连接与约束对桥梁稳定性的影响

连接与约束对桥梁稳定性的影响

刘刚

重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074

摘要：在桥梁工程中，为了使桥梁能够健康稳定的运营，各种桥型都会采用不同的连接方法和约束形式。其中构件之间的连接保证了每个构件之间力的传递，使每个构件能够共同承受荷载并协同变形。连接的合理布置直接影响系统力的传递，决定了结构是否优化、安全可靠。约束是限制零部件或结构在其全部或部分方向上自由移动的装置。可靠的连接和合理的约束会使桥梁中的各个部件成为一个完整的桥梁系统。本文就围绕对连接与约束的认识，连接或约束的病害及防护，桥梁工程中可以改进的连接或约束以及对桥梁设计与旧桥改造的启发等几个方面进行论述。

关键词：桥梁工程；连接；约束；构件

1

引言

连接与约束在桥梁工程中扮演着重要的角色，不同的连接与约束会形成不同的桥梁结构体系，使体系的受力方式不同，从而影响结构的适用性和耐久性[1]。在实际工程中经常会遇到连接或约束出现问题，比如桥头跳车，产生桥头跳车最主要原因是由于公路与桥梁的连接处施工处理不当。因此我们需对连接与约束的技术不断改进，从而可以使体系受力更优，结构更安全，创造出更加有效的桥梁结构体系。

2.对桥梁连接和约束的认识

构件连接可以使各种构件共同承受力和变形，确保每个构件之间力的相互传递。在施工和运营阶段，连接承受施工设备荷载、结构自重、各种活荷载等的共同作用和传递，确保桥梁实现其交通功能。各类桥梁中的连接都应该具备力学性能、安全性能、耐久性能、工艺性能、经济性能5个性能。桥梁中的连接主要有牛腿、拱桥连接、斜拉桥拉索锚固和悬索桥中的鞍座、主缆与梁、锚碇以及吊杆的连接等。

在桥梁工程中，约束一般指的是支座，不包含其他，它主要用于约束桥梁上部结构构件与桥墩和桥台之间的位移，它不仅有限制位移的作用，还有传递上部结构各种荷载的功能。

除了同一材料的连接外，还有不同材料之间的连接，应用最广泛的是钢与混凝土之间的连接，这要体现在钢与混凝土组合结构上，这是一种在钢与混凝土结构基础上发展起来的新型结构，钢与混凝土结构连接部分是桥梁结构中最关键的部分。胶接连接、摩擦连接和剪力连接是钢与混凝土的主要连接方式。

3.其他连接与约束

在《桥梁结构体系》一书中，介绍了非常多的连接与约束，但在桥梁工程中，远远不止这些连接与约束。近几年来，连接件在桥梁结构中的应用形式呈多样化，按形式来分类大致有钢筋连接件、型钢连接件、圆柱头焊钉连接件、开孔钢板连接件、钢-有机材料组合连接件[2]。

而对于约束，如何有效地减小地震对墩-梁结构的损害一直是国内外学者研究的热点问题，传统的桥梁支座因刚度和阻尼不可控，其缓冲隔减震能力有限，在地震作用下无法保证结构的安全。磁流变材料构成的磁流变支座(MRB)对桥梁结构的减震具有非常大的作用。

4.连接或约束的病害及维护

在梁式桥中，连接的病害主要有混凝土开裂以及钢筋锈蚀。梁式桥在使用过程中，由于环境作用、连接处有应力集中、混凝土强度不够等问题都会导致混凝土开裂从而导致钢筋锈蚀，影响桥梁的安全。对于这些病害的维护方式有：在连接部位提高混凝土强度，定期检查连接部位是否有裂纹，如若有则要及时修复。

在斜拉桥中，常见连接部位的病害主要有两种：斜拉索自身的病害和锚固装置的疲劳与腐蚀。对于第一种病害，常见的病害有拉索护套破损、钢丝锈蚀与断裂、钢丝机械磨损、拉索异常振动。对于第二种病害，常见的类型有锚头渗水与锚箱积水、锚头疲劳及锚头锈蚀。

对于斜拉桥的连接的病害的维护方式有：采用耐腐蚀的护套、提高钢丝强度、定期检查是否有渗水积水的现象。

在桥梁结构中，支座病害是最常见的约束病害，常见的支座类型有橡胶支座和钢支座等。特别是在高速公路上，橡胶支座大量使用，问题比较突出，常见的损坏形式有剪切变形、开裂和老化断裂。钢制支座的病害常见为锈蚀、裂纹、构件变形、脱焊和移位以及转角超限等。在工程中，对于支座的病害，一般采取更换支座的方式来修复和加固桥梁。

5.固定约束的改进

在桥梁结构中，要实现一个完全固定的约束是不可能的，结构在其约束的自由度上往往或多或少的会有一些位移量，这些位移量有时会使结构的适用性、安全性和耐久性产生不良的影响，从而降低结构的使用性能。所以对固定约束有必要进行优化，使其发生的位移量减小到最低值，实现真正意义上的固定。

为了实现真正意义上的固定，可以通过材料科学的发展和施工技术的改进，在固定约束的构造上进行创新，从而使结构体系受力更优，更安全。

6.结论

在中国，桥梁设计的主要标准是保证安全、经济、美观和适合使用，这些都是符合桥梁的基本要求。在桥梁的实际设计中，应考虑桥梁的极限承载能力和正常使用情况，不仅要考虑材料安全系数和荷载安全系数等不确定因素，还要考虑这些不确定因素在综合作用下对桥梁安全储备的影响[3]。

在旧桥改造中，新的连接和约束技术可以大大促进桥梁加固的发展。在修复开裂的混凝土梁时，采用粘结钢板或碳纤维布进行加固，可以大大增加桥梁结构的承载能力：斜拉桥的斜拉塔是斜向连接的，容易造成横向裂缝甚至坍塌，而在塔的中间增加横向约束，可以有效改善桥梁受力，使其更加安全和稳定

[4]。

参考文献

[1]肖汝诚.桥梁结构体系[M].人民交通出版社，2013.

XIAO Rucheng. Bridge Structure System [M]. People's Communications Press, 2013.

[2]刘玉擎，曾明根等.连接件在桥梁结构中的应用与研究[J].哈尔滨工业大学学报，2003.

LIU Yuqing, ZENG Minggen, etc. Application and research of connectors in bridge structures [J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2003.

[3]吴伟.桥梁设计中的问题及改进措施分析[J].科技与企业，2013:13.

WU Wei. Analysis of Problems and Improvement Measures in Bridge Design [J]. Science and Technology and Enterprise, 2013:13.

[4]于漭.肇晓霞.旧桥改造若干问题探析[C].黑龙江交通科技，2008.

YU Mang, ZHAO Xiaoxia. Analysis of Several Issues in the Renovation of Old Bridges [C]. Heilongjiang Transportation Technology, 2008.

1