桥梁的连接与约束

(重庆交通大学 市政工程　重庆　400041)

一、对连接与约束的认识

梁式桥中多见牛腿连接。拱式体系中，拱脚部位的连接构造是该种桥型的关键。拱脚是梁拱的连接点的位置，同时也是纵向预应力束的锚固点位置，而且也是确保拱肋空间的稳定、为主拱提供较大端横梁的嵌固点，结构重要，受力混乱复杂，配筋数量大。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。拉索在索塔上的锚固，目前经常用锚固钢梁和钢锚箱两种，过去一般用对拉锚或通过对桥塔世家 环向预应力的方式。

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。桥梁的约束是限制构件或结构全部或部分方向使其在自身部分不能自由运动的装置。约束主要有柔索约束、光滑面约束、光滑铰链约束和固定约束等。

柔索约束通常由绳索、链条等柔性物体构成。柔索约束包括细长的系绳、链条、传动皮带等。柔索约束是限制物体或构件在受拉应力时没有伸长的趋势，这是因为柔索约束只受拉应力作用。故柔索的约束力的在用点是作用于与物体的接触点，其方向是沿柔索而远离物体。由于柔索的特性是比较细长，故约束力可认为是一集中力。

光滑接触面约束的定义是两物体接触面之间的摩擦力小到几乎可以忽略不计时,那么就可以将接触面视为理想的光滑的约束.这时,不论接触面是平面或者曲面,都不能限制物体沿接触面切线方向的运动,而只能限制物体沿着接触面的公法线指向约束物体方向的运动.因此,光滑接触面对物体的约束反力是做用点是与物体的接触点,方向是接触面公法线方向,并指向受力物体.这类约束反力被称之为法向反力。

光滑铰链约束包括活动铰约束、固定铰约束和滑动约束等。光滑铰链是一个比较抽象化的模型。一般来说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。

桥梁中的约束：各种类型约束在桥梁中最基本的表现形式是支座。桥梁的支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构构件。它能将桥梁上部结构的反力和变形有效的传递给桥梁下部结构，从而使结构的受力实际情况与计算的理论结果大体相同。按照支座的约束方向可以简化为光滑面或光滑铰链约束。按照受力的特性则可以分为能传递竖向力和水平力的固定支座和只能传递竖向力活动支座。

分别按变形的可能性、所用材料、结构 形式三种方法分类。

(一)按支座变形可能性分类。1.网架橡胶支座；2.固定支座；3.单向活动支座；4.多向活动支座。

(二)按支座所用材料分类。1.钢支座：平板支座、弧形支座、摇轴 支座、辊轴支座。2.是否带滑动能力划分支座：滑动支座、固定支座。3.橡胶支座：板式橡胶支座包含四氟滑 板板式橡胶支座、盆式橡胶支座、铅芯橡 胶支座、高阻尼隔震橡胶支座。

(三)按支座的结构形式分类。1.弧形支座；2.摇轴支座；3.辊轴支座；4.板式橡胶支座和四氟版式橡胶支座；5.盆式橡胶支座；6.球形钢支座；7.球形支座；8.拉压支座等。桥梁支座类型很多，一般是根据支承反力大小、跨度距离、建筑高度大小以及预期位移量大小来选定。

二、书外的连接与约束

(一)光滑圆柱形铰链约束

1、组成：两个物体分别有相同直径的圆柱形孔，用一圆柱形销钉穿插其中并连接起来，在忽略不计摩擦时，就构成光滑圆柱形铰链约束，即铰链约束。

2、约束特点：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。一般这个力就用两个大小未知的正交分力来示意。

3、铰链约束分类：这类约束有连接铰链、固定铰链支座、活动铰链支座等。

(1)连接铰链(中间铰链)约束两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即构成连接铰链，其约束反力用两个正交的分力Fx 和Fy 表示，

(2)在固定铰链支座约束中连接铰链中假如有一个构件与地基或机架相连那么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。

(3)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，其约束反力一定垂直于支承面，而且通过铰链的中心。

三、桥梁工程中连接与约束的改进

构件连接与约束方面，主要在于抗震支 座及阻尼约束的开发应用。构件的连接与约 束技术在未来的发展是多方面的，设计理念 的改变是，材料科学的发展和施工技术的改 进都将引领构件的发展改进。而通过构件与 连接技术的改进，又可以使体系受力更优，结构更为安全，甚至创造出更加有效的桥梁 结构体系。

四、桥梁设计与旧桥改造的启发

在桥梁的设计方面，我国现行的主要标 准规范就是根据桥梁的安全性、经济性、美观以及适用，这些要求和人们对桥梁的基本要求相同。在桥梁的设计工作当中，还对桥梁的极限承载能力与正常使用加以考虑，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，而且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。因此，桥梁的设计人员应当考虑周全，做到面面俱到，随之采取有效的方法措施，尽可能好、快的完善设计方案，从而继进一步的提高桥梁的设计水平，为保障桥梁的质量提供可靠的技术支持与科学依据和对桥梁未来的发展做出贡献。

其中桥梁设计的前提条件是：1.经济合理性是桥梁设计时需要考虑的重要因素。2.美观是结构设计不可缺少的环节。3.安全是结构设计的基础。4.功能是结构设计的重点。

改进及完善桥梁设计的有效措施：1.大力加强研究疲劳损伤的理论并用于实践。2.尽可能的减少超载问题。3.重视结构的耐久性。