TWI564452B - 輕量便橋系統及其建造方法 - Google Patents

Description

輕量便橋系統及其建造方法

本發明係指一種輕量便橋系統及其建造方法，尤指一種以非對稱型斜張橋結構實現的輕量便橋系統及其建造方法。

近年來，由於氣候極端化之影響，颱風、洪水等天然災害頻繁發生。當嚴重天然災害發生時，可能會造成橋梁損毀，往往造成許多山區唯一聯外道路中斷，而使得災區形成孤島，並導致救援與救災物資難以抵達。為了因應天然災害導致橋梁損毀無法發揮正常交通功能之情況，許多國家均積極開發具快速架設特性的臨時替代用便橋(Temporary Bridge)，以降低因道路中斷所導致的交通問題及孤島效應。

一般而言，常見的緊急搶通便橋包含有水泥涵管溪底便道或鋼便橋。然而，於水泥涵管溪底便道或鋼便橋的建造過程中，工作人員均需於河床上架設基礎支撐物(如橋墩)。此時，若天然災害造成溪水流速湍急，水泥涵管溪底便道或鋼便橋便因安全考量而無法即時架設，因而延遲了救援時間及運送救援物資進入災區的時間。此外，由於用來架設水泥涵管溪底便道或鋼便橋的材料及施工機具不易準備，導致進一步地延長了完成水泥涵管溪底便道或鋼便橋所需要的時間。因此，如何運用簡單的機具及方便運送的材料建構臨時便橋，便成為一重要的議題。

為了解決上述問題，本發明提供一種以非對稱型斜張橋結構實現的輕量便橋系統及其建造方法。

本發明揭露一種輕量便橋系統，包含有一配重結構，建構於一第一橋台；一橋塔結構，包含有一底部，固定於該配重結構，及一頂部，透過至少一第一纜索耦接於該配重結構；以及一橫跨結構，建構於該第一橋台與一第二橋台之間，耦接於該配重結構，且透過至少一第二纜索耦接於該橋塔結構的該頂部。

本發明另揭露一種救災用輕量便橋系統的建造方法，包含有於一第一橋台建造一配重結構；將一橋塔結構的一底部固定於該配重結構，且利用至少一第一纜索連接該橋塔結構的一頂部及該配重結構；以及於該第一橋台與一第二橋台之間，建造一橫跨結構，其中該橫跨結構係以至少一第二纜索連結於該橋塔結構的該頂部。

10‧‧‧輕量便橋系統

100‧‧‧配重結構

102‧‧‧橋塔結構

104‧‧‧橫跨結構

106、108‧‧‧纜索

100_A~100_C、104_A~104_E‧‧‧節塊

60‧‧‧建造方法

600~608‧‧‧步驟

C_CB‧‧‧側梁

C_G、T_G、W_G‧‧‧主梁

A1、A2‧‧‧橋台

G‧‧‧缺口

W_BB、T_BB‧‧‧箱梁

第1圖為本發明實施例一輕量便橋系統的示意圖。

第2圖為第1圖所示的輕量便橋系統節塊分解的示意圖。

第3圖為漸變斷面一實現方式的示意圖。

第4圖為第1圖所示橋塔結構一實現方式的示意圖。

第5A~5D圖為建構輕量便橋系統10過程中的示意圖。

第6圖為本發明實施例一建造方法的流程圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一輕量便橋系統10的示意圖。輕量便橋系統10可作為天然災害發生時用來跨越損壞道路的緊急用便橋， 但不限於此。如第1圖所示，輕量便橋系統10係實現於一非對稱斜張橋結構，且包含有一配重結構100、一橋塔結構102及一橫跨結構104。配重結構100與橋塔結構102皆建構於一橋台A1，且配重結構100除了直接連接於橋塔結構102之底部之外，配重結構100亦通過複數條纜索106(如鋼索)耦接於橋塔結構102之頂部。橫跨結構104耦接於配重結構100，且通過複數條纜索108(如鋼索)耦接於橋塔結構102之頂部。為求簡潔，第1圖僅標示部份的纜索106、108作為代表。透過配重結構100及橋塔結構102所提供的配重及纜索106、108所提供的垂直/水平拉力，橫跨結構104可以懸臂方式建構於橋台A1與一橋台A2之間，從而提供跨越橋台A1與橋台A2之間的一缺口G(如一道路缺口或一橋梁斷裂處)的路徑。換言之，由於橫跨結構104係以懸臂方式建造而成，因此工作人員不需於缺口G中建設任何基礎支撐物(如橋墩)，即可在缺口G的一端(如橋台A1)建構完成輕量便橋系統10。

