. 钢桥之连接方式
钢材因为制作场地和运送方式使长度受到了限制，所以必须利用接合来施工，而接合的方式有以下三大类：
铆钉接合---铆钉已有很久的使用历史了，但施工时容易产生大噪音、品质也较难管制，危险性高，必须要有熟悉此项的人员，所以近来较少在使用了。
螺栓接合---由于近来螺栓接合之进步和广泛使用，因此旧有铆钉接合的桥梁和结构物，在维修时都以螺栓取代之。
焊接接合---焊接处必须小心处理，不然容易造成应力集中和金属疲劳，进而造成裂缝毁损结构物。
如在工厂用焊接品质较好控制，如为现场接头则用螺栓接合较好。
钢梁也可以利用复合式构造，此构造可：
*节省钢的使用量
*加强桥面版的荷重能力
*减少梁深
*增加桥的净高等好处
但利用此复合作用时必须要有充足的剪力连结器来连结钢梁顶部和混凝土桥面版，使
两者能有效地传递水平剪力，达到真正的断面复合作用。可作为剪力连结器的有剪力
钉、槽钢、螺旋筋……等，只要能够有效达到连结作用的皆可用，现今多用剪力钉来
连结。
重要结果
桥梁的设计所需注意的细部有许多，除了了解上部结构和下部结构各部份的设计外，其两部份的连接点也是很重要的，也必须在较易破坏的地方做些补强或加劲，如纵向、横向加劲钣和支承加劲钣来增加抗弯能力。当桥梁两边的高程高低不同时，其两端的支承设计相当重要，其可能影响整个桥梁的破坏型式和使用年限。在组合时，施工的吊装容易产生断面的变畸、扭转现象和变位，也是要加以注意吊装时重心的问题，才不会造成施工的困难和完工后所带来的问题。在设计前，必需先收集资料来了解各地区环境的状况，再跟据资料来设计考虑各方面的条件，才不会造成经济上的浪费或不足，在有大型漂流物或掉落物的河川、地点，其下部结构就需要依环境的考量来设计或加装破冰棱，增加结构的安全性、完整性。完工前，还要再加装些附加设施，如照明系统、排水管、交通号志、栏杆…等来加强行车的安全性。
参考资料
1.徐耀赐博士编着，”桥梁结构之基本功能”，全威图书有限公司，91年元月。
2.徐耀赐博士编着，”钢桥设计原理”，全华科技图书股份有限公司，91年六月。
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