桥梁工程中的连接与约束

桥梁工程中的连接与约束

周杰

(重庆交通大学，重庆， 400074)

摘要：内部连接是桥梁结构体系中构件之间的相互约束,是减少桥梁结构体系内部自由度的装置,反映主要构件之间的传力方式,外部约束是减少桥梁结构体系自由度的外部装置。PBL连接件是通过开孔钢板在混凝土板中形成的一系列混凝土榫、开孔钢板和贯穿钢筋共同承担剪力，套拱加固技术具有施工工艺简单，造价低，工期短，不影响交通，不污染环境，能够有效提高旧桥承载力优点，但是矢跨比较大。

关键词：内部连接；外部约束；PBL连接件

1.引言

构件连接保证了力在各构件之间的传递,并使各构件能够共同受力、协同变形。约束是限制(或阻碍)构件或结构全部或部分方向自由运动的装置构件通过相互之间的连接和合理的约束方能形成完整的桥梁结构。内部连接是桥梁结构体系中构件之间的相互约束,是减少桥梁结构体系内部自由度的装置,反映主要构件之间的传力方式,如弹簧、阻尼器等。体系内部构件传力的合理性、有效性十分重要。外部约束是减少桥梁结构体系自由度的外部装置。桥型确定后,该桥型的外部约束设置是否合理关系到它能否适应桥位的地质水文条件,影响着它的技术经济指标。约束合理与否是评判其优劣的标准之一。通过对结构体系的约束变化,可以改变体系适应桥位地质水文条件的能力。

2 对桥梁工程中连接与约束的认识

构件连接保证了力在各构件之间的传递,并使各构件能够共同受力、协同变形。约束是限制(或阻碍)构件或结构全部或部分方向自由运动的装置构件通过相互之间的连接和合理的约束方能形成完整的桥梁结构。

内部连接：结构体系内部连接方式是指构件之间的相互约束关系,这种约束是由构造来实现的。因此，连接是一种传力构造,包括同种构件之间的连接与不同构件之间连接。桥梁中的连接主要有牛腿、拱梁连接、斜拉桥拉索锚固和悬索桥中的鞍座、主缆与梁、铺碇以及吊杆的连接等。内部连接是桥梁结构体系中构件之间的相互约束,是减少桥梁结构体系内部自由度的装置,反映主要构件之间的传力方式,如弹簧、阻尼器等。体系内部构件传力的合理性、有效性十分重要。

外部约束：约束的分类约束主要有柔索约束、光滑面约束、光滑铰链约束、固定约束四大类。由绳索、链条等柔性物体所构成的约束称为柔索约束。柔索约束只能限制物体沿柔索伸长方向的运动,而不能限制其他方向的运动,所以柔索约束反力的方向总是是沿柔索中心线且背离被约束物体,只能承受拉力。支座是各种类型约束在桥梁中最基本的表现形式。桥梁支座主要用于约束桥梁上部结构构件与桥梁墩、台之间位移,按照支座的约束方向可简化为光滑面或光滑铰链约束。支座除起到限制位移的作用外,还要传递上部结构的各种荷载,并且要适应温度、收缩徐变所产生的位移。

3钢-混凝土组合结构桥梁中波形PBL连接件

钢-混凝土组合结构桥梁的主要结构形式表现为保留了原有混凝土箱梁中受压区的混凝土顶板(包括翼缘板)或底板受拉区则通过配置钢腹板或钢桁架结构而混凝土与钢梁之间则通过连接件组合成整体。因此作为能否保证混凝土与钢梁有效连接在一起连接件成为了至关重要的构件。

3.1栓钉连接件

栓钉连接件是目前应用最广泛、综合性能也较好的抗剪连接件。经过大量的栓钉连接件推出试验分析可以得出试件的破坏形式表现为两种情况，一种是混凝土受压破坏，当混凝土强度较低时，破坏形式表现为栓钉受压侧的混凝土发生局部压碎或劈裂破坏；另一种是栓钉受剪破坏，当混凝土强度相对较高时，栓钉在竖向拉力、弯矩以及剪力的共同作用下被剪断。

3.2型钢连接件

型钢连接件的强度和刚度很高，但应力集中较明显，在极限状态下可能发生混凝土断裂破碎的破坏模式。型钢连接件主要通过型钢承受混凝土的局部压力，从而传递混凝土与钢梁之间的水平纵向剪力，因此型钢连接件的极限抗剪承载力主要取决于混凝土局部抗压强度。常见的型钢连接件有槽钢连接件、角钢连接件和马蹄形连接件。

