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規範解說 第三章載重(1/2);原PDF第76–86頁。
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¶ 鐵路橋梁設計規範|原檔第76頁
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第三章 載重 第三章 載 重 C3.2 靜載重 靜載重係指構成結構物之構材或附屬設備等之重量所產生之載重。 靜載重之設計標準值原則上應以實際重量為基礎,並預估其未來之可能變動 程度後加以決定。但若實際結構物之單位重量變動程度不大,並且設計圖說之尺 寸具有適當之精度,可利用規範 3.2 節所示之材料單位重量,依設計圖說之尺寸 加以計算靜載重之設計標準值。 對於軌道重量等有其明確實際重量者,原則上採用該明確之值。 C3.3 列車活載重 鐵路車輛一般依車輛設計時訂定之計畫重量加以製作,同一型式車輛之實際 重量變動程度甚小。 客車之最大承載重量可由最大可乘載人員之重量來估算。根據日本擠塞乘車 詴驗之結果,座位區以外之車地板所承載之最大旅客載重為 780 kgf/m2(12 人/m2 × 65 kgf/人),可利用類似此類之數值來估算最大承載重量。另一方面,貨車之牽 引載重之估算,可根據承載之容積與承載貨物之種類,同時考量假想之超載重量 來作判斷。 決定設計列車活載重時,應對於該路線區段所使用之列車與車輛進行重量之 評估,其中應包含對於結構物或構材造成最大影響之列車與車輛,並根據所採用 車輛系統之列車車軸配置、車輛實際重量與最大承載重量予以訂定。 本規範所定之列車活載重依所採用之系統分為一般鐵路活載重、高速鐵路活 載重與捷運鐵路活載重與列車相關之載重除列車活載重外,尚包括衝擊力、離心 力、車輛側向力及車輪橫壓力、煞車力及起動力等,原則上以下列各節所述車輛 系統載重為標準之參考設計載重。惟若所採用系統與本規範列舉之參考系統載重 有所不同,而指定有不同之特定列車活載重以及列車相關之載重時,應從其特定 C-9
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鐵路橋梁設計規範 之規定。 C3.3.1 一般鐵路活載重 一般鐵路活載重包括非電化路段之動力集中式列車活載重及電化路段之動力 分散式列車活載重。以日本 JR 鐵路為例,動力集中式列車活載重之標準列車活載 重為 EA 活載重或 KS 活載重,動力分散式列車活載重之標準列車活載重為 M 活 載重。目前國內鐵路已經淘汰蒸氣機車,KS 活載重僅供舊橋維護評估之用。 (a) EA 活載重 (b) KS 活載重 (c) M 活載重 C-10
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第三章 載重 C3.3.2 高速鐵路活載重 高速鐵路活載重之標準列車活載重為客運列車之 P 標準活載重,列車活載重 之輪軸重可依實際最大承載重量,作等比例之調整加大以作為設計列車活載重。 現有高速鐵路土建設計採 Modified UIC Loading,惟車輛系統採新幹線列車。 本規範參考日本新幹線列車車輛系統之構造物設計標準,仍列以日本新幹線之標 準列車活載重為參考之設計載重。惟若採用現有高速鐵路土建設計之 Modified UIC Loading,作為未來維護作業及新建路線應用之設計載重時,得參考目前高速 鐵路土建設計規範中所規定列車活載重及相關規定進行設計。 P 標準活載重 C3.3.3 捷運系統活載重 捷運鐵路活載重,可以台北捷運系統標準電聯車活載重為準,惟仍須依實際 採用車輛之實際重量與最大承載重量予以設定。 C3.3.4 多股道之活載重折減 多股道橋梁之活載重考量,以美國 AREMA 之規定為準。另參考德國 DS804 之規定以兩種情況予以考量,而取兩種情況之作用力較大者:1.二股道以全載活載 重於最不利位置加載而其餘股道無活載重加載,2.所有股道以活載重之 71%在最不 利位置加載。 C3.3.5 列車活載重之分布 列車活載重應於使結構物或構材產生最大影響之範圍內荷載,但一般而言不 須將列車載重分割而荷載於 2 個以上之位置。 C-11
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鐵路橋梁設計規範
作用於道碴承板及填土下之結構物頂面之單股道活載重,可假定橫向分布於
軌枕長加上軌枕底面下之道碴或填土之深度,除非受限於結構物之寬度。
多股道活載重之橫向分布,應如單股道活載重所定之方式分布,同時不應超
過鄰近股道中心之間距。
在多股道下之深覆土結構物之活載重橫向分布,得假定於兩外側股道中心之
範圍內為均勻分布,對於超出此範圍以外之活載重則以單股道活載重所定之方式
分布。相距較遠之股道不歸屬於多股道之類別。.
