桥梁工程中的连接和约束

(重庆交通大学市政工程　重庆　400074)

一、对连接和约束的认识

顶构件连接可以让各个构件共同受力、一起变形，它保证了各个构件之间力的相互传递，连接在施工和运营阶段中承受着施工机具荷载、结构自重、各类活载等等的组合作用和传递，确保桥梁实现它的交通功能。各类桥梁中的连接都应该具备力学性能、安全性能、耐久性能、工艺性能、经济性能这5个性能。

桥梁中的连接主要有牛腿、拱桥连接、斜拉桥拉索锚固和悬索桥中的鞍座、主缆与梁、锚定以及吊杆的连接等。

梁式桥一般都是牛腿连接，悬臂梁和挂梁结合的局部构造叫梁牛腿，墩柱支撑上不结构的牛腿称为柱牛腿。

拱式体系中拱桥部位的连接构造是拱桥的关键所在。

斜拉桥中，塔和梁的连接以及拉索在塔、梁上的连接锚固是结构受力的关键。桥塔与主梁的连接方式不同，将直接影响到斜拉桥的受力。

悬索桥中，主索鞍、散索鞍、索夹以及中央扣都是结构重要的连接。主索鞍是悬索桥用于支承主揽并使之转向的永久性构件。散索鞍座是主揽进去锚啶之前的最后一个支承主揽的构件。散索鞍有摇摆式，辊轴式。

约束是限制(或阻碍)构件或结构全部或部分方向自由运动的装置。它主要分四个大类，其中包括柔索约束、光滑面约束、光滑铰链约束、固定约束。

由绳索、链条等柔性物体所构成的约束称为柔索约束；当两物体接触面之间的摩擦力小到可以忽略不计时,可将接触面视为理想光滑的约束；光滑铰链约束包括活动铰约束、固定铰约束和滑动约束等，光滑铰链是力学中一个抽象化的模型，凡是两个非自由体相互连接后，接触处的摩擦可忽略不计，只能限制两个非自由体的相对移动，而不能限制它们相对转动的约束，都可以称为光滑铰链约束；固定约束又称插入约束，是工程实际中常见的一种约束类型，构件一端被固定不允许任意移动和转动。

在桥梁中的话，约束一般就是指的就是支座，没有包含其他的，它主要用来约束桥梁上不结构的构件和桥墩和桥台之间的位移，它除了限制位移，还有传递上部结构的各种荷载的功能。

除同种材料的连接之外，还有不同材料之间的连接，用的最为广泛的就是钢与混凝土之间的连接，这要体现在钢混组合结构上，它是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构，钢结构和混凝土结构连接部分是桥梁结构中最关键的部分。胶结型连接、摩擦型连接、剪力连接件连接是钢与混凝土连接的主要方式。

二、其他的连接和约束

除开书中那几种约束之外，还有光滑圆柱形铰链约束和固定铰链支座约束。

(一)光滑圆柱形铰链约束

两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。这类约束的本质为光滑接触面约束，因其接触点位置未定，故只能确定铰链的约束反力为一通过销钉中心的大小和方向均无法预先确定的未知力。通常此力就用两个大小未知的正交分力来表示。这类约束有连接铰链、固定铰链支座、活动铰链支座等。

(二)固定铰链支座约束

如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，便构成固定铰链支座，其约束反力仍用两个正交的分力Fx和Fy表示。

(三)活动铰链支座

在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。在铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面移动，这种支座的约束性质与光滑面约束反力相同，其约束反力必垂直于支承面，且通过铰链中心。

三、改进的约束

20世纪60年代前，我国几乎全部桥梁支座普遍采用钢支座，有小部分采用混凝土支座。自1966年首次在广东肇庆的一座公路桥上使用板式橡胶支座以来，特别是1978年改革开放以后，橡胶支座的规格品种获得了较大发展。目前，新建的桥梁大部分使用各类橡胶支座。橡胶支座之所以发展应用如此迅速，重要的原因是橡胶支座具有构造简单、加工制作容易、用钢量少、成本低、安装方便，并具有减震、抗震、变形量大等突出优点，作为公路、铁路、城市、机场桥梁支座使用十分有利。

因而需要找到新的方法来改变，要找到一些新型材料，提升产品的质量，除此之外，要更加注重支座的设计、布置和安装，在使用的阶段进行检查和维护。

四、启发

桥梁的设计方面，我国现行的主要标准规范就是充分的确保桥梁的安全、经济、美观以及适用，这些要求均与人们对桥梁的基本要求相切合。在桥梁的实际设计工作当中，还应当对桥梁的极限承载能力与正常使用予以统筹，不仅要考虑一些不确定因素诸如材料安全系数、荷载安全系数等，还应当考虑在综合作用下这些不确定因素对桥梁安全储备的影响。

其中桥梁设计的前提条件是：1.经济是结构设计重要因素。2.美观是结构设计不可或缺的环节。3.安全是结构设计的基础。4.功能是结构设计的重点。

对于旧桥改造，桥梁是公路咽喉,其承载能力更是沟通全线的关键,全国公路普查资料显示,在现有的桥梁中,除按1972年交通部颁布的《公路工程技术标准》和1982年以来按部颁《公路工程技术标准》(JTJ001-81)设计建造的桥梁尚能基本满足近期交通要求外,在此之前,特别是50年代后期及60年代修建的桥梁大都不能满足当前荷载要求,迫切需要改造或加固。此外,旧公路扩建改造量大、面广,而国家投资有限,也是利用旧桥,改造旧桥的关键因素。

随着技术标准的提高,旧桥的设计指标已不能满足新桥涵规范的要求,具体来讲,主要是指:(1)设计荷载;(2)桥面净宽;(3)设计洪水频率。

上述三点涉及到桥梁上、下部结构的技术改造问题,有时比较复杂,我认为,利用旧桥改造的前提条件应为:第一,分析旧桥的现状,根据建桥年限,改造方案经济效益进行综合评估,认为仍有使用价值时方可考虑。第二,设计荷载的差距不宜太大。第三,根据设计洪水频率、复查旧桥梁孔径、桥面标高能否满足泄洪要求。