桥梁的连接与约束

桥梁的连接与约束

董树立

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

摘要：连接与约束是桥梁构件之间传力与约束的主要装置，是桥梁中至关重要的构造。在桥梁建设中，连接和约束的部位一般较为薄弱，这给现代桥梁工程的发展带来了许多问题。通过对桥梁连接与约束技术的改进，可以大大增强桥梁本身的结构性能，使桥梁结构体系更加安全。

关键词：连接与约束；桥梁病害：桥梁设计

引  言

桥梁各构件之间通过相互连接与合理的约束，才可以形成完整的桥梁结构体系。通过对桥梁连接与约束技术的改进，可以使桥梁结构体系受力更合理、更安全，并且能够降低养护费用，对未来桥梁建设的发展具有重要的意义。

1  连接与约束

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；约束是限制构件或结构全部或者部分方向自由运动的装置。桥梁结构的整体性是靠连接与约束共同来组建的。

1.1  连接

在桥梁体系当中内部的连接是指各个构件之间相互约束的关系，起着各结构或者构件相互连接的作用。主要有承受拉力的柔索约束、很小摩擦力的光滑面约束等。系杆拱桥各构件连接的材料有混凝土-混凝土、钢-混凝土、钢-钢等等相同材料之间、不同材料之间的连接：系杆拱桥体系当中的连接与约束主要有拱助与吊杆、吊杆与横梁、拱肪与梁端错固等，所有的连接都是组成桥梁的关键部分，对于其强度和质量都有极高的要求，对整个桥梁的受力分析与计算也都有重要的作用。在体系连接中可以认为连接的成功就是桥梁的成功。

桥梁中常见的连接有：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、锚碇以及吊杆的连接等。

1.2  约束

约束对桥梁结构的稳定有着重要的贡献，使桥梁各构件材料属性得到合理利用，充分发挥各自特点，使结构受力合理，满足变形的需要。桥梁结构中包含以下4种常见的约束：柔索约束、光滑面约束、光滑铰链约束、固定端约束。

2 组合桥梁连接件

2.1  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，当混凝士强度相对较高时，栓钉在竖向拉力、弯矩以及剪力的共同作用下被剪断。

2.2  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。

2.3  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。

2.4  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。

2.5  开孔钢板连接件

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椎、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，还能作为加劲助提高钢板的稳定性。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。

3  链接或约束的病害及措施

3.1  钢丝锈蚀与断裂

钢绞线的腐蚀是多种多样的，有应力腐蚀和疲劳腐蚀，但是无论是哪一种都会导致桥梁体系内力发生变化，最终可能导致吊杆断裂，造成预想不到的后果。由于保护套的老化、开裂等原因容易造成构件内部被水和空气浸湿，最终导致桥梁吊杆钢丝锈蚀，极易造成吊杆的受力不均匀。吊杆钢丝锈蚀乃至断丝直接影响到了系杆拱桥的安全性，它是吊杆承载能力下降的最根本原因。

3.2  吊杆上锚箱内积水

前期的设计考虑不周、施工工艺缺陷以及后期的养护管理和定期检查不到位等原因很容易导致连接部件或者锚头密封混凝土失效，让吊杆的锚箱里雨水浸蚀，长时间的影响很容易对桥梁体系的受力状态产生不良影响。

4  连接与约束的改进

4.1  螺栓构件连接的问题

在如今的桥梁中，高强度螺栓已经替代了其他很多的连接形式成为主要的连接方式。随着桥梁建造技术的复杂，采用高强度螺栓连接的接头排数和列数很多。加上质量因素和环境因素的影响，时间的推移，高强度螺栓也会出现很多病害。因此我们面临着长排长列的螺栓接头性能和非正常断裂等许多问题的考验。

4.2  高强度螺栓连接的改进

高强度螺栓在受到局部荷载作用，冲击荷载以及不均匀的剪力作用时，在孔边垫圈的范围内出现的摩擦力最大。摩擦性高强度螺栓接头的承载力取决于设计时的状态，最理想的状态就是各个螺栓能完全参与工作，所以我们实在设计方面一定要重视对模型的精确分析，考虑到各种不利荷载带来的局部受力情况。

5  对桥梁设计与旧桥改造的启发

最早的桥梁来源于大自然，当时人类通过小桥得到了食物。到后来，人类开始对桥梁的类型和体系进行了分类，建造桥梁的技术也日益发达，并要求能满足大家的审美观念。旧桥主要有石板桥，石拱桥，后面研发到混凝土桥梁，到现在的刚构桥、斜拉桥等复杂桥梁。

桥梁的发展与创新必须要以结构受力合理为基础，以满足功能要求为前提。对于以后的新桥梁设计一定是围绕美学、新材料、新工艺、大跨度方向发展，并不一定是非常复杂的结构形式，但是值得肯定的是未来的桥梁会更加简洁，受力更加合理，更加经济，更加安全，更加耐久，更加环保。这种桥梁的实现，还需要更多奋进的年轻学者参与进来，共同研究开发。

6  小结

本文通过对桥梁连接、存在的一些问题和对未来桥梁的启发做了简单的叙述。因此关注连接中存在的问题和研究解决的方案，对于桥梁技术的进步和确保各个构件的安全、耐久、使用和经济方面极其重要，我相信在不久的将来，人类会解决大部分现在尚未解决的问题，实现新一代的桥梁建设。

在旧桥改造中，新的连接与约束技术可以极大地促进桥梁加固的发展。

参考文献

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