C3.4 衝擊力
結構物因列車之行駛而產生動態之反應,衝擊係數定義為動態之應力或變形
相對於靜態反應之增加幅度。衝擊係數可以如下之公式來表示:
f d f s I
f s
式中
I:衝擊係數
fd:動態之應力或變形之最大值
fs:靜態之應力或變形之最大值
進行結構物之設計時,一般藉由列車活載重乘以設計衝擊係數,將動態反應
置換為靜態載重之作用,本規範原則上亦採用此方法。
然而若進行列車與結構物間之動態相互作用之詳細模擬分析,可不採行本節
之規定。
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第三章 載重
C3.4.1 一般鐵路與高速鐵路設計衝擊係數
鐵路構造物動態反應之發生,有許多相關聯之要因,若將其粗分,可彙整為
如下之三個要因:1.連續移動載重速度之影響。2.車輛所產生之週期性作用力之影
響。3.軌道與車輛之不帄整所伴隨產生之車行搖擺之影響。
目前對於這些個別要因之相關分析方法有各式各樣之研究,然而若要進行包
含所有要因之理論分析,雖為可能,但極其繁雜。其次,軌道不帄整之影響在其
本質上具有很高之或然率之因素。因此,現實之方法是利用理論分析找出主要影
響之參數,經由與實測值之比對,尋求設計衝擊係數之公式化。
根據理論之檢討與針對眾多橋梁實測值之統計分析,主要影響之參數為本節
所示之速度參數。將設計衝擊係數以一次式之包絡實測值,可得如下之表示式:
i K a i c
式中右邊第1 項代表連續移動載重之速度之影響,Ka 為依列車活載重類別與
最高速度等條件訂定之係數。第2 項代表軌道與車輛之不帄整所伴隨產生之車行
搖擺之影響。由於不考慮蒸氣機車之運行,因此省略車輛所產生之週期性作用力
之影響。對於蒸氣機車運轉之區段,須考慮錘擊(hammer-blow)影響之情況時,
則須另行檢討以訂定其設計衝擊係數。
由於第2 項之車行搖擺之影響ic,在短跨徑情況會較大而在長跨徑時會相互
抵銷而減小。另外,在通常之營業線上之軌道與車輛之整備情況皆經常性地不使
超過整備之限度,使得車行搖擺之影響亦侷限於某一定之範圍內,因此ic 可定為
相關於跨徑之常數項。日本根據以往之研究與實測,訂定ic 為10/(65+L)。
日本依列車活載重之類別所作連續移動載重之速度影響之模擬分析結果與以
往之實測值,訂定有速度參數之係數Ka。在鋼鐵路橋或鋼與混凝土之合成鐵路
橋之情況,Ka =1.0(高速鐵路)或Ka =2.0(一般鐵路)。在混凝土鐵路橋之情況,
Ka 之值如本規範表3.3.1 所示,但在高速鐵路活載重速度參數超過0.33 之情況
時則須另行檢討。
以現行之新幹線車輛(25 m 車輛)為對象,針對較大之速度參數之領域,
檢討速度影響之包絡值Ka 之結果,由於在這些領域內會產生共振之現象,Ka 將
依跨徑之不同而產生很大之變動。若能滿足結構物或構件之安全性以及變形之限
制等,共振之產生不至於特別會有問題,但由於設計衝擊係數之值會因輪軸配
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鐵路橋梁設計規範
置、跨徑、速度參數之組合而產生很大之變動,因此須另行作詳細之檢討。
速度參數定義為
1 V V
2 nL 6.3 2.7 nL
式中
V:列車之運行速度(km/h)
n:荷載時之梁之基本振動頻率(Hz)
L:梁跨徑(m)
設計時所用之列車之最高速度,採用該區段所運轉列車之最高速度。然而考
量至目前為止日本所作實測之內容,在一般鐵路之動力集中式列車活載重之情
況,設計所用之列車最高速度應不超過130 km/h,在動力分散式列車活載重之情
況,則不超過160 km/h。對於超過上述範圍之速度,則須另行作精密之計算與檢
