斜拉橋常見拉索鋼牛腿與混凝土牛腿的比較

郭忠寧

(武漢橋梁建筑工程監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430063)

1 常見斜拉橋拉索采用不同形式牛腿介紹

目前國內(nèi)常用的拉索錨固形式有拉索錨固鋼橫梁結(jié)構(gòu)形式和塔柱環(huán)向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造錨固形式。其中錨固鋼橫梁(以下稱鋼錨梁)是將拉索穿過預(yù)埋在塔壁中的索套管錨固在鋼錨梁兩端的錨塊上，鋼錨梁通過錨墊板支撐于空心塔柱橫壁內(nèi)側(cè)的混凝土牛腿凸塊上，混凝土牛腿與塔柱同步澆筑施工。

此外，鋼錨梁也可支撐在鋼牛腿上。常規(guī)鋼牛腿是與鋼錨梁同時(shí)在專業(yè)鋼構(gòu)件廠家進(jìn)行制作，整體起吊安裝，安裝驗(yàn)收合格后進(jìn)行同一節(jié)段的鋼筋混凝土施工。

2 混凝土牛腿與鋼牛腿施工方法

2.1 混凝土牛腿施工方法

多數(shù)斜拉橋采用混凝土牛腿，混凝土牛腿施工大多是在主塔施工時(shí)將牛腿鋼筋與塔柱鋼筋同時(shí)綁扎并同時(shí)澆筑混凝土。在澆筑混凝土前要注意將牛腿頂面標(biāo)高、平面尺寸、橫縱向限位、頂面預(yù)埋件等控制好。根據(jù)拉索錨固區(qū)索塔的外形不同，鋼錨梁的安裝時(shí)機(jī)亦有差異。若拉索錨固區(qū)塔柱為豎直或斜度較小時(shí)，可以選擇塔柱施工后期一次性安裝鋼錨梁;反之，若拉索錨固區(qū)塔柱斜度較大，則宜采用鋼錨梁在下一節(jié)混凝土牛腿施工前安裝到位(混凝土強(qiáng)度要滿足設(shè)計(jì)要求)。塔柱施工完畢后進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。

2.2 鋼牛腿施工方法

鋼牛腿作為鋼錨梁的支撐結(jié)構(gòu)，由底板、托架、塔壁預(yù)埋鋼板、剪力釘和與勁性骨架相連的連接鋼板組成。鋼牛腿焊接在兩端的豎向壁板上，而壁板和混凝土之間通過剪力鍵連接，形成鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼牛腿是與鋼錨梁同時(shí)在專業(yè)鋼構(gòu)件廠家進(jìn)行制作，制作結(jié)束后，鋼牛腿與鋼錨梁在廠家預(yù)拼裝，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后再次拼裝并通過塔吊進(jìn)行整體起吊安裝。安裝驗(yàn)收合格后進(jìn)行同一節(jié)段的鋼筋混凝土施工。

鋼錨梁吊裝施工照片如圖1，圖2所示。

圖1 鋼錨梁鋼牛腿整體吊裝施工

圖2 鋼錨梁接高施工

3 混凝土牛腿與鋼牛腿受力性能比較

錨固鋼橫梁承受拉索的垂直分力，通過鋼橫梁的垂直支撐傳至塔壁牛腿上，而兩側(cè)拉索的不平衡水平力，則通過錨固箱傳至鋼橫梁上，鋼橫梁通過限位裝置將不平衡水平力傳遞給塔壁，而大部分水平拉力由鋼橫梁承擔(dān)。

1)鋼錨梁—鋼牛腿的構(gòu)造簡單，其力的傳遞形式與拉索錨固鋼橫梁結(jié)構(gòu)形式幾乎一樣，不同的是在不平衡的水平力傳遞到限位塊后，并非由限位塊直接傳給塔壁混凝土，而是先傳遞到與限位塊焊接的壁板，再由壁板和焊接于其上的剪力鍵傳遞到塔壁混凝土里。而對于豎向力的傳遞，則是先通過四個(gè)直接承受索力的小錨箱結(jié)構(gòu)傳遞到鋼牛腿上，再由鋼牛腿傳遞到壁板，然后大部分豎向力通過壁板上的剪力鍵傳遞到混凝土中去?？梢钥闯?，在受力性能方面，鋼錨梁—鋼牛腿傳力結(jié)構(gòu)同時(shí)具有傳統(tǒng)鋼錨固梁和內(nèi)置式鋼錨箱錨固形式的優(yōu)點(diǎn)。