詳細來說，配重結構100、橋塔結構102及橫跨結構104皆可以模組化節塊方式建構而成，且各模組化節塊之間可以螺栓及接合板方式連接，以達到方便運送及快速組裝之目的。請參考第2圖，第2圖為第1圖所示的輕量便橋系統10節塊分解的示意圖。如第2圖所示，配重結構100係由節塊100_A、100_B、100_C及連接節塊100_CON所組成。節塊100_A、100_B及100_C皆包含有5根主梁W_G、2根邊梁W_SG及2根箱梁(Box Beam)W_BB，其中第2圖僅標示節塊100_A的主梁W_G、邊梁W_SG及箱梁W_BB作為代表。主梁W_G及邊梁W_SG可為一H型梁柱，且5根主梁W_G及2根邊梁W_SG間係透過2根箱梁W_BB相互連接。此外，邊梁W_SG上設置有拉環，用來連接及固定纜索106。在此實施例中，主梁W_G及邊梁W_SG為長度為4公尺的H型梁柱且其斷面尺寸為H294×200×8×12。根據不同應用及設計理念，主梁W_G、邊梁W_SG及箱梁W_BB的長度及斷面尺寸可據以更動及修改，而不限於此。

由於節塊100_C與橫跨結構104的斷面尺寸可能相異，因此節塊100_C的主梁W_G用來與橫跨結構104連接的一端可能另設置有漸變斷面，以連接橫跨結構104。請參考第3圖，第3圖為漸變斷面一實現方式的示意圖。在第3圖中，漸變斷面的長度為1公尺，且漸變斷面於一側A斷面尺寸為H294×200×8×12，而漸變斷面於另一側B的的斷面尺寸為H410×200×18×20。在此實施例中，側A的斷面尺寸等同於連接節塊100_A、100_B的主梁W_G的斷面尺寸，且B側的斷面尺寸則為橫跨結構104中主梁C_G的斷面尺寸。根據不同應用及設計理念，漸變斷面的長度及斷面尺寸可據以更動及修改，而不限於第3圖所示的尺寸。

請再次參考第2圖，橋塔結構102包含有2根主梁T_G及2根箱梁T_BB。在此實施例中，主梁T_G可為斷面尺寸為H294×200×8×12的H型梁柱，且2根主梁T_G間係透過2根箱梁T_BB相互連接。透過連接板及螺栓，主梁柱T_G分別固定於節塊100_C的邊梁W_SG上。此外，主梁柱T_G亦具有用來固定纜索106、108的複數個拉環。請參考第4圖，第4圖為橋塔結構102一實現方式的示意圖。在第4圖中，主梁T_G的高度為6.5公尺，且2根主梁T_G之間的距離為3公尺，以供車輛通行。此外，2根箱梁T_BB分別位於高3公尺及5.5公尺處，用來連接2根主梁T_G。根據不同應用及設計理念，橋塔結構102中主梁T_G的高度、2根主梁T_G之間的距離、箱梁T_BB距離橋面的高度可據以更動及修改，而不限於第4圖所示的數值。