討。其次,在高速鐵路之情況,則可適用至300 km/h 程度之速度。
計算設計衝擊係數時,須求取構材之基本振動頻率。構材基本振動頻率之推
算,須針對其跨徑、邊界條件、剛性及質量等,根據理論分析與類似條件之實測
例等來作推定。
在簡支梁之情況,一般可以下式來求取構材之基本振動頻率:
EI g
n 2
2 L D
式中
n:構材之基本振動頻率(Hz)
L:構材之跨徑
EI:構材之撓曲剛性
g:重力加速度
D:單位長度之靜載重(梁自重+板上靜載重)
在混凝土鐵路橋之情況,根據既有混凝土鐵路橋(簡支梁)之實測或詴算之
8.0 結果,構材之基本振動頻率n 可以L(m)之近似之關係式來表示, n c L 。
係數c 於動力集中式或動力分散式列車活載重之情況約為55,於高速鐵路之情況
約可分別為55(最高速度210 km/h)、70(最高速度260 km/h)、80(最高速度
300 km/h)。因此在具有與日本以往相同之構造型式與跨徑等之情況,可利用此近
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第三章 載重
似之關係式來推算構材之基本振動頻率。然而在低剛性結構之情況,c 有可能會
降至40 以下,因此在此時須利用上述之公式等來求取構材之基本振動頻率。表
C3.3.1B 所示之混凝土鐵路橋之設計衝擊係數i,係於表中所示適用條件之範圍
內,依據上述內容計算所得之值。
在鋼結構或鋼與混凝土之合成鐵路橋之情況,根據實測與簡單之計算,載荷
8.0 時之梁之基本振動頻率可近似地表示為 n 70 L ,因此設計衝擊係數可表示如
下。
K a V 10 I 0 2.0
500 LI 65 LI
然而在以一般鐵路之動力分散式列車活載重以及高速鐵路列車活載重進行設
計時,由於對非常重之梁及變位較大之梁等基本振動頻率較低之梁而言,即使是
低速行駛亦無法忽視共振之影響,因此當非荷載時之基本振動頻率n 不滿足下列
之條件時,不可利用上式來計算衝擊係數。此時可先求取荷載時之梁之基本振動
頻率,進而作精密之計算。
315. 100
n
d IL
式中
d:橋梁跨徑內靜載重產生之撓曲最大變形量(cm)
LI:橋梁跨徑(詳規範3.4.1 節)
對於承載雙股道之構材,當列車同時荷載時,由於考慮同時以相同之相位對
於構材施加衝擊力之機率甚低,因此可依本節之規定降低設計衝擊係數。
C3.4.1.B 混凝土鐵路橋
混凝土鐵路橋承載單股道之構材之極限強度檢核上所用之設計衝擊係
數,可依列車活載重類別之不同,使用如表C3.4.1.B 所示之值。
表C3.4.1.B 設計衝擊係數I
(a) 動力集中式列車活載重
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鐵路橋梁設計規範 最高速度 跨徑 L(m) 適用條件 (Km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 -0.8 — 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 L≧10m 且 n≧55L 110 -0.8 0.44 0.40 — L<10m 且 n≧55L -0.8 — 0.34 0.30 0.27 0.25 0.24 0.21 0.19 L≧10m 且 n≧55L 130 -0.8 0.50 0.44 — L<10m 且 n≧55L 註:n 為結構之基本自然振動頻率(Hz) (b) 動力分散式列車活載重 最高速度 跨徑 L(m) 適用條件 (Km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 