Adonis 發問時間: 科學其他:科學 · 1 0 年前

橋墩為何都用圓形的? 怎麼不用三角形的呢?

前些日子辛樂克颱風造成后豐橋斷,這兩天薔蜜颱風來封閉了很多的危橋,怕又發生了斷橋的事件。

這幾天看新聞,我卻很納悶,橋墩為何都是做圓形的? 如果不考慮材質或無橋墩設計等其他因素,怎麼不用三角形的橋墩呢? 如果三角形的尖端對準上游,那水下來分散的力沒有比圓形的好嗎? 還是還有其他因素的考量? 請土木界的高手剖析一下。

5 個解答

評分
  • 1 0 年前
    最佳解答

    Adonis:

    你好!我非高手只是一個土木人.

    圖片參考:http://tw.yimg.com/i/tw/ugc/rte/smiley_1.gif

    你所問的問題就我所知的答覆你,你所形容的部份,在我們的統一稱呼是"墩身"是聯結橋墩基礎與帽粱的結構屬軀體部份也是受河水沖擊的地方,而橋墩原設計是埋設於河床底下的,當然你所看到的危橋大多橋墩基礎都已外露,甚而部份基樁與沉箱也暴露於水面上,

    至於為何用圓形或橢圓形而不使用三角型,最主要是考量流體力學與結構設計兩方面,我將分述如下:

    1.三角設計對水流而言雖於第一接觸面的點較小可使水流快速通過,但實際上表面積(如需達到相同功能的設計標準)並不比圓或橢圓形小,水流於通過時於後方產生的擾動流卻會更大,就如同旋渦般產生吸力反使後方河床掏空對橋墩基礎造成破壞,(如飛機翼的設計前方也是橢圓面)而圓弧形設計於左右通過的流速相同自然擾動較小,雖也有些旋渦但較為破散,讓水可脫離橋部份而不至向下掏空,再者墩身與水流接觸點小如遇漂流物(如巨木與大石)撞擊,其承受面積也較小自然每單位面積受力較大,結構更將易破壞,適當而已考量的擾動並非壞事.

    2.三角型設計對於結構上的配置會產生麻煩,我們於結構設計時,其中鋼筋部份,為考量連接性,大多設計於橋墩基礎通過墩身到達帽粱部份,如採用三角墩身其鋼筋配置勢必會擠成一團,且部份銳角內無法配置大號數鋼筋,這樣的話銳角內為無筋狀況,說不定不須撞擊光拆除模版後就會破壞了.

    現在橋樑下部設計如水流較強勁或暴潮區域,其迎水面都有設置防撞鋼版(常可看到使用橘色防蝕漆圖裝部份),必免漂流物撞擊,而基礎部份也會拋設消坡塊以達到消能作用避免掏空河床,但環境破壞'水土保持不佳使得每次大雨水量與水流強度都遠超過設計考量,當然過度設計可確保安全,但f卻往往會被稽核者怪罪是否浪費公帑,且違反設計原意,這是一個迷思.............但也是設計者該遵守的規範.

    土木人

    圖片參考:http://tw.yimg.com/i/tw/ugc/rte/smiley_1.gif

  • 1 0 年前

    橋墩被破壞很少是從正面直接被衝斷 ( 這樣斷法恐怕已經是強度完全無法抵禦,神仙難救 )。通常是先在後方被掏空,失去支撐力後才被沖斷。

    橋墩做成三角形先不管荷重如何分配,單就水流而言,三角形後方所形成的低壓區就更比圓形容易使橋墩被掏空。前端+10分,後方卻 - 100分,結果是更糟糕。

    做成「眼睛」那種兩端略尖的形狀倒是可能有點幫助 ( 事實上確有近似這種設計 )。

  • 1 0 年前

    to回答者:

    發問的是說"橋墩"為何是圓形的

    而不是"橋樑"

    橋墩是指固定在河床,泡在水裡面的部分

    2008-09-30 11:54:51 補充:

    先說我不是土木高手,如有錯誤請不吝指教

    上網查了一下資料

    http://news.pchome.com.tw/living/cna/20080928/phot...

    橋墩掏空原因推測如下

    樹林砍伐=>因為山林蓄水量減少而在下雨時河流水量增加=>盜採砂石=>河床底部基礎不穩定=>河床刷深=>橋墩裸露=>以及遇水流時即在"橋墩後方"出現較小土石被水流帶走

    水流遇到橋墩被分流,在橋墩後方匯流造成土石沖刷,所以即使是三角形同樣會在橋墩後方發生掏空問題,但是三角形的問題是同樣截面積之下(以維持相同的結構強度),水流會被擋住的面積更大,所以不見得比較好

    圓面積A=Π*R^2,橋墩截斷水長度為2R

    正三角形面積A= L^2 *(根號3)/4=Π*R^2=>L=2.69R

    所以三角形截斷水的面積更大,受力更大

    但是橋墩會斷,並非是在你看到的方形或者圓形橋墩斷掉,而是橋墩底部打深在河床以下幾百公尺的橋基樁裸露後才造成斷裂

    http://www.thb.gov.tw/921/32/3209-2.pdf

    參考Page43的橋基樁示意圖

    以及Page46的橋基樁裸露照片

    可以看到雖然橋墩看起來截面積很大不可能會斷

    但是橋基樁一旦裸露,整個結構就變得很弱,因此容易斷裂

    我不知道三角形橋墩是否真的有比較好,但橋斷並非改變橋墩形狀可以解決的

    參考資料: 網路
  • 1 0 年前

    您這個問題很好, 跟思瑜想的一樣

    利用三角形的尖端做分水流, 降低水流直接衝擊橋墩的力量

    不過, 我也不知道為什麼

    本來想發問, 省下 20 點, 來贊助您兩點, 順便看大家的說法

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  • 1 0 年前

    橋墩做成圓形市一種預力樑的設計,

    譬如一根筷子如果平放是無法荷重的,

    可是如果把他摺成弧形時,荷重量將會增加數倍。

    橋梁的設計也是如此,若改成三角形,

    那橋梁的結構可就得好好重新設計了,

    相同的荷重時,恐怕得付出相當多的代價。

    參考資料: 書本知識
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