橋梁工程中的連接與約束相關(guān)性研究

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400000)

一、引言

構(gòu)件的連接保證了力在各構(gòu)件之間的傳遞，并使構(gòu)件能夠共同受力、協(xié)同變形。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動的裝置。構(gòu)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(jié)構(gòu)。

二、連接與約束的認識

(一)連接

連接方式是指構(gòu)件之間的相互約束關(guān)系，這種約束關(guān)系是由構(gòu)造來實現(xiàn)。連接是一種傳力構(gòu)造，包括同種構(gòu)件之間的連接與不同構(gòu)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(xiàn)形式是支座。橋梁支座主要用于約束橋梁上部結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)的各種荷載，并且適應(yīng)溫度、收縮徐變所產(chǎn)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(xiàn)和組合構(gòu)件在連接不同構(gòu)件的應(yīng)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(fā)應(yīng)用。

在梁式橋中常見的連接就有牛腿，當T形鋼構(gòu)橋采用懸臂梁與掛梁結(jié)合時需設(shè)置牛腿，在墩柱頂或中部設(shè)置支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)時，也需要設(shè)置牛腿。近年來，牛腿也廣泛用于連續(xù)梁，連續(xù)鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)尺寸。

在拱式體系中，連接構(gòu)造在拱腳部位。其連接構(gòu)造是梁拱的連接點，縱向預(yù)應(yīng)力束的錨固點，同時也是確保拱肋空間穩(wěn)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(jié)構(gòu)的受力關(guān)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(qū)構(gòu)造，埋設(shè)在混凝土塔壁內(nèi)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(nèi)配置環(huán)向預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)重要的連接。主索鞍是懸索橋用于支撐主纜并使之轉(zhuǎn)向的永久性構(gòu)件。散索鞍是主纜進入錨碇之前的最后一個支撐主纜的構(gòu)件。設(shè)置于錨碇前墻處，起支撐轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(shè)計的不合理性

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

考慮搭板受力狀態(tài)，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(fā)揮搭板作用，形成良好的連接處穩(wěn)固性，于搭板尾端增加一條 3～5m 的變厚式埋板，充分發(fā)揮搭板作用，提升連接處施工質(zhì)量與水平。

五、橋梁設(shè)計與舊橋改造的啟發(fā)

(一)橋梁連接處設(shè)計

橋梁設(shè)計中的連接處設(shè)計在整個設(shè)計過程中占重要地位。而連接處的設(shè)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(fā)生顛簸。設(shè)置橋涵構(gòu)造物時，應(yīng)考慮等臺背填方路基地質(zhì)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(xué)化與合理化，不要出現(xiàn)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(jié)法、均換土法均是軟基處理方法，結(jié)合軟基實際，選擇相應(yīng)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(fā)生率。

在具體的橋梁設(shè)計及施工時，合理設(shè)計橋臺的臺背回填，根據(jù)橋梁連接處的特點，制定有效的設(shè)計及施工方案，增強連接處設(shè)計及施工的安全性，減少橋梁交通事故的發(fā)生。橋梁連接處設(shè)計及施工的關(guān)鍵點是保證連接處設(shè)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(shè)計及施工的牢固應(yīng)對伸縮縫進行加固，就是在設(shè)計及施工的過程中根據(jù)建筑施工的地質(zhì)及氣候條件，選擇適當?shù)慕ㄖ牧喜κ┕みM行監(jiān)測，對橋梁斷頭局部破損和伸縮縫進行合理的設(shè)計，根據(jù)施工的情況對伸縮縫進行加固設(shè)計。

(二)舊橋改造方法及啟發(fā)

對舊橋進行改造，有一個最重要的地方就是橋梁加寬設(shè)計。而縱向接縫處理是橋梁加寬設(shè)計的重點和難點。從國內(nèi)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(jié)構(gòu)均連接。舊橋墩、臺帽由單懸臂結(jié)構(gòu)經(jīng)連接后轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)梁或剛架結(jié)構(gòu)，這需要舊橋墩、臺帽具有足夠的抗彎能力，新橋采用樁基礎(chǔ)減小不均勻沉降，否則容易引起舊橋墩、臺帽產(chǎn)生裂縫。

2.梁板以上結(jié)構(gòu)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(yīng)在新橋側(cè)梁板架設(shè)完成后實施超載預(yù)壓，以消除基礎(chǔ)初期變形，之后再進行新、舊梁板的剛接；

(2)主要通過現(xiàn)澆鋼架梁實現(xiàn)剛接。空心板可采取對舊橋外側(cè)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(yù)埋筋進行焊接，再現(xiàn)澆鋼架梁和橋面鋪裝層，完成連接工作； T形、I字形梁則應(yīng)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(jié)構(gòu)尺寸基本同原橋。