橋梁工程中的連接和約束

(重慶交通大學(xué)市政工程　重慶　400074)

一、對(duì)連接和約束的認(rèn)識(shí)

頂構(gòu)件連接可以讓各個(gè)構(gòu)件共同受力、一起變形，它保證了各個(gè)構(gòu)件之間力的相互傳遞，連接在施工和運(yùn)營(yíng)階段中承受著施工機(jī)具荷載、結(jié)構(gòu)自重、各類活載等等的組合作用和傳遞，確保橋梁實(shí)現(xiàn)它的交通功能。各類橋梁中的連接都應(yīng)該具備力學(xué)性能、安全性能、耐久性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性能這5個(gè)性能。

橋梁中的連接主要有牛腿、拱橋連接、斜拉橋拉索錨固和懸索橋中的鞍座、主纜與梁、錨定以及吊桿的連接等。

梁式橋一般都是牛腿連接，懸臂梁和掛梁結(jié)合的局部構(gòu)造叫梁牛腿，墩柱支撐上不結(jié)構(gòu)的牛腿稱為柱牛腿。

拱式體系中拱橋部位的連接構(gòu)造是拱橋的關(guān)鍵所在。

斜拉橋中，塔和梁的連接以及拉索在塔、梁上的連接錨固是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵。橋塔與主梁的連接方式不同，將直接影響到斜拉橋的受力。

懸索橋中，主索鞍、散索鞍、索夾以及中央扣都是結(jié)構(gòu)重要的連接。主索鞍是懸索橋用于支承主攬并使之轉(zhuǎn)向的永久性構(gòu)件。散索鞍座是主攬進(jìn)去錨啶之前的最后一個(gè)支承主攬的構(gòu)件。散索鞍有搖擺式，輥軸式。

約束是限制(或阻礙)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)全部或部分方向自由運(yùn)動(dòng)的裝置。它主要分四個(gè)大類，其中包括柔索約束、光滑面約束、光滑鉸鏈約束、固定約束。

由繩索、鏈條等柔性物體所構(gòu)成的約束稱為柔索約束；當(dāng)兩物體接觸面之間的摩擦力小到可以忽略不計(jì)時(shí),可將接觸面視為理想光滑的約束；光滑鉸鏈約束包括活動(dòng)鉸約束、固定鉸約束和滑動(dòng)約束等，光滑鉸鏈?zhǔn)橇W(xué)中一個(gè)抽象化的模型，凡是兩個(gè)非自由體相互連接后，接觸處的摩擦可忽略不計(jì)，只能限制兩個(gè)非自由體的相對(duì)移動(dòng)，而不能限制它們相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束，都可以稱為光滑鉸鏈約束；固定約束又稱插入約束，是工程實(shí)際中常見(jiàn)的一種約束類型，構(gòu)件一端被固定不允許任意移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。

在橋梁中的話，約束一般就是指的就是支座，沒(méi)有包含其他的，它主要用來(lái)約束橋梁上不結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和橋墩和橋臺(tái)之間的位移，它除了限制位移，還有傳遞上部結(jié)構(gòu)的各種荷載的功能。

除同種材料的連接之外，還有不同材料之間的連接，用的最為廣泛的就是鋼與混凝土之間的連接，這要體現(xiàn)在鋼混組合結(jié)構(gòu)上，它是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)連接部分是橋梁結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的部分。膠結(jié)型連接、摩擦型連接、剪力連接件連接是鋼與混凝土連接的主要方式。

二、其他的連接和約束

除開(kāi)書(shū)中那幾種約束之外，還有光滑圓柱形鉸鏈約束和固定鉸鏈支座約束。

(一)光滑圓柱形鉸鏈約束

兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來(lái)，在不計(jì)摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡(jiǎn)稱鉸鏈約束。這類約束的本質(zhì)為光滑接觸面約束，因其接觸點(diǎn)位置未定，故只能確定鉸鏈的約束反力為一通過(guò)銷釘中心的大小和方向均無(wú)法預(yù)先確定的未知力。通常此力就用兩個(gè)大小未知的正交分力來(lái)表示。這類約束有連接鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座等。