請再次參考第2圖，橫跨結構104係由節塊104_A~104_E所組成。節塊104_A~104_E皆包含有5根主梁C_G，且節塊104_A~104_D另包含有橫梁(Cross Beam)C_CB。為求簡潔，第2圖僅標示節塊104_A的主梁C_G及橫梁C_CB作為代表。橫梁C_CB除了用來連接並固定纜索108之 外，亦可用來連接5根主梁C_G。根據第2圖所示之架構，工作人員可在分別完成節塊100_A~100_C、104_A~104_D及橋塔結構102後，利用螺栓與接合板於橋台A1上依序接合節塊100_A~100_C及橋塔結構102。然後，利用配重結構100及橋塔結構102所提供的配重及纜索106、108提供的水平/垂直拉力，工作人員可以懸臂方式依序連接連結節塊100_C及節塊100__A~100_E，從而完成具有非對稱斜張橋架構的輕量便橋系統10。由於工作人員係以懸臂方式建造完成橫跨結構104，因此工作人員不需於缺口G建設任何基礎支撐物，即可在橋台A1建構完成輕量便橋系統10，從而提供跨越缺口G的路徑。此外，由於輕量便橋系統10係以斜張橋方式實現，因此纜索108所提供的垂直拉力可減少活載重(如汽車、機車或人)於橫跨結構104上移動時造成的變形量，而纜索108所提供的水平拉力則可使橫跨結構104中節塊104A~104E間接合處更為緊密。

值得注意的是，為了提供足夠的配重，配重結構100及橋塔結構102需使用較高密度之材料來實現。並且，為了延長配重結構100及橋塔結構102相同重量下所能承受橫跨結構104的長度，橫跨結構104的主梁C_G係以輕量化複合材料所實現，其中輕量化複合材料之密度需小於配重結構100及橋塔結構102的材料密度。舉例來說，主梁W_G、T_G、邊梁W_SG、箱梁W_BB、T_BB、連接梁W_CG及橫梁C_CB的材料可為鋼鐵、鋁及其合金、混擬土或鋼筋混擬土，而主梁C_G可為玻璃纖維強化塑膠(Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP)、碳纖維強化塑膠(Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP)、克維拉纖維強化塑膠(Kevlar Fiber Reinforced Plastic，KFRP)、玄武岩纖維強化塑膠(Basalt Fiber Reinforced Plastic，BFRP)及混合型纖維強化塑膠(Hybrid Fiber Reinforced Plastic)其中之一，且不限於此。

請參考第5A~5D圖，第5A~5D圖為建構輕量便橋系統10過程 中的示意圖。首先，工作人員可利用工作車將5根主梁W_G、2根邊梁W_SG吊放至定位，並利用螺栓將箱梁W_BB與5根主梁W_G、2根邊梁W_SG相互連接。透過上述步驟，工作人員可完成節塊100_A~100_C。隨後，工作人員利用工作車將節塊100_A~100_C吊放至橋台A1上之定位，並以連接板(如鋼材腹板連接板)使節塊100_A~100_C相互連接，以形成第5A圖所示之配重結構100。工作人員可於完成配重結構100後，於配重結構100上鋪設橋面板，以利於後續施工。

接下來，工作人員可將多根枕木置放於地面上，以形成一臨時工作平台。然後，工作人員將主梁T_G吊放至臨時工作平台，且讓2根主梁T_G間距離大於箱梁T_BB的長度。透過將箱梁T_BB吊放至定位，工作人員可利用螺栓與托梁分別連結主梁T_G與箱梁T_BB此外，工作人員另將用於固定纜索106、108之拉環組合至主梁T_G，並依序將纜索106、108與拉環組合。接著，工作人員將橋塔結構102吊放至節塊100_C之上方，使用螺栓將橋塔結構102與節塊100_C的邊梁W_SG結合，並將纜索106分別與節塊100_A~100_C的邊梁W_SG上的拉環組合後，調整纜索106的長度。完成上述步驟後，即可取得如第5B圖所示的配重結構100與橋塔結構102。

於組裝節塊104_A時，工作人員可以一橫梁C_CB作為臨時組裝平台。於5根主梁C_G被搬動至橫梁C_CB上相對位置後，工作人員可以螺栓將主梁C_G與橫梁C_CB進行固定，並將一上翼加勁板及一下翼加勁板(即連接板)先行以少數螺栓連接於主梁C_G，以防掉落。完成上述步驟後，工作人員將節塊104_A吊放至定位，並以鋼材腹板連接板、預先放置的上翼加勁板、下翼加勁板及螺栓分別連接節塊104_A的主梁C_G與節塊100_C的主梁W_G。然後，工作人員將纜索108連接至橫梁C_CB上之拉環，並調整纜索108之長度。完成上述步驟後，工作人員才可拆除工作車纜索，且節塊 104_A係以懸臂方式建構於缺口G上方，如第5C圖所示。為了方便後續施工，工作人員可於節塊104_A上設置用於固定橋面板的定位用角鋼後，於節塊104_A上鋪設橋面板。

