桥梁的连接与约束

桥梁的连接与约束

吴永强

（重庆交通大学 重庆 400074）

摘要：各种桥型结构中为了使结构能建立起并运作，采用的不同种的连接方式与约束方式。并介绍了钢-混凝土组合结构桥梁的连接件的类型，以及设计要点。最后介绍了对未来设计桥梁的一些展望和未来的趋势：新材料，新结构，新理念。

关键词：桥梁连接件；组合梁；未来趋势

引言

结构体系内部连接方式指构件之间的相互约束关系，这种约束是由构造来实现的[1]。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。

约束主要有柔索约束、光滑面约束、光滑铰链约束、固定约束。由绳索、链条等柔性物体构成的约束称为柔索约束。当物体在接触处的摩擦力很小而略去时，就构成了光滑接触面约束。光滑铰链约束包括活动铰约束、固定铰约束和滑动约束等。

一、钢-混凝土组合结构桥梁

对于钢-混凝土组合结构桥梁，最初主要通过连接件实现钢梁与桥面板之间的剪力传递，随着结构形式的不断发展，对连接性能的要求提出了更高要求。不仅要求承担剪力，还要求能够承担拉拔力不仅要求连接性能满足承载能力要求，而且要求能够满足组合结构整体性能要求。钢和混凝土界面的连接强度可分为结合面的抗剪强度和结合面的抗拉强度，前者是对结合面滑动的抗力，后者是对两者剥离的抗力。

组合结构桥梁的受力性能主要依赖于钢梁和混凝土板之间界面处连接性能。在连续组合结构桥梁中，可以采用不同的类型、不同的布置方式，也可以采用不同类型的剪力键相互组合配置。

连接刚度随着结构形式多样化的发展，对连接件[2]的形式尤其是连接件的抗剪刚度等力学性能的要求也在变化。连接件的刚度不同，不仅连接件自身力学性能不同，而对组合结构的力学性能也将产生且很大的影响。按照连接件的刚度性能不同又可分为刚性连接件、弹性连接件、柔性连接件以及刚度滞后型连接件。

（一）刚性连接件

刚性连接件的主要形式为方钢连接件、T 型钢、槽型钢、马蹄型钢以及开孔板连接件等形式。刚性连接件的抗滑移刚度很大，型钢连接件、开孔板连接件都属于刚性连接件。刚性连接件抗剪能力高，受力后弯曲变形微小，受力特点表现为破坏前滑移量很小，一旦达到强度后，承载能力完全丧失。型钢连接件在达到极限状态时，通常两个连接件间的混凝土发生剪切破坏或连接件前面的混凝土发生受压破坏，开孔板连接件通过试验得出孔中混凝土具有很大的销栓作用，其最终破坏是贯通圆孔的混凝土的剪切破坏，并且不存在疲劳问题。刚性连接件的力学性能一般都有方向性，因此，使用时要考虑受力方向进行设置。

（二）柔性连接件

柔性连接件则有栓钉、槽钢、弯筋、角钢、钢 螺栓等多种类型。弹性连接件的抗滑移刚度相对要小，在组合结构桥梁中最常用的圆柱头焊钉连接件就属于弹性连接件。弹性连接件的抗弯刚度相对其他刚性连接件要小，因此受力后由于弯曲变形导致在钢与混凝土的结合面产生一定的滑移变形。对于圆柱头焊钉连接件，它的布置范围、数量和间距等布置方式不同，对桥梁结构的受力特性将产生一定的影响。一般在达到极限状态会发生较大的滑移变形，焊钉渐断裂直至丧失承载能力。圆柱头焊钉是钢与混凝土结构中最常用的连接件之一，其破坏模式主要是根部焊接处的剪切破坏。

二、启发

桥梁工程的永恒主题是卓越地跨越。未来的桥梁工程将面临更加恶劣的建设条件如强风、大震、深水、恶劣天气等；更多的功能需求，如公铁合建、全天候通车、高速铁路交通等；更加巨大的工程如琼州海峡、台湾海峡等的挑战。这就要求桥梁人在以下方面做好技术储备。

（一）高性能材料研发及其结构体系的创新[3]

建造材料的革新始终是推动桥梁工程发展的主要动力之一。从 20世纪 40年代起，各类轻质高强的高性能复合材料（CFRP，GFRP和 AFRP）陆续登场。纤维增强聚合物（FRP）以其轻质、高强、耐腐蚀的优良性能成为一种颇具发展前途的新型材料。FRP是各向异性材料，可根据工程需要采用不同材料、纤维含量和铺陈方式等不同工艺设计出不同强度指标、弹性模量及特殊性能要求的 FRP构件。可以预见，今后复合材料将更普遍地出现在桥梁工程中。

伴随着新型材料的应用，传统桥梁结构体系可能从强度问题转变为刚度问题，因此必须加强研发与复合材料相匹配的新型桥梁结构体系；同时在计算、设计、制造、连接等方面，建立起一整套不同于传统材料的设计理论和方法，推动桥梁工程进入新的发展时期。

（二）创新施工装备和监测设备的研发

跨海长桥非通航孔的上部结构和下部基础墩身一般采用预制结构，部件质量将接近万吨级甚至更重，必须采用大型浮吊整体吊装施工以减少海上作业。目前挪威的“天鹅号”起重能力则达到9000ｔ。为了满足未来跨海长桥建设的需要，应当开发大型浮吊和巨型造桥机等施工装备。研发最先进的机电一体化技术，发展大型施工装备（建筑机器人），使更大的上、下部预制构件都能迅速、准确就位

。智能监测设备（传感器、诊断监测仪、便携式计算机）以及大型智能机器人施工设备的创造发明，将使桥梁的施工、管理、监测、养护、维修等一系列现场工作实现自动化和远程管理。

（三）桥梁设计理论和技术的发展[4]

与新理念、新材料、新工艺建造桥梁相匹配的桥梁设计理论将得到发展和完善；桥梁抗风和减隔震技术将进一步发展以抵御强风、大震和恶劣天气的影响。IT技术和计算机处理能力的不断提高以及结构分析软件的不断进步将使桥梁设计更 加精细化。在桥梁建设过程中实现继机械化、电气化、电子信息化之后的第４次工业革命—智能化，研发适合于桥梁工程的BIM软件。

展望未来的桥梁工程，桥梁人将面临许多挑战，但同时也将迎来可以跨越宽阔海峡、战胜自然灾害、化解飓风，具有全新姿态和功能，跨越能力卓越的新桥梁。

参考文献：

[1]肖汝诚.桥梁结构体系[M].人民交通出版社,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.

[3]白 玲,史永吉.复合结构桥梁的特性[J].中国铁道科学.2003（1）.

[4]项海帆.世界大桥的未来趋势[J].桥梁,2012（3）.

作者简介：吴永强（1997-），男，汉族，江西抚州人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁健康监测