2023-03-23|閱讀時間 ‧ 約 6 分鐘

橋梁耐震補強施工架結構計算

前言:

橋梁耐震補強工程，施工架搭設作業重點在於上構補強及墩柱補強(如鋼止震裝置、支承更換、剪力榫增設等)。

雖然有些墩位的下構也會補強，但因為橋樑原地面到基礎底的平均開挖深度僅3~4m，人員可以先走到既有基礎後，再用上下爬梯或護籠爬梯到達基礎底板，危險性不高。

上構補強施工架通常須搭設約6m以上，危險度高，所以施工架搭設的風險首重上構補強項目(圖1)。

正文:

雖然設計單位大多會提供施工架標準圖及施工規範，但通常還是會在契約內規定:假設工程(例如:施工架、擋土支撐)在施工階段由施工廠商專任工程人員，按照現地預計施作形式檢算強度，並提送計算書後，按照計算書內容繪製施工圖據以施工。

箱梁以下多以帽梁、墩柱搭配基礎、基樁型式組成，每墩墩柱淨高不盡相同(圖1)。

為配合橋下淨高限制，施工架依搭設高度不同，將衍生多種形式。

常理推斷，每墩墩柱因為施工架搭設高度不同，都需要提送「獨立結構計算書」，但實務上不太可能達成，因為專任工程人員的作業量會十分龐大。

上構補強的施工架搭設在墩柱周圍四面，又因墩柱平面尺寸差異不大，所以計算書可以依照「搭設高度」進行分類，建議分類標準如下:

(Type1)施工架無需設置「壁連桿」。
(Type2)施工架需設置「壁連桿」。
(Type3)因不同工程項目衍生之「特殊型式」。

施工規範可能考量場鑄混凝土箱樑是高風險施作項目，統一將混凝土「支撐架」標準拉高。

例如:交通部高速公路局施工技術規範-橋梁工程施工作業安全一般要求章節內規定，支撐架之靜載重及活載重之和不得低於490kgf/cm2。

再利用鋼材之拉應力、軸向應力、彎曲應力等鋼材設計工作應力，於評估強度時均有嚴格限制(表2)。

如果施工規範內有對「支撐架」強度計算「加強限制」，建議支撐架與施工架獨立分開設置及計算。

因為普通施工架用支撐架所須的強度來計算可能會算不過。所以要將施工架與支撐架聯合設置的時候，需要多加考慮。

每個墩柱可以依照設置高度，來選定適合的計算書套用，再按照計算書內律定的設置邏輯繪製施工圖，所以在計算書內，應該要律定設施的標準及限制，以評估墩柱條件是否符合。

例如:同時站上腳踏板人員數量、壁連桿設置間距。

「Type3」建議回到原本的模式，依照補強型式逐墩提送計算書。

「Type3」的計算原理與「Type1」及「Type2」的計算方式大同小異。

如果施工廠商沒有買結構分析軟體(etabs、sap2000等)給專任工程人員使用，或有細項難以用結構分析軟體建模等情形時，可以參考下列方式進行檢核(以框式施工架為例，用excel或手算皆可):

(一) 「垂直載重」考量:

以「一座施工架」作為單位來計算，除了施工架自重外，加入人員及物料的活載重來計算。

將載重攤提於腳踏板上，自行假設人員上限及載重限制，建議1個人員以100kg(含手工具重量)估算。

最終檢核成果將會是限制「X公斤/X人」同時站上腳踏板(同時限制總重量及人數)。

再來將整個墩柱的施工架定義為「一組施工架」。

為了避免人員集中於同一座施工架的極端行為，建議直接拿「一座施工架」的載重限制，當作「一組施工架」的載重限制。

因為上構補強量體通常不大，這種作法通常還是可以符合施工需求。

如一座施工架限制載重最多「600公斤/6人」，則一組施工架也限制載重也是「600公斤/6人」。

施工架桿件垂直挫曲載重檢核，除了參考《鋼結構設計手冊》外，也可直接請協力廠商提供近期施工架的垂直載重試驗值來進行計算。

(二) 「上下設備」考量:

上下設備可分為與施工架一體計算或獨立計算兩種形式。

獨立計算時，壁連桿問題需要考量，有些上下設備離墩柱較遠，無法設置壁連桿，則須以斜撐方式代替。

上下設備應以安全性及服務性(晃動)為考量，律定同時攀爬之人數，建議以「200公斤/2人」為上限。

(三) 「風力」考量:

如果規範有提供計算方式，建議依照規範計算，較為簡便；如果規範如沒有提供計算方式，則按照建築物風力設計規範計算，較為繁瑣。

如果施工架有配置防塵網覆蓋施工架側面，風力計算應該加入「防塵網覆蓋等效面積」，較符合現實並較為保守。

(四) 「地震力」考量:

同風力計算方式，如規範有提供計算方式，建議就按照規範計算，較為簡便；如規範沒有提供計算方式，則按照《建築物耐震設計規範》計算，較為繁瑣。

計算地震力所使用的重量參數(W)，除了施工架自重外，可考慮酌量計入人員重量及物料重量較為保守。

另外地震力可視為集中於平台上(傾倒力矩最大，較為保守)。

(五) 「壁連桿」:

依照前面計算出的地震力或風力等側向力，作為「傾倒力矩」。

施工架自重及地面提供的反力，為「抵抗力矩」，以計算是否需設置壁連桿。

不須壁連桿為「Type1」，需要壁連桿為「Type2」。

因橋梁墩柱為四面，所以可以將框式施工架結構分為四個單元(每面一個單元)，各自進行傾倒檢核。

如果有任何一面計算不過，則四面應獨立設置壁連桿，除了安全性較高以外，人員走動的搖晃程度也會大幅降低。

壁連桿設置間距，如符合計算成果外應，符合《營造業安全衛生設施標準》垂直向及水平向壁連桿最小設置間距規定(以垂直向間距為主)。

(六) 施工架落地「基腳」考量:

因框式施工架本身的基腳構件尺寸通常不大，以地表土層參數檢核土壤承載力時，可能會不過。

這時候要考慮，是否需要在基腳下方以「木板」或「鐵板」來墊底加大斷面。也可以考慮直接在地表澆置劣質混凝土。

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