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

目前國內常用的拉索錨固形式有拉索錨固鋼橫梁結構形式和塔柱環向預應力構造錨固形式。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側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。常規鋼牛腿是與鋼錨梁同時在專業鋼構件廠家進行制作，整體起吊安裝，安裝驗收合格后進行同一節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將牛腿鋼筋與塔柱鋼筋同時綁扎并同時澆筑混凝土。在澆筑混凝土前要注意將牛腿頂面標高、平面尺寸、橫縱向限位、頂面預埋件等控制好。根據拉索錨固區索塔的外形不同，鋼錨梁的安裝時機亦有差異。若拉索錨固區塔柱為豎直或斜度較小時，可以選擇塔柱施工后期一次性安裝鋼錨梁;反之，若拉索錨固區塔柱斜度較大，則宜采用鋼錨梁在下一節混凝土牛腿施工前安裝到位(混凝土強度要滿足設計要求)。塔柱施工完畢后進行上部結構施工。

2.2 鋼牛腿施工方法

鋼牛腿作為鋼錨梁的支撐結構，由底板、托架、塔壁預埋鋼板、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—混凝土組合結構。鋼牛腿是與鋼錨梁同時在專業鋼構件廠家進行制作，制作結束后，鋼牛腿與鋼錨梁在廠家預拼裝，運輸至施工現場后再次拼裝并通過塔吊進行整體起吊安裝。安裝驗收合格后進行同一節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。

1)鋼錨梁—鋼牛腿的構造簡單，其力的傳遞形式與拉索錨固鋼橫梁結構形式幾乎一樣，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，則是先通過四個直接承受索力的小錨箱結構傳遞到鋼牛腿上，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。可以看出，在受力性能方面，鋼錨梁—鋼牛腿傳力結構同時具有傳統鋼錨固梁和內置式鋼錨箱錨固形式的優點。

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)及鋼錨梁與預埋鋼板之間設置四氟滑板(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;后者將直接傳遞給塔壁(此類結構在后期拉索換索、斷索時對塔柱受力很不利)。

3)索塔錨固區混凝土牛腿因受內力、集中力的作用、孔洞的削弱、局部受力、應力集中等原因必然導致混凝土牛腿與塔壁部位產生較為集中的應力，甚至出現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合同步施工，避免了鋼混結合段混凝土裂縫的出現。

4 混凝土牛腿與鋼牛腿施工操作性比較

1)混凝土牛腿應力集中通過配筋加強處理，加之本身構造鋼筋密集，混凝土澆筑過程中下料困難，粗骨料不易分散，牛腿頂面有預埋鋼板，因此牛腿部分很難有粗骨料進入，混凝土不易密實，會導致混凝土強度不同程度受到影響，需要設下料孔和振搗孔。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量缺陷。

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

3)鋼牛腿安裝精度雖較混凝土牛腿高，但采用鋼牛腿時預埋件(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向預應力，給預埋工作加大難度。

4)混凝土牛腿頂面預埋鋼板面積較大，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到規范要求。同時混凝土與鋼板收縮變形存在一定差異，導致鋼板與牛腿頂面之間容易出現脫空現象。

5 結語

混凝土牛腿和鋼牛腿在施工操作過程中各有優缺點，混凝土牛腿施工過程中要特別注意混凝土密實，確保混凝土的質量。此外混凝土牛腿的頂面標高也要控制好。鋼牛腿施工過程中預埋件要預埋準確且要特別注意預埋件周邊混凝土的密實，確保鋼牛腿受力。

[1] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[2] 陳明憲.斜拉橋建造技術[M].北京:人民交通出版社，2008.