透過重複實施組裝節塊104_A及連結節塊104_A與節塊100_C之步驟，工作人員可分別完成節塊104_B~104_D，並依序連接節塊104_A~104_D。在組裝節塊104_E時，工作人員將5根主梁C_G連接至定位用角鋼，並將5根主梁C_G連同定位用角鋼吊放至定位。透過上翼加勁板、下翼加勁板、鋼材腹板連接板及螺栓，工作人員可將節塊104_E連接至節塊104_D，如第5D圖所示。最後，工作人員於節塊104_E上設置用於固定橋面板的定位用角鋼及鋪設橋面板後，實現於非對稱斜張橋架構的輕量便橋系統10便建構完成，從而提供橋台A1與A2間的運送路徑。

由上述流程可知，透過利用配重結構100及橋塔結構102所提供的配重及纜索106、108所提供的垂直/水平拉力，橫跨結構104中節塊104A~104E可以懸臂方式依序建構於橋台A1與橋台A2之間(即缺口G之上方)。也就是說，工作人員不需於缺口G建設任何基礎支撐物，即可在橋台A1建構完成輕量便橋系統10，從而提供跨越缺口G的路徑。此外，由於輕量便橋系統10係以斜張橋方式實現，因此纜索108所提供的垂直拉力可減少活載重(如汽車、機車或人)於橫跨結構104上移動時造成的變形量，而纜索108所提供的水平拉力則可使橫跨結構104中節塊104A~104E間接合處更為緊密。

根據不同應用及設計理念，本領域具通常知識者應可據以實施合適的更動及修改。舉例來說，配重結構100、橋塔結構102及橫跨結構104中的節塊數量可依據不同設計理念來更動及改變，而不限於第1圖所示的節 塊數量。此外，配重結構100、橋塔結構102及橫跨結構104中各節塊的組成方式及節塊間的連接方式可以各式各樣的方法實現，而不限於第2圖及第5A~5D圖。

上述實施例中建造輕量便橋系統10的流程可歸納於一流程60，如第6圖所示。流程60可用於建造具有非對稱斜張橋架構的輕量便橋系統，且包含有以下步驟：

步驟600：開始。

步驟602：於一第一橋台建造一配重結構。

步驟604：將一橋塔結構的一底部固定於該配重結構，且利用至少一第一纜索連接該橋塔結構的一頂部及該配重結構。

步驟606：於該第一橋台與一第二橋台之間，建造一橫跨結構，其中該橫跨結構係以至少一第二纜索連結於該橋塔結構的該頂部。

步驟608：結束。

根據流程60，工作人員首先於一第一橋台(如橋台A1)完成組裝配重結構的至少一節塊(如節塊100_A~100_C)，並透過連接板及螺拴依序連接配重結構的至少一節塊，從而完成配重結構。接下來，工作人員會於完成組裝一橋塔結構後，將橋塔結構的底部固定於配重結構上，並藉由至少一第一纜索(如纜索106)，連接橋塔結構的頂部及配重結構。然後，工作人員開始組裝一橫跨結構的至少一節塊(如節塊104_A~104_E)，並利用至少一第二纜索(如纜索108)以懸臂方式依序完成橫跨結構的至少一節塊與配重結構接的連接橫跨結構的至少一節塊相互之間的連接。如此一來，橫跨結構即可建造於第一橋台與一第二橋台(如橋台A2)之間，從而提供跨越第一橋台與第二橋台間之缺口的路徑。流程60的詳細運作過程可參照上述，為求簡潔，在此不贅述。