110 0.34 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 -0.8 130 0.38 0.34 0.30 0.27 0.25 0.24 0.21 0.19 n≧55L 160 0.44 0.39 0.34 0.31 0.29 0.27 0.25 0.22 (c) 高速鐵路 NP 活載重 最高速度 跨徑 L(m) 適用條件 (Km/h) 5 10 20 30 40 50 70 100 -0.8 110 0.34 0.31 0.27 0.25 0.23 0.21 0.19 0.17 n≧55L -0.8 210 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n≧55L -0.8 260 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n≧70L -0.8 300 0.53 0.47 0.41 0.37 0.35 0.33 0.30 0.27 n≧80L C3.4.2 捷運鐵路設計衝擊係數 一般捷運列車行駛速度較低衝擊較小,惟為安全起見採台北捷運系統之設計 規定。 C3.5 離心力 離心力為作用於車輛重心之水帄力。車輛重心之高度因車輛種類之不同而 異,因此其值之訂定應採用較保守之值。 理論上離心力之作用方向應取為相對於軌道之垂直方向,但由於其與橋軸之 夾角隨位置之不同而異,於計算上頗為煩瑣,計算結果亦無甚大之差異,因此一 般可採用相對於橋軸之垂直方向來作計算。但在軌道作非對稱配置之情況下,於 橋軸方向亦會有分力產生,因此須加以留意。 列車或車輛於曲線上之最高速度隨著軌道構造(超高量等)與車輛性能等之 C-16
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第三章 載重
不同而異,因此應根據本節之公式計算對應於該最高速度之離心力係數c。目前
台北捷運之土木工程設計手冊與高雄捷運之土建工程設計規範所採用離心力係
數c 所對應之速度,為電聯車在水帄彎道上之最高速度(km/h)加計10 km/h。
(V 10) 2
c
127 R
當曲線半徑較大,離心力係數c 較小之情況,亦可不考慮離心力之作用。
C3.6 車輛側向力及車輪橫壓力
由於車輛側向力與車輪橫壓力產生之機制不同,並不會同時作用,因此對於
單一軌道,僅須考慮車輛側向力或車輪橫壓力之任一載重即可。
C3.6.1 車輛側向力
車輛側向力之標準值如下所示:
A.一般鐵路
車輛側向力之作用位置取為K 活載重之動輪輪軸位置,其標準值取為K
活載重動輪軸重之15 %。
B.高速鐵路
車輛側向力之作用位置取為相鄰車輛之連結器前後兩座台車之車輪位
置,其標準值取為列車標準活載重之輪軸重之20 %。
C-17¶ 鐵路橋梁設計規範|原檔第85頁
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鐵路橋梁設計規範
車輛側向力起因於車行搖擺等之車輛振動。車輛振動所產生之車輛側向力,一
般可以下式來表示:
1 NE W
g
式中
NE:車輛側向力
1:台車中心之車輛單側橫向振動加速度(m/s2)
g:重力加速度(9.8 m/s2)
W:1 台車所承載之車輛重量
根據曲線軌道之實測結果,車輛側向力係以疊加於離心力之方式呈現出來,有
時並可達到與直線軌道幾乎相同之值,因此對於承載曲線軌道之構件,設計上須
考量車輛側向力與離心力可同時發生。
一般而言動力集中式機車之加速度較二軸貨車為小。然而機車之輪軸重較大,
動力集中式列車活載重之車輛側向力之最大值係由機車所產生,因此動力集中式