2)混凝土牛腿在承受拉索力的作用后，拉索的豎向分離仍由鋼橫梁直接傳遞給混凝土牛腿，再傳至塔身、塔座;其水平分力的傳遞受鋼錨梁與牛腿頂面連接形式不同略有不同。目前常見的鋼錨梁與混凝土牛腿的連接形式又有與牛腿頂面預(yù)埋鋼板焊接(鋼板通過剪力釘埋于牛腿混凝土里)及鋼錨梁與預(yù)埋鋼板之間設(shè)置四氟滑板(含支座)等方式。前者的不平衡水平分力由塔壁和錨梁整體承擔(dān);后者將直接傳遞給塔壁(此類結(jié)構(gòu)在后期拉索換索、斷索時(shí)對塔柱受力很不利)。

3)索塔錨固區(qū)混凝土牛腿因受內(nèi)力、集中力的作用、孔洞的削弱、局部受力、應(yīng)力集中等原因必然導(dǎo)致混凝土牛腿與塔壁部位產(chǎn)生較為集中的應(yīng)力，甚至出現(xiàn)不同程度的豎向裂縫，影響斜拉橋的整體安全及正常使用和壽命。鋼錨梁的鋼壁板與索塔塔柱混凝土相互結(jié)合同步施工，避免了鋼混結(jié)合段混凝土裂縫的出現(xiàn)。

4 混凝土牛腿與鋼牛腿施工操作性比較

1)混凝土牛腿應(yīng)力集中通過配筋加強(qiáng)處理，加之本身構(gòu)造鋼筋密集，混凝土澆筑過程中下料困難，粗骨料不易分散，牛腿頂面有預(yù)埋鋼板，因此牛腿部分很難有粗骨料進(jìn)入，混凝土不易密實(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不同程度受到影響，需要設(shè)下料孔和振搗孔。而鋼牛腿則不需要上述工序，避免了由于以上施工因素引起的混凝土牛腿質(zhì)量缺陷。

2)鋼牛腿與鋼錨梁在現(xiàn)場整體拼裝，塔吊安裝。但是若拉索錨固區(qū)塔形斜度大，吊裝作業(yè)時(shí)受自重的影響，操作亦有難度。

3)鋼牛腿安裝精度雖較混凝土牛腿高，但采用鋼牛腿時(shí)預(yù)埋件(剪力釘、鋼板等)要埋入塔身，和塔身連接處亦在索套管附近。鋼筋比較密集，有的大橋還在此處布置環(huán)向預(yù)應(yīng)力，給預(yù)埋工作加大難度。

4)混凝土牛腿頂面預(yù)埋鋼板面積較大，錨固的剪力釘密布眾多，且牛腿頂面鋼筋也很多，預(yù)埋鋼板安裝定位難度大，加上施工過程操作空間狹小，鋼板的水平面不易達(dá)到規(guī)范要求。同時(shí)混凝土與鋼板收縮變形存在一定差異，導(dǎo)致鋼板與牛腿頂面之間容易出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

5 結(jié)語

混凝土牛腿和鋼牛腿在施工操作過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，混凝土牛腿施工過程中要特別注意混凝土密實(shí)，確?；炷恋馁|(zhì)量。此外混凝土牛腿的頂面標(biāo)高也要控制好。鋼牛腿施工過程中預(yù)埋件要預(yù)埋準(zhǔn)確且要特別注意預(yù)埋件周邊混凝土的密實(shí)，確保鋼牛腿受力。

[1] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 陳明憲.斜拉橋建造技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2008.