綜上所述，上述實施例係以方便運送的模組化組件，建造實現於非對稱斜張橋架構的輕量便橋系統。此輕量便橋系統透過配重結構及橋塔結構所提供的配重及纜索所提供的垂直/水平拉力，使得用來跨越道路缺口的橫跨結構可以懸臂方式建構於道路缺口上方。換言之，工作人員不需於道路缺口中建造任何基礎支撐物，即可在道路缺口的單側建構完成輕量便橋系統，從而迅速提供跨越道路缺口的路徑。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧輕量便橋系統

100‧‧‧配重結構

102‧‧‧橋塔結構

104‧‧‧橫跨結構

106、108‧‧‧纜索

A1、A2‧‧‧橋台

G‧‧‧缺口

Claims (18)

1. 一種輕量便橋系統，包含有：一配重結構，建構於一第一橋台；一橋塔結構，包含有一底部，固定於該配重結構，及一頂部，透過至少一第一纜索耦接於該配重結構；以及一橫跨結構，建構於該第一橋台與一第二橋台之間，耦接於該配重結構，且透過至少一第二纜索耦接於該橋塔結構的該頂部。
2. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該橫跨結構係以懸臂方式建構於該第一橋台與該第二橋台之間。
3. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該配重結構及該橋塔結構的材料密度大於該橫跨結構的材料密度。
4. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該配重結構係以鋼鐵、鋁及其合金、混擬土及鋼筋混擬土其中之一所組成。
5. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該橋塔結構係以鋼鐵、鋁及其合金、混擬土及鋼筋混擬土其中之一所組成。
6. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該橫跨結構係由一複合式材料所組成。
7. 如請求項6所述的輕量便橋系統，其中該複合式材料為玻璃纖維強化塑膠(Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP)、碳纖維強化塑膠(Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP)、克維拉纖維強化塑膠(Kevlar Fiber Reinforced Plastic，KFRP)、玄武岩纖維強化塑膠(Basalt Fiber Reinforced Plastic，BFRP)及混合型纖維強化塑膠(Hybrid Fiber Reinforced Plastic)其中之一。
8. 如請求項1所述的輕量便橋系統，其中該配重結構、該橋塔結構及該橫跨結構係以複數個模組化節塊組合而成。
9. 如請求項8所述的輕量便橋系統，其中該複數個模組化節塊之間係透過螺栓與接合板進行接合。
10. 一種輕量便橋系統的建造方法，包含有：於一第一橋台建造一配重結構；將一橋塔結構的一底部固定於該配重結構，且利用至少一第一纜索連接該橋塔結構的一頂部及該配重結構；以及於該第一橋台與一第二橋台之間，建造一橫跨結構，其中該橫跨結構係以至少一第二纜索連結於該橋塔結構的該頂部。
11. 如請求項10所述的建造方法，其中於該第一橋台與該第二橋台之間，建造該橫跨結構的步驟包含有：於該第一橋台與該第二橋台之間，以懸臂方式建造該橫跨結構。
12. 如請求項10所述的建造方法，其中該配重結構及該橋塔結構的材料密度大於該橫跨結構的材料密度。
13. 如請求項10所述的建造方法，其中該配重結構係以鋼鐵、鋁及其合金、混擬土及鋼筋混擬土其中之一所組成。
14. 如請求項10所述的建造方法，其中該橋塔結構係以鋼鐵、鋁及其合金、混擬土及鋼筋混擬土其中之一所組成。
15. 如請求項10所述的建造方法，其中該橫跨結構係由一複合式材料所組成。
16. 如請求項15所述的建造方法，其中該複合式材料為玻璃纖維強化塑膠(Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP)、碳纖維強化塑膠(Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP)、克維拉纖維強化塑膠(Kevlar Fiber Reinforced Plastic，KFRP)、玄武岩纖維強化塑膠(Basalt Fiber Reinforced Plastic，BFRP)及混合型纖維強化塑膠(Hybrid Fiber Reinforced Plastic)其中之一。
17. 如請求項10所述的建造方法，其中該配重結構、該橋塔結構及該橫跨結構係以複數個模組化節塊組合而成。
18. 如請求項17所述的建造方法，其中該複數個模組化節塊之間係透過螺栓與接合板進行接合。