橋梁工程中的連接與約束相關性研究

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400000)

一、引言

構件的連接保證了力在各構件之間的傳遞，并使構件能夠共同受力、協同變形。約束是限制或阻礙構件或結構全部或部分方向自由運動的裝置。構件通過相互之間的連接和合理的約束方能形成完整的橋梁結構。

二、連接與約束的認識

(一)連接

連接方式是指構件之間的相互約束關系，這種約束關系是由構造來實現。連接是一種傳力構造，包括同種構件之間的連接與不同構件之間的連接。橋梁中的連接主要有牛腿，拱梁連接，斜拉橋拉索錨固和懸索橋中的鞍座，主纜與梁，錨碇以及吊桿的連接等。

(二)約束

約束主要有柔索約束、光滑面約束、光滑鉸鏈約束、固定約束四大類。約束在橋梁中的基本表現形式是支座。橋梁支座主要用于約束橋梁上部結構構件與橋梁墩、臺之間的位移，按照支座的約束方向可簡化為光滑面或光滑鉸鏈約束。支座還可以傳遞上部結構的各種荷載，并且適應溫度、收縮徐變所產生的位移。按受力特性分為固定支座，傳遞豎向力和水平力；活動支座，只傳遞豎向力。常見的支座還有鋼支座，平板支座，球形支座等。

三、橋梁工程中的連接與約束

隨著當今新材料的不斷出現和組合構件在連接不同構件的應用，或者改進連接處，采用無縫連接，增加的橋梁工程連接處的強度。約束則采用更加理想的橋梁支座，如鐵芯橡膠支座、速度鎖定支座和各種阻尼器的開發應用。

在梁式橋中常見的連接就有牛腿，當T形鋼構橋采用懸臂梁與掛梁結合時需設置牛腿，在墩柱頂或中部設置支撐橋梁上部結構時，也需要設置牛腿。近年來，牛腿也廣泛用于連續梁，連續鋼構及拱橋等的端橫梁梁端，以方便主引橋過渡，同時也可縮小邊墩下部結構尺寸。

在拱式體系中，連接構造在拱腳部位。其連接構造是梁拱的連接點，縱向預應力束的錨固點，同時也是確保拱肋空間穩定性，為主拱提供強大端橫梁的嵌固點。

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構的受力關鍵。主塔的拉索錨固部位，將拉索的集中力安全，均勻地傳遞到塔柱。拉索在索塔的錨固多采用錨固鋼梁或者鋼錨箱。也可以采用組合截面形式。Rion-Antirion Bridge 橋的塔柱錨固區構造，埋設在混凝土塔壁內的鋼錨箱承擔縱橋向的拉力，豎向力通過剪力釘傳遞到塔柱混凝土上，塔柱混凝土在橫橋向被鋼錨箱分成兩片，塔柱混凝土內配置環向預應力以承擔鋼錨箱通過剪力釘傳遞過來的縱向拉力。

懸索橋中，主索鞍，散索鞍，索夾以及中央扣都是結構重要的連接。主索鞍是懸索橋用于支撐主纜并使之轉向的永久性構件。散索鞍是主纜進入錨碇之前的最后一個支撐主纜的構件。設置于錨碇前墻處，起支撐轉向和分散束股便于主纜錨固的作用。

鋼梁-橋臺連接提高整體式橋梁的剛度特性、負載能力和抗裂能力，設計一種新型鋼梁-橋臺連接方式，將剪力釘和PBL剪力連接件應用到鋼梁-橋臺既有連接方式上，可以有效解決橋梁面對的各種問題。

四、可改進的連接或約束

搭板設計的不合理性

搭板造價便宜，施工工藝簡單，應用空間廣泛，普遍應用于橋梁工程設計。為規避路橋不均勻沉降，保證過渡段牢固連接，防止出現行車安全事故，合理設計搭板尤為重要。在工程建設中，盡管橋梁連接處安裝有搭板，還是會出現不均勻沉降。出現上述問題的原因是搭板設計缺失合理性，未認識到搭板的重要性。

考慮搭板受力狀態，以簡支梁計算搭板長度，保證合理長度，符合連接處施工要求，通常搭板長度跨越橋臺臺背無法壓實在的土體。為有效發揮搭板作用，形成良好的連接處穩固性，于搭板尾端增加一條 3～5m 的變厚式埋板，充分發揮搭板作用，提升連接處施工質量與水平。

五、橋梁設計與舊橋改造的啟發

(一)橋梁連接處設計

橋梁設計中的連接處設計在整個設計過程中占重要地位。而連接處的設計首要就是考慮其能否保證橋梁的安全性。

橋梁連接處的最大沉降量在10cm以下，一般路段沉降量可達30cm。兩者由于沉降量不同，便發生顛簸。設置橋涵構造物時，應考慮等臺背填方路基地質情況、填料來源、填方高度。選取的橋涵位置、跨徑、橋臺后部防護工程等確保科學化與合理化，不要出現大河面小跨徑的橋涵。處理臺背軟弱地基，加固臺背填筑前地基，將橋頭顛簸控制在有效范圍。振動碎石樁法、排水固結法、均換土法均是軟基處理方法，結合軟基實際，選擇相應處理方法，以改善地基性能，不斷提升地基承載力，降低沉降發生率。

在具體的橋梁設計及施工時，合理設計橋臺的臺背回填，根據橋梁連接處的特點，制定有效的設計及施工方案，增強連接處設計及施工的安全性，減少橋梁交通事故的發生。橋梁連接處設計及施工的關鍵點是保證連接處設計及施工的牢固性，因為沒有牢固性也就沒有安全性。而要保證連接處設計及施工的牢固應對伸縮縫進行加固，就是在設計及施工的過程中根據建筑施工的地質及氣候條件，選擇適當的建筑材料并對施工進行監測，對橋梁斷頭局部破損和伸縮縫進行合理的設計，根據施工的情況對伸縮縫進行加固設計。

(二)舊橋改造方法及啟發

對舊橋進行改造，有一個最重要的地方就是橋梁加寬設計。而縱向接縫處理是橋梁加寬設計的重點和難點。從國內橋梁整體加寬的實踐來看，主要有兩種處理方式：

1.新舊橋墩、臺帽以上結構均連接。舊橋墩、臺帽由單懸臂結構經連接后轉變為連續梁或剛架結構，這需要舊橋墩、臺帽具有足夠的抗彎能力，新橋采用樁基礎減小不均勻沉降，否則容易引起舊橋墩、臺帽產生裂縫。

2.梁板以上結構均連接。新舊梁板的連接有兩種情況：

(1)連接時將舊橋外邊板換成中板，需鑿除舊橋墩、臺帽的擋塊和部分帽梁，并應在新橋側梁板架設完成后實施超載預壓，以消除基礎初期變形，之后再進行新、舊梁板的剛接；

(2)主要通過現澆鋼架梁實現剛接。空心板可采取對舊橋外側邊板上種植連接件(由鋼板、種植螺栓、連接鋼筋組成)，連接鋼筋與新板預埋筋進行焊接，再現澆鋼架梁和橋面鋪裝層，完成連接工作； T形、I字形梁則應鑿除舊橋部分懸臂板，并種植橫隔梁鋼筋，新加寬部分 T梁結構尺寸基本同原橋。