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交通行為科學
橋梁設計學問大 橋墩當後盾

文‧圖片提供/鄭羽哲(臺灣大學土木系交通工程組碩士) 圖/達志影像 (2026/5/23)

 「橋梁」是人類因應崎嶇地形時,常使用的工程結構。西元前四千年,人類就用橋梁跨越河流,近代以磚造或金屬結構搭建橋梁,克服地貌限制。

 「橋墩」是支撐橋梁所有應力的基礎結構,包含橋面版結構、橋上的人和車或其他結構物的重量。橋梁遭受地震、強風等環境應力,橋墩須提供支撐力,以維持橋梁安全。

四種橋梁 巧妙化解應力

 不同橋梁的構造形狀,與橋墩承擔的應力方向也不一樣,大致分為:

 ˙梁式橋:如國道高架橋。以橋墩搭配平面橋面版,是常見橋梁設計,橋墩單純分散橋面版上的載重。由於橋墩間的橋梁無其他支撐或應力傳導,所以橋墩不只載重,還要抵抗往橋墩間和橋面版往內側的應力(拉力)。

 註:應力為物體表面上每單位面積承受的力。常見的應力可分為拉應力、壓應力與剪應力三種。

 ˙拱橋:如臺東三仙台八拱橋。梁式橋通常每隔一段距離,設置一座橋墩,但在峽谷還要跨越河流,地形限制導致梁式橋無法在合適的距離興建橋墩。因此人們觀察拱形的應力特質,設計更能適應地形的「拱橋」。

 大家做個簡單實驗:將一疊白紙用手擠壓成拱形,這一疊紙會施予手往外推的力量;同樣的,拱形的橋墩也會承受往「外」的應力(推力),這是和梁式橋的橋墩承受拉力的最大差異。

 ˙斜張橋或吊橋:如新北市淡江大橋和碧潭吊橋。不論梁式橋或拱橋,橋墩都承受側向的應力,再加上強風、抗震因素,任何傾向一邊的應力,無論是興建或維護保養皆得另外強化結構。

 如果橋墩本身可平衡側向應力,只承載垂直的重量,相對變得容易。因此利用拉索,或其他結構設計,讓橋墩載重使兩側平衡,只要橋墩結構穩定,即可因應各種環境挑戰。

三款橋墩 減低障礙阻力

 橋梁工程通常用於穿越河川,人們在河面上架設橋墩時,它會成為河道的障礙物。橋墩的樣式簡單分為三種:

 ˙單柱式橋墩:這是最常見的形式,特色是設計簡單,如同火鶴用一隻腳撐起整個身體的重量。這種橋墩呈圓柱形或多邊形,避免側向應力太大,橋墩間的距離相對較短。

 ˙牆式橋墩:當橋墩架在河道,工程師希望橋墩不要成為阻礙水流的設施,也要防範河道活動的船隻撞上橋墩導致橋梁倒塌。因此,河道的橋墩設計成如建築物般的牆壁,寬度較寬但厚度較薄,維持結構安全,又能減低橋墩阻礙水流。

 ˙框架式橋墩:當橋梁量體越來越大,橋墩就成為複雜的結構體。不只在水道上,例如興建在陸地的高速公路高架橋梁,大型的橋墩體還須考慮維持地面人車通行的需求,因此會出現像公園的攀爬架造形,並擁有複雜與通透特質的橋墩結構。