橋梁的連接與約束

(重慶交通大學(xué) 市政工程　重慶　400041)

一、對連接與約束的認(rèn)識

梁式橋中多見牛腿連接。拱式體系中，拱腳部位的連接構(gòu)造是該種橋型的關(guān)鍵。拱腳是梁拱的連接點的位置，同時也是縱向預(yù)應(yīng)力束的錨固點位置，而且也是確保拱肋空間的穩(wěn)定、為主拱提供較大端橫梁的嵌固點，結(jié)構(gòu)重要，受力混亂復(fù)雜，配筋數(shù)量大。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。拉索在索塔上的錨固，目前經(jīng)常用錨固鋼梁和鋼錨箱兩種，過去一般用對拉錨或通過對橋塔世家 環(huán)向預(yù)應(yīng)力的方式。

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 座是主攬進去錨啶之前的最后一個支承主攬的構(gòu)件。散索鞍有搖擺式，輥軸式。橋梁的約束是限制構(gòu)件或結(jié)構(gòu)全部或部分方向使其在自身部分不能自由運動的裝置。約束主要有柔索約束、光滑面約束、光滑鉸鏈約束和固定約束等。

柔索約束通常由繩索、鏈條等柔性物體構(gòu)成。柔索約束包括細(xì)長的系繩、鏈條、傳動皮帶等。柔索約束是限制物體或構(gòu)件在受拉應(yīng)力時沒有伸長的趨勢，這是因為柔索約束只受拉應(yīng)力作用。故柔索的約束力的在用點是作用于與物體的接觸點，其方向是沿柔索而遠(yuǎn)離物體。由于柔索的特性是比較細(xì)長，故約束力可認(rèn)為是一集中力。

光滑接觸面約束的定義是兩物體接觸面之間的摩擦力小到幾乎可以忽略不計時,那么就可以將接觸面視為理想的光滑的約束.這時,不論接觸面是平面或者曲面,都不能限制物體沿接觸面切線方向的運動,而只能限制物體沿著接觸面的公法線指向約束物體方向的運動.因此,光滑接觸面對物體的約束反力是做用點是與物體的接觸點,方向是接觸面公法線方向,并指向受力物體.這類約束反力被稱之為法向反力。

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?zhǔn)且粋€比較抽象化的模型。一般來說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(zhuǎn)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(gòu)件一端被固定不允許任意移動和轉(zhuǎn)動。

橋梁中的約束：各種類型約束在橋梁中最基本的表現(xiàn)形式是支座。橋梁的支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形有效的傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)的受力實際情況與計算的理論結(jié)果大體相同。按照支座的約束方向可以簡化為光滑面或光滑鉸鏈約束。按照受力的特性則可以分為能傳遞豎向力和水平力的固定支座和只能傳遞豎向力活動支座。

分別按變形的可能性、所用材料、結(jié)構(gòu) 形式三種方法分類。

(一)按支座變形可能性分類。1.網(wǎng)架橡膠支座；2.固定支座；3.單向活動支座；4.多向活動支座。

(二)按支座所用材料分類。1.鋼支座：平板支座、弧形支座、搖軸 支座、輥軸支座。2.是否帶滑動能力劃分支座：滑動支座、固定支座。3.橡膠支座：板式橡膠支座包含四氟滑 板板式橡膠支座、盆式橡膠支座、鉛芯橡 膠支座、高阻尼隔震橡膠支座。

(三)按支座的結(jié)構(gòu)形式分類。1.弧形支座；2.搖軸支座；3.輥軸支座；4.板式橡膠支座和四氟版式橡膠支座；5.盆式橡膠支座；6.球形鋼支座；7.球形支座；8.拉壓支座等。橋梁支座類型很多，一般是根據(jù)支承反力大小、跨度距離、建筑高度大小以及預(yù)期位移量大小來選定。

二、書外的連接與約束

(一)光滑圓柱形鉸鏈約束

1、組成：兩個物體分別有相同直徑的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘穿插其中并連接起來，在忽略不計摩擦?xí)r，就構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，即鉸鏈約束。

2、約束特點：這類約束的本質(zhì)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(yù)先確定的未知力。一般這個力就用兩個大小未知的正交分力來示意。

3、鉸鏈約束分類：這類約束有連接鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座等。

(1)連接鉸鏈(中間鉸鏈)約束兩構(gòu)件用圓柱形銷釘連接且均不固定，即構(gòu)成連接鉸鏈，其約束反力用兩個正交的分力Fx 和Fy 表示，

(2)在固定鉸鏈支座約束中連接鉸鏈中假如有一個構(gòu)件與地基或機架相連那么便構(gòu)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。

(3)活動鉸鏈支座在橋梁、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，這種支座的約 束性質(zhì)與光滑面約束反力相同，其約束反力一定垂直于支承面，而且通過鉸鏈的中心。

三、橋梁工程中連接與約束的改進

構(gòu)件連接與約束方面，主要在于抗震支 座及阻尼約束的開發(fā)應(yīng)用。構(gòu)件的連接與約 束技術(shù)在未來的發(fā)展是多方面的，設(shè)計理念 的改變是，材料科學(xué)的發(fā)展和施工技術(shù)的改 進都將引領(lǐng)構(gòu)件的發(fā)展改進。而通過構(gòu)件與 連接技術(shù)的改進，又可以使體系受力更優(yōu)，結(jié)構(gòu)更為安全，甚至創(chuàng)造出更加有效的橋梁 結(jié)構(gòu)體系。

四、橋梁設(shè)計與舊橋改造的啟發(fā)

在橋梁的設(shè)計方面，我國現(xiàn)行的主要標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)范就是根據(jù)橋梁的安全性、經(jīng)濟性、美觀以及適用，這些要求和人們對橋梁的基本要求相同。在橋梁的設(shè)計工作當(dāng)中，還對橋梁的極限承載能力與正常使用加以考慮，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，而且還應(yīng)當(dāng)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。因此，橋梁的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)考慮周全，做到面面俱到，隨之采取有效的方法措施，盡可能好、快的完善設(shè)計方案，從而繼進一步的提高橋梁的設(shè)計水平，為保障橋梁的質(zhì)量提供可靠的技術(shù)支持與科學(xué)依據(jù)和對橋梁未來的發(fā)展做出貢獻。

其中橋梁設(shè)計的前提條件是：1.經(jīng)濟合理性是橋梁設(shè)計時需要考慮的重要因素。2.美觀是結(jié)構(gòu)設(shè)計不可缺少的環(huán)節(jié)。3.安全是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。4.功能是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。

改進及完善橋梁設(shè)計的有效措施：1.大力加強研究疲勞損傷的理論并用于實踐。2.盡可能的減少超載問題。3.重視結(jié)構(gòu)的耐久性。