橋梁工程中的連接和約束

(重慶交通大學市政工程　重慶　400074)

一、對連接和約束的認識

頂構件連接可以讓各個構件共同受力、一起變形，它保證了各個構件之間力的相互傳遞，連接在施工和運營階段中承受著施工機具荷載、結構自重、各類活載等等的組合作用和傳遞，確保橋梁實現它的交通功能。各類橋梁中的連接都應該具備力學性能、安全性能、耐久性能、工藝性能、經濟性能這5個性能。

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，懸臂梁和掛梁結合的局部構造叫梁牛腿，墩柱支撐上不結構的牛腿稱為柱牛腿。

拱式體系中拱橋部位的連接構造是拱橋的關鍵所在。

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構受力的關鍵。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構重要的連接。主索鞍是懸索橋用于支承主攬并使之轉向的永久性構件。散索鞍座是主攬進去錨啶之前的最后一個支承主攬的構件。散索鞍有搖擺式，輥軸式。

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。它主要分四個大類，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成的約束稱為柔索約束；當兩物體接觸面之間的摩擦力小到可以忽略不計時,可將接觸面視為理想光滑的約束；光滑鉸鏈約束包括活動鉸約束、固定鉸約束和滑動約束等，光滑鉸鏈是力學中一個抽象化的模型，凡是兩個非自由體相互連接后，接觸處的摩擦可忽略不計，只能限制兩個非自由體的相對移動，而不能限制它們相對轉動的約束，都可以稱為光滑鉸鏈約束；固定約束又稱插入約束，是工程實際中常見的一種約束類型，構件一端被固定不允許任意移動和轉動。

在橋梁中的話，約束一般就是指的就是支座，沒有包含其他的，它主要用來約束橋梁上不結構的構件和橋墩和橋臺之間的位移，它除了限制位移，還有傳遞上部結構的各種荷載的功能。

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，這要體現在鋼混組合結構上，它是在鋼結構和混凝土結構的基礎上發展起來的一種新型結構，鋼結構和混凝土結構連接部分是橋梁結構中最關鍵的部分。膠結型連接、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

除開書中那幾種約束之外，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，在不計摩擦時，即構成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡稱鉸鏈約束。這類約束的本質為光滑接觸面約束，因其接觸點位置未定，故只能確定鉸鏈的約束反力為一通過銷釘中心的大小和方向均無法預先確定的未知力。通常此力就用兩個大小未知的正交分力來表示。這類約束有連接鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座等。

(二)固定鉸鏈支座約束

如果連接鉸鏈中有一個構件與地基或機架相連，便構成固定鉸鏈支座，其約束反力仍用兩個正交的分力Fx和Fy表示。

(三)活動鉸鏈支座

在橋梁、屋架等工程結構中經常采用這種約束。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，這種支座的約束性質與光滑面約束反力相同，其約束反力必垂直于支承面，且通過鉸鏈中心。

三、改進的約束

20世紀60年代前，我國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，特別是1978年改革開放以后，橡膠支座的規格品種獲得了較大發展。目前，新建的橋梁大部分使用各類橡膠支座。橡膠支座之所以發展應用如此迅速，重要的原因是橡膠支座具有構造簡單、加工制作容易、用鋼量少、成本低、安裝方便，并具有減震、抗震、變形量大等突出優點，作為公路、鐵路、城市、機場橋梁支座使用十分有利。

因而需要找到新的方法來改變，要找到一些新型材料，提升產品的質量，除此之外，要更加注重支座的設計、布置和安裝，在使用的階段進行檢查和維護。

四、啟發

橋梁的設計方面，我國現行的主要標準規范就是充分的確保橋梁的安全、經濟、美觀以及適用，這些要求均與人們對橋梁的基本要求相切合。在橋梁的實際設計工作當中，還應當對橋梁的極限承載能力與正常使用予以統籌，不僅要考慮一些不確定因素諸如材料安全系數、荷載安全系數等，還應當考慮在綜合作用下這些不確定因素對橋梁安全儲備的影響。

其中橋梁設計的前提條件是：1.經濟是結構設計重要因素。2.美觀是結構設計不可或缺的環節。3.安全是結構設計的基礎。4.功能是結構設計的重點。

對于舊橋改造，橋梁是公路咽喉,其承載能力更是溝通全線的關鍵,全國公路普查資料顯示,在現有的橋梁中,除按1972年交通部頒布的《公路工程技術標準》和1982年以來按部頒《公路工程技術標準》(JTJ001-81)設計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前荷載要求,迫切需要改造或加固。此外,舊公路擴建改造量大、面廣,而國家投資有限,也是利用舊橋,改造舊橋的關鍵因素。

隨著技術標準的提高,舊橋的設計指標已不能滿足新橋涵規范的要求,具體來講,主要是指:(1)設計荷載;(2)橋面凈寬;(3)設計洪水頻率。

上述三點涉及到橋梁上、下部結構的技術改造問題,有時比較復雜,我認為,利用舊橋改造的前提條件應為:第一,分析舊橋的現狀,根據建橋年限,改造方案經濟效益進行綜合評估,認為仍有使用價值時方可考慮。第二,設計荷載的差距不宜太大。第三,根據設計洪水頻率、復查舊橋梁孔徑、橋面標高能否滿足泄洪要求。