列車活載重之車輛側向力係根據機車之重量來加以訂定。具體而言,訂定動力集
中式列車活載重之車輛側向力標準值時,考量相連接機車之車行搖擺,取連結器
前後兩座台車之動輪為作用位置,同時取橫向振動加速度之最大值為1.5 m/s2。
根據日本鐵道總合技術研究院於1988 年之調查研究報告書,使用車輛搖擺測
定器測定動力分散式列車之橫向振動加速度之結果,日本JR 與各私鐵皆大多為1
m/s2 以下(單側振幅),最大者亦不超過2 m/s2。因此取橫向振動加速度之最大值
為2 m/s2,從而訂定動力分散式列車之車輛側向力之標準值。其次,配合高速行駛
時車行搖擺之型態,將動力分散式列車之車輛側向力之作用型態,取為相鄰車輛
之連結器前後兩座台車車輪位置之相連載重。
由於日本新幹線之軌道整備狀態良好,因此一般而言日本新幹線之橫向振動加
速度較動力分散式列車之橫向振動加速度為小。然而基於新幹線之速度較高,並
有可能於局部位置有較大之軌道不帄整,因此日本新幹線車輛側向力之標準值採
用與動力分散式列車相同之車輛側向力之標準值。本規範採用日本新幹線活載重
為標準之參考設計載重,高速鐵路車輛側向力之標準值採用與日本新幹線活載重
情況相同之規定。
C-18¶ 鐵路橋梁設計規範|原檔第86頁
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第三章 載重 C3.6.2 車輪橫壓力 車輪橫壓力係指台車行進間相對於軌道具有入射角時所產生之車輪橫壓。車輪 橫壓力之訂定,係簡化為單軸之載重,依列車活載重之類別並根據實測值等加以 訂定其標準值。 C3.7 煞車力及起動力 列車於結構物上進行煞車與起動時,相對於其慣性力之線路方向之反作用力 將經由車輪作用於鋼軌上,進而經由鋼軌傳遞至梁上。由於此力不會超過車輪與 鋼軌間之粘著力,因此大體上乃採用粘著力與輪軸重之比(粘著係數)作為煞車 力與起動力訂定之標準。 粘著係數受車輪與鋼軌之材質、接觸面上之附著物之種類、輪軸重之大小、 速度等因素之影響,其值呈現出相當零散之分布。一般而言粘著係數在靜止時為 最大,隨著車輛速度之增加而減少。 以動力集中式機車型式之列車而言,原則上係於全部列車上施以煞車,因此 理論上應僅須將粘著係數乘以橋梁上之全部列車載重即可求得作用之煞車力。根 據德國所作之各種橋梁上之經由煞車所產生之機車之加速度與梁所受之煞車力之 測定結果,煞車力於列車停止時為最大,可達列車活載重之 25 ~ 35 %。然而由於 部分之煞車力係直接傳布至鋼軌上,因此梁所負擔之煞車力約為其值之 70 %。根 據日本所作之煞車時之加速度測定結果,電動機車(EH10 型)於緊急煞車同時不 撒砂時所產生加速度之最大值為 3.7 m/s2,略大於德國所作測例之值。 基於上述測定之結果與前述粘著係數之考量,對於緊急停止情況之最大煞車 力,其值可考量為列車活載重之 35 %。若假定梁所負擔之比例為 70 %,最大煞 車力將成為列車活載重之 25 %,因此取此值為動力集中式列車活載重之強度設計 法之標準值。動力集中式列車活載重之工作應力法之煞車力之標準值,係依據帄 均煞車力而定為列車活載重之 15 %。 另一方面,對於動力集中式列車活載重之起動力而言,由於起動力僅藉由動 輪加載,因此其標準值乃定為動輪軸重之 25 %。 關於動力分散式列車活載重與新幹線(高速鐵路)活載重之煞車力與起動力, C-19
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來源:交通部《鐵路橋梁設計規範》,112年2月15日。依交通部政府網站資料開放宣告註明出處;本站分章與導覽整理不代表發布機關認可或背書。查核日期:2026年8月31日。