3.3弯筋连接件

弯筋连接件是指钢板与混凝土之间通过布置有角度的弯起钢筋来抵抗剪力的柔性连接件。一般布置弯筋连接件时需要考虑结构所受的剪力方向，因此在不明确剪力方向时一般沿双向布置弯筋连接件。由于钢筋的强度和刚度较低，所以这类连接件应用较少，特别是在桥梁设计中不推荐使用。

3.4高强螺栓连接件

对于预制混凝土板，可采用高强螺栓连接件。高强螺栓连接件的受力过程表现为，当剪力荷载较小时，组合结构是由混凝土板与钢梁之间的摩擦力来承担剪力，随着荷载的增大，当混凝土板与钢梁之间的摩擦力不足以抵抗剪力时，即剪力达到混凝土与钢梁之间的最大静摩擦力时，由于螺栓孔道之间有间隙，使得混凝土板与钢梁之间将发生滑移，此时将由最大静摩擦力与高强螺栓的剪力共同承担结构所受的剪力。

3.5开孔钢板连接件

开孔钢板连接件（Perfobond Strip Connector以下称为 PBL 连接件）是 1987 年德国学者 Leonhardt 在解决委内瑞拉的卡罗尼第三大桥组合结构剪力连接件的疲劳问题时提出的一种新型抗剪连接件。PBL连接件是通过开孔钢板在混凝土板中形成的一系列混凝土榫、开孔钢板和贯穿钢筋共同承担剪力，而且将 PBL 连接件焊接在钢腹板上，不但能起到连接混凝土板与钢腹板传递剪力的作用，还能作为加劲肋提高钢板的稳定性。开孔钢板连接件和栓钉连接件是两种最常见的连接件，而开孔钢板相对于螺栓连接件有更好的抗疲劳性能。

4 道路桥梁连接处施工问题及改进措施

4.1 钢筋腐蚀的问题与填料的选择

4.1.1钢筋腐蚀的问题

道路桥梁连接处施工中出现钢筋锈蚀。钢筋是组成道路桥梁的基础构件，钢筋使用寿命直接决定道路桥梁生命周期，但道路桥梁施工中，往往发生钢筋腐蚀的情况。 影响钢筋锈蚀因素较多，如运输方式不当、储存环境恶劣、保养措施缺失、人为破坏，均很大程度上影响钢筋质量，造成工程经济损失。

4.1.2填料的选择

材料是施工的硬性条件，材料的选择很大程度上影响施工质量。 道路桥梁连接处施工前，要注意材质的选择。 选择填料时，结合桥梁桩基设计实际，考虑进道路桥梁连接处所处环境， 如当地地质、地貌、水文等。 通常情况下，施工选择强度大、渗水性良好、不易压碎的填料，如砂砾、砾石等，相同情况下，尽量选择轻质填充材质。泡沫聚苯乙烯EPS材料的选择较好，质量较轻，承载力较强，能承载道路桥梁结构自重，符合行车荷载强度需求。

4.2 搭板设计的不合理性与连接处搭板的合理设计

4.2.1搭板设计的不合理性

搭板造价便宜，施工工艺简单，应用空间广泛，普遍应用于桥梁工程设计。为规避路桥不均匀沉降，保证过渡段牢固连接，防止出现行车安全事故，合理设计搭板尤为重要。在工程建设中，尽管桥梁连接处安装有搭板，还是会出现不均匀沉降。 出现上述问题的原因是搭板设计缺失合理性，未认识到搭板的重要性。

4.2.2连接处搭板的合理设计

考虑搭板受力状态，以简支梁计算搭板长度，保证合理长度，符合连接处施工要求，通常搭板长度跨越桥台台背无法压实在的土体。为有效发挥搭板作用，形成良好的连接处稳固性，于搭板尾端增加一条 3~5m 的变厚式埋板，充分发挥搭板作用，提升连接处施工质量与水平。

参考文献：

[1]王瑞珍,危旧桥加固改造技术的应用及效果分析庆阳公路总段合水公路管理段2000.(in Chinese)

[2]张航,丁文霞.约束法平差在公路桥梁施工控制网中的应用.武汉理工大学交通学院

[3]董旭华.GFRP约束RC桥梁短柱抗震性研究.湖南大学土木学院

作者简介：周杰（1996-），男，汉族，重庆，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：结构抗震