(二)固定鉸鏈支座約束

如果連接鉸鏈中有一個(gè)構(gòu)件與地基或機(jī)架相連，便構(gòu)成固定鉸鏈支座，其約束反力仍用兩個(gè)正交的分力Fx和Fy表示。

(三)活動(dòng)鉸鏈支座

在橋梁、屋架等工程結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用這種約束。在鉸鏈支座的底部安裝一排滾輪，可使支座沿固定支承面移動(dòng)，這種支座的約束性質(zhì)與光滑面約束反力相同，其約束反力必垂直于支承面，且通過(guò)鉸鏈中心。

三、改進(jìn)的約束

20世紀(jì)60年代前，我國(guó)幾乎全部橋梁支座普遍采用鋼支座，有小部分采用混凝土支座。自1966年首次在廣東肇慶的一座公路橋上使用板式橡膠支座以來(lái)，特別是1978年改革開(kāi)放以后，橡膠支座的規(guī)格品種獲得了較大發(fā)展。目前，新建的橋梁大部分使用各類橡膠支座。橡膠支座之所以發(fā)展應(yīng)用如此迅速，重要的原因是橡膠支座具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工制作容易、用鋼量少、成本低、安裝方便，并具有減震、抗震、變形量大等突出優(yōu)點(diǎn)，作為公路、鐵路、城市、機(jī)場(chǎng)橋梁支座使用十分有利。

因而需要找到新的方法來(lái)改變，要找到一些新型材料，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，除此之外，要更加注重支座的設(shè)計(jì)、布置和安裝，在使用的階段進(jìn)行檢查和維護(hù)。

四、啟發(fā)

橋梁的設(shè)計(jì)方面，我國(guó)現(xiàn)行的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范就是充分的確保橋梁的安全、經(jīng)濟(jì)、美觀以及適用，這些要求均與人們對(duì)橋梁的基本要求相切合。在橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁的極限承載能力與正常使用予以統(tǒng)籌，不僅要考慮一些不確定因素諸如材料安全系數(shù)、荷載安全系數(shù)等，還應(yīng)當(dāng)考慮在綜合作用下這些不確定因素對(duì)橋梁安全儲(chǔ)備的影響。

其中橋梁設(shè)計(jì)的前提條件是：1.經(jīng)濟(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要因素。2.美觀是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可或缺的環(huán)節(jié)。3.安全是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。4.功能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

對(duì)于舊橋改造，橋梁是公路咽喉,其承載能力更是溝通全線的關(guān)鍵,全國(guó)公路普查資料顯示,在現(xiàn)有的橋梁中,除按1972年交通部頒布的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和1982年以來(lái)按部頒《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ001-81)設(shè)計(jì)建造的橋梁尚能基本滿足近期交通要求外,在此之前,特別是50年代后期及60年代修建的橋梁大都不能滿足當(dāng)前荷載要求,迫切需要改造或加固。此外,舊公路擴(kuò)建改造量大、面廣,而國(guó)家投資有限,也是利用舊橋,改造舊橋的關(guān)鍵因素。

隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高,舊橋的設(shè)計(jì)指標(biāo)已不能滿足新橋涵規(guī)范的要求,具體來(lái)講,主要是指:(1)設(shè)計(jì)荷載;(2)橋面凈寬;(3)設(shè)計(jì)洪水頻率。

上述三點(diǎn)涉及到橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)改造問(wèn)題,有時(shí)比較復(fù)雜,我認(rèn)為,利用舊橋改造的前提條件應(yīng)為:第一,分析舊橋的現(xiàn)狀,根據(jù)建橋年限,改造方案經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合評(píng)估,認(rèn)為仍有使用價(jià)值時(shí)方可考慮。第二,設(shè)計(jì)荷載的差距不宜太大。第三,根據(jù)設(shè)計(jì)洪水頻率、復(fù)查舊橋梁孔徑、橋面標(biāo)高能否滿足泄洪要求。