行业知识 为什么桥墩与桥面接触的位置很小
为什么桥墩与桥面接触的位置很小
发表时间:2014/4/1 16:10:23

    如果不用橡胶支座,或者其它类型的支座,而是连成一个整体,比如我们上面这个两跨的公路桥。那么会有什么问题呢?或者说,为什么桥面和桥墩之间非得垫个支座呢?

    想象一下这辆小卡车行驶在桥面上,这辆卡车的重量会对桥梁造成什么影响呢?


    当卡车在左边这跨的时候,桥梁会变成上面这样;一会儿行驶到右面那跨了,桥梁又变成下面这样了。

    事实上,桥梁的确会发生这样的变形,只是幅度非常小,可能肉眼无法分辨,但桥面和桥墩的确会受弯变形。或者简单说,桥面在上下摆动,桥墩在左右摆动。

    同样,我们知道材料会热胀冷缩。外界的温度变化会对这样的桥梁造成什么影响呢?


    受热膨胀,桥面有向外变长的趋势,造成外面的桥墩向外弯曲;受冷收缩,桥面有向内变短的趋势,造成外面的桥墩向内弯曲。在一年四季、昼夜交替的温度变化下,桥墩也是在反复受弯摆动。

    我们知道,桥墩轴向拉压是要好过受弯的。类似于,你很容易掰断筷子,但是很难拉断或者压断筷子。如果对这个问题感兴趣,可以参考这个回答:为什么对木棍,铁棒等,折断比拉断更容易?

    因为压断很难、掰断相对容易,所以我们要尽量避免桥墩被「掰断」。我们上面的这座桥梁,在车辆重量、温度变化的作用下,桥墩一直在左右摆动,或者说,一直在被向左或者向右「掰弯」。而这种情况,正是我们想要尽量避免的。


    桥面和桥墩分开,中间用支座隔开。中间桥墩上的三角形支座,代表桥面可以在这里自由旋转,但是不能移动;两边桥墩上的圆形支座,代表桥面可以在这里自由旋转,外加可以左右移动。

    为什么三个不都弄圆形的呢?因为如果三个都圆的,三个地方都能左右移动,那桥面不就向左或者向右滑下来了嘛。


    这时候,卡车再上来,柱子还会跟着摆动吗?因为桥面可以在支座处自由旋转,所以不会再连带着桥墩一起变形了。简单说,不管卡车怎么开,桥墩都近似保持竖直,不再大幅度的左右摆动。


    再看温度变化。同样,因为圆形支座处的桥面可以自由移动,所以只有桥面在水平变长或者变短,桥墩依旧保持竖直。这样的温度变化对桥墩几乎没有什么影响。

    这位看官说了,真的假的啊?难道那么大的桥都是放在这样的圆形支座上的?

    没错,而且在早期,是真正的字面意思上的「圆形」支座。


    看这个,真正的这种支座是这样的,还是有点三角形的意思的。你可以把它理解成一个房门的合页,可以旋转,但是不能移动。

    同一个桥墩支撑着左右两截桥面。左边这个是三角形支座,右边这个是圆形支座。看图就能看得出来,非常的明显。


    随着技术的发展,新材料的出现,铸钢、橡胶相继被用在桥梁支座领域,代替了我们上面照片里的这些古董支座,但所起的作用是类似的。


    橡胶支座是一层层的橡胶和钢板叠加而成,有各种不同类型的支座,可以满足不同的位移条件。同时,橡胶支座把桥面和桥墩分割开来,不仅仅让桥面的变形尽量少影响桥墩,还让地面传来的地震波尽量少影响桥面,起到了一定的隔震作用。再加上工业化、标准化的橡胶支座相对经济合理,所以橡胶支座在桥梁领域的应用越来越广泛。

    那位看官又说了,既然受弯这么不好,需要尽量避免,那用了支座之后,桥墩不怎么受弯了,桥面还在受弯啊?怎么办?

    要解决这个问题,请您移步这个回答:为什么悬索桥的跨越能力如此强?

    很多时候,可能我们能够直观的感受到竖向力的传递,比如粗大的桥墩在把桥梁的重量传递到大地。但这只是结构体系的一个方面。另外的方面,比如抗弯能力,或者说抗侧向力体系,可能同样重要,甚至更重要。


    比如这是1900年巴黎世博会的机械馆,很明显,这是一个钢铁结构的展馆,代表着当时的高新科技。注意到它的尺度非常大,可以参照照片中远处的人的身高。与以往粗大的砖石柱子不同,这个钢铁柱子越靠近地面反而越小,您说这是为什么呢?

    也许您觉得,汽车的重量,连带着那么重的桥面本身,包括沥青什么的,最终都落到小小的橡胶支座上,听着有点不靠谱。可是呢,这是有合理的原因和理由的。

    最后呢,我用课上教授讲给我们听的一个更不靠谱的小段子来结束我的回答。

    这段子说他在做碳纤维桥面板的研究,正好有高速路的桥面板坏了,州交通局跟他合作,准备搞一个试点项目,换碳纤维桥板上去。某种意义上,你可以说碳纤维也是一种塑料。到施工这天,警察把交通引导到对面车道,这边吊车上来,把预制的碳纤维板换上,不到半小时就弄好了。然后警察恢复交通,州政府官员和媒体记者在这里等着。

    不一会儿,一哥们儿开着大皮卡上来了。到跟前,警察让他停车,然后州政府官员上去跟他握手,说「恭喜您,您是第一位开车行驶在「塑料」桥板上的美国人!」然后记者拍照。这哥们儿吓傻了,一脸茫然,头伸出车窗一阵看,「What?Are you kidding?!」

    政府官员递上一杯香槟,「哥们儿咱合个影吧!」这哥们儿看了看旁边的警察,说「你们干嘛的?要坑我酒驾么?」旁边人说,「我们都准备好了,放心,这都是无酒精香槟。」

    这哥们儿突然做恍然大悟状,然后说,「我明白了,你们是不是在拍网络整人搞笑视频?!」

售前客服

售后客服

咨询电话

0571-56665700

意见反馈

关注有礼

扫码关注公众号 资料千货免费获取

关闭