? ? 如果不用橡膠支座,或者其它類型的支座,而是連成一個整體,比如我們上面這個兩跨的公路橋。那么會有什么問題呢?或者說,為什么橋面和橋墩之間非得墊個支座呢?
? ? 想象一下這輛小卡車行駛在橋面上,這輛卡車的重量會對橋梁造成什么影響呢?
? ? 當卡車在左邊這跨的時候,橋梁會變成上面這樣;一會兒行駛到右面那跨了,橋梁又變成下面這樣了。
? ? 事實上,橋梁的確會發(fā)生這樣的變形,只是幅度非常小,可能肉眼無法分辨,但橋面和橋墩的確會受彎變形?;蛘吆唵握f,橋面在上下擺動,橋墩在左右擺動。
? ? 同樣,我們知道材料會熱脹冷縮。外界的溫度變化會對這樣的橋梁造成什么影響呢?
? ? 受熱膨脹,橋面有向外變長的趨勢,造成外面的橋墩向外彎曲;受冷收縮,橋面有向內變短的趨勢,造成外面的橋墩向內彎曲。在一年四季、晝夜交替的溫度變化下,橋墩也是在反復受彎擺動。
? ? 我們知道,橋墩軸向拉壓是要好過受彎的。類似于,你很容易掰斷筷子,但是很難拉斷或者壓斷筷子。如果對這個問題感興趣,可以參考這個回答:為什么對木棍,鐵棒等,折斷比拉斷更容易?
? ? 因為壓斷很難、掰斷相對容易,所以我們要盡量避免橋墩被「掰斷」。我們上面的這座橋梁,在車輛重量、溫度變化的作用下,橋墩一直在左右擺動,或者說,一直在被向左或者向右「掰彎」。而這種情況,正是我們想要盡量避免的。
? ? 橋面和橋墩分開,中間用支座隔開。中間橋墩上的三角形支座,代表橋面可以在這里自由旋轉,但是不能移動;兩邊橋墩上的圓形支座,代表橋面可以在這里自由旋轉,外加可以左右移動。
? ? 為什么三個不都弄圓形的呢?因為如果三個都圓的,三個地方都能左右移動,那橋面不就向左或者向右滑下來了嘛。
? ? 這時候,卡車再上來,柱子還會跟著擺動嗎?因為橋面可以在支座處自由旋轉,所以不會再連帶著橋墩一起變形了。簡單說,不管卡車怎么開,橋墩都近似保持豎直,不再大幅度的左右擺動。
? ? 再看溫度變化。同樣,因為圓形支座處的橋面可以自由移動,所以只有橋面在水平變長或者變短,橋墩依舊保持豎直。這樣的溫度變化對橋墩幾乎沒有什么影響。
? ? 這位看官說了,真的假的???難道那么大的橋都是放在這樣的圓形支座上的?
? ? 沒錯,而且在早期,是真正的字面意思上的「圓形」支座。
? ? 看這個,真正的這種支座是這樣的,還是有點三角形的意思的。你可以把它理解成一個房門的合頁,可以旋轉,但是不能移動。
? ? 同一個橋墩支撐著左右兩截橋面。左邊這個是三角形支座,右邊這個是圓形支座??磮D就能看得出來,非常的明顯。
? ? 隨著技術的發(fā)展,新材料的出現(xiàn),鑄鋼、橡膠相繼被用在橋梁支座領域,代替了我們上面照片里的這些古董支座,但所起的作用是類似的。
? ? 橡膠支座是一層層的橡膠和鋼板疊加而成,有各種不同類型的支座,可以滿足不同的位移條件。同時,橡膠支座把橋面和橋墩分割開來,不僅僅讓橋面的變形盡量少影響橋墩,還讓地面?zhèn)鱽淼牡卣鸩ūM量少影響橋面,起到了一定的隔震作用。再加上工業(yè)化、標準化的橡膠支座相對經濟合理,所以橡膠支座在橋梁領域的應用越來越廣泛。
? ? 那位看官又說了,既然受彎這么不好,需要盡量避免,那用了支座之后,橋墩不怎么受彎了,橋面還在受彎???怎么辦?
? ? 要解決這個問題,請您移步這個回答:為什么懸索橋的跨越能力如此強?
? ? 很多時候,可能我們能夠直觀的感受到豎向力的傳遞,比如粗大的橋墩在把橋梁的重量傳遞到大地。但這只是結構體系的一個方面。另外的方面,比如抗彎能力,或者說抗側向力體系,可能同樣重要,甚至更重要。
? ? 比如這是1900年巴黎世博會的機械館,很明顯,這是一個鋼鐵結構的展館,代表著當時的高新科技。注意到它的尺度非常大,可以參照照片中遠處的人的身高。與以往粗大的磚石柱子不同,這個鋼鐵柱子越靠近地面反而越小,您說這是為什么呢?
? ? 也許您覺得,汽車的重量,連帶著那么重的橋面本身,包括瀝青什么的,最終都落到小小的橡膠支座上,聽著有點不靠譜。可是呢,這是有合理的原因和理由的。
? ? 最后呢,我用課上教授講給我們聽的一個更不靠譜的小段子來結束我的回答。
? ? 這段子說他在做碳纖維橋面板的研究,正好有高速路的橋面板壞了,州交通局跟他合作,準備搞一個試點項目,換碳纖維橋板上去。某種意義上,你可以說碳纖維也是一種塑料。到施工這天,警察把交通引導到對面車道,這邊吊車上來,把預制的碳纖維板換上,不到半小時就弄好了。然后警察恢復交通,州政府官員和媒體記者在這里等著。
? ? 不一會兒,一哥們兒開著大皮卡上來了。到跟前,警察讓他停車,然后州政府官員上去跟他握手,說「恭喜您,您是第一位開車行駛在「塑料」橋板上的美國人!」然后記者拍照。這哥們兒嚇傻了,一臉茫然,頭伸出車窗一陣看,「What?Are you kidding?!」
? ? 政府官員遞上一杯香檳,「哥們兒咱合個影吧!」這哥們兒看了看旁邊的警察,說「你們干嘛的?要坑我酒駕么?」旁邊人說,「我們都準備好了,放心,這都是無酒精香檳?!?br>
? ? 這哥們兒突然做恍然大悟狀,然后說,「我明白了,你們是不是在拍網絡整人搞笑視頻?!」