张自超
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。本文介绍了连接与约束的概念，连接和约束的常见病害，以及部分连接与约束的改进。
关键词：连接与约束；桥梁病害；桥梁设计
一、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。在桥梁结构体系中，不同的连接与约束会形成不同的结构受力形态。即使在相同的桥梁类型中，不同的连接与约束所导致的结构受力形态也有很大差异，这将影响桥梁结构的耐久性，适用性以及受力合理性等。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。
二、对连接与约束的认识
（一）
连接是指桥梁结构体系中内部构件之间的相互约束关系，保证了构件之间力的传递，使构件共同受力，协同变形[1]。连接是一种传力结构，它可以减少桥梁结构系统内部的自由度，包括相同构件之间的连接和不同构件之间的连接。桥梁中的构件连接主要包括牛腿、拱梁连接、斜拉桥的拉索锚固、悬索桥锚碇、吊杆连接等。
（二）
约束是一种限制 (或阻碍) 构件或结构在全部和部分方向上自由运动的装置[1]。外部约束是降低桥梁结构体系外部自由度的装置，在桥梁中最基本的表现形式是支座。约束主要包括柔性索约束、光滑面约束、固定约束等。
三、常见的连接与约束
桥梁的伸缩缝是桥面系的重要结构，对桥梁结构的耐久性和行驶舒适性具有重要的影响。在温度变化或混凝土收缩与徐变的作用下，梁体将出现纵向位移和梁端转动。当梁体结构较大或较长时，必须设置伸缩缝，使车辆顺利通过桥面并满足桥面的伸长与缩短，起到协调变形的作用，消除梁体的二次内力，防止结构损坏。
斜拉桥的拉索锚固分为主塔端锚固和主梁端锚固，一般张拉端设置在主塔端，近些年在主塔上出现了采用钢锚梁形式进行拉索锚固，并在索塔上塔柱拉索锚固区设置有环形预应力钢绞线，钢锚梁主要承受斜拉索的平衡水平力，竖向力及部分不平衡水平分力通过梁端底座传递到预埋钢板，由塔壁承受。
在许多类型的桥梁中会出现钢混结合段，此处的受力较为特殊，所以需要格外重视，一般在钢混结合段处，混凝土采用掺入聚丙烯晴纤维的高强度混凝土，而钢梁中需要设置钢格室，并在钢格室中设置PBL键，然后填充高强度混凝土，使得钢混结合段能够满足受力要求。
支座是桥梁约束最基本的表现形式，支座将桥梁上部结构的力传递给下部结构，同时要满足主梁变形的要求，一般约束其横向与竖向的变形。支座也是桥梁中最易出现病害的部位之一。
四、连接与约束的病害
在斜拉桥中，斜拉索把大部分主梁恒载与活载传递到主塔上，与主梁和主塔的锚固是斜拉桥中的关键连接。常见的主要有两种病害: 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，目前斜拉索主要采用平行钢丝与平行钢绞线。斜拉索一般承受巨大的拉力，例如采用钢绞线斜拉索，拉力可达到几百吨。
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。拉索护套破损一般是由于材料老化与运输与安装过程中受损，形式一般表现为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、孔洞等，其中纵向裂缝最为常见。而拉索护套的破损是导致钢丝锈蚀与断裂的主要原因[2]。拉索异常振动主要是由于涡激振动、尾流驰振、抖振、参数振动以及风雨致振等因素，较大的拉索异常振动会导致拉索产生疲劳破坏，损坏拉索内外阻尼圈，降低拉索的使用寿命，同时也会给人一种不安全的感觉。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。锚头渗水与锚箱积水主要是由于拉索护套破损与拉索过渡段防水系统失效两点原因。一般拉索的索力较为巨大，受力集中在锚头位置处，出现应力集中现象，而在车辆动荷载作用下又会导致拉索自身产生振动，锚头位置处易出现疲劳，最直观的现象是在锚头位置处出现疲劳裂纹。锚头锈蚀主要是由于防腐涂料未及时涂装，焊缝及密封硅胶处理不到位等，使得水流进入锚头而导致锈蚀，锚头的锈蚀几乎无法避免，但镦头锈蚀破裂和锚板开裂会使得拉索的承载能力降低。
在桥梁结构中，支座病害最为常见的病害之一，常见的支座类型有橡胶支座和钢支座等。尤其在高速公路上，橡胶支座大量应用，问题较为突出，常见的破坏形式有剪切变形、开裂及老化破损等。钢支座病害常见为锈蚀、裂纹、部件变形、脱焊及位移与转角超限等。在工程中，对于支座的病害，一般采取更换支座的方式来对桥梁进行维修加固。
五、桥梁工程中可以改进的连接或约束
材料科学技术的发展可以极大促进桥梁工程技术的进步，近年来出现许多新的材料，例如碳纤维复合材料（CFRP材料），具有强度高、轻度、耐久性强和抗疲劳性能好的特点。目前桥梁中用到的拉索主要为高强度钢丝及钢绞线，如上文所述，易出现病害，影响桥梁的全寿命周期，一般拉索的设计基准期为30年，在桥梁运营期间需要多次更换，不仅费时费力，还有可能影响桥梁结构体系的安全。而CFRP材料的出现，使其代替桥梁用高强度钢丝及钢绞线成为可能。但是CFRP材料为各向异性材料，抗拉能力特别强，剪切能力较弱，对径向锚固损伤敏感，目前CFRP加固锚固技术主要有两种: 摩擦型锚固技术和粘结型锚固技术[3]。目前对于CFRP锚固系统的研究与改进是此领域内亟待解决的问题。
桥梁支座的受力相对与其它部位较大，容易损坏。在不同的桥梁结构体系和地质条件下使用需要采用不同的支座类型，因此支座需要不断改进，以适应桥梁结构体系和地质条件的变化。目前桥梁中常用的支座类型有板式橡胶支座、盆式橡胶支座、混凝土铰链支座、铅橡胶支座、钢支座等。例如，在地震多发地区的桥梁建设中，必须使用抗震支座。例如近年出现的新型球型抗震支座，在频遇地震作用下，限位销处于闭合状态，防止桥梁构件产生较大的位移，而在罕遇地震作用下，限位销被切断，摩擦副可以自由滑动，减小地震的作用，吸收地震能量，保证桥梁结构的安全[4]。
六、对桥梁设计和旧桥改造的启发
未来桥梁结构构件与连接约束技术的发展是由多方面推动的，如设计理念的改变，材料科学的发展，建筑技术的提高，都将引领桥梁结构构件和连接约束技术的发展和提高。而桥梁连接与约束技术的发展又可以大大提高桥梁的结构性能。
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。例如，在混凝土梁体开裂的修复中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; 斜拉桥的索塔斜向连接，容易造成侧向裂缝甚至坍塌，而在塔的中间增加横向约束，可以有效地提高桥梁的受力，使其更安全，更稳定。
参考文献：
[1] 肖汝诚等.桥梁结构体系[M].人民交通出版社,2013.
[2] 姚国文等.桥梁检测与加固技术[M].人民交通出版社,2014.
[3] 吴敬宇.碳纤维拉索锚固体系及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,2018.
[4] 刘南雁.一种新型球形抗震支座的工程应用技术研究[J].钢结构,2016,31(12):74-78.
作者简介：张自超(1997-)，男，汉族，河南南阳人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁工程