某橋牛腿搭接構造改造設計要點

馮淑珍

【摘要】牛腿搭接構造在早期橋梁設計中被廣泛應用，但是近期運營期間頻繁引起橋梁結構病害，面臨著大規模的改造。將既有“L”接縫改造為垂直接縫后管養將更加方便。

本文結合具體的工程項目，對牛腿搭接構造改造實例進行介紹，對設計要點進行重點闡述，供類似牛腿搭接構造的改造設計提供參考。

【關鍵詞】橋梁工程；牛腿；改造；設計

一、概述

上世紀80年代，牛腿搭接構造在橋梁結構設計中被廣泛應用。其傳力途徑清晰，力學圖示簡單，得到了橋梁設計者青睞。但是牛腿部位承受較大的集中力，構造相對比較復雜。牛腿搭接部位梁高較小，通常放置板式橡膠支座，日常維護困難。

隨著運營時間的延長，牛腿搭接結構引橋了較多的結構病害。如“L”接縫內垃圾堵塞、伸縮裝置失效、板式橡膠支座無法更換等。嚴重者，甚至引橋梁體間相互擠壓，致使墩柱根部被推擠壓開裂。

某三層互通立交橋梁，主線橋為預應力混凝土梁，采用牛腿搭接構造。主線橋聯墩為雙柱式墩，在中墩處為獨柱墩，墩柱直徑1.5m。

該橋在運營過程中，主線橋17#墩根部被嚴重推裂，受拉側裂縫寬度達到了0.5mm，受壓側出現混凝土剝落，如圖1所示。分析其原因，主要是由于牛腿搭接構造引起主梁間相互推擠，固定墩承受縱橋向推擠力超過了承載能力引起破壞。

a）受拉側混凝土裂縫

b）受壓側混凝土剝落

圖1 主線橋17#墩根部病害照片

二、總體改造思路設計

總體改造思路將既有“L”接縫改造為垂直接縫，即割除上牛腿，對下牛腿進行修補。同時對墩柱增大截面加固，在墩頂設置支撐牛腿，支撐兩側梁體的重量。改造后布置圖如圖2所示。該方案能夠徹底解決梁體間相互推擠現象，但是設計時需要對若干個重點進行把握。

圖2 改造構造詳圖

三、改造設計要點

（1）基礎承載能力檢算

改造方案中包括了墩柱增大截面加固、墩頂增加支撐牛腿。按照10m高墩身計算，每個墩柱恒載增加約39t。參照《鐵路橋涵地基與基礎設計規范》第4.2.3條，作為已運營多年的橋梁，其墩臺地基的基本承載力可予以提高（不超過25%）。由于改造后恒載增加量較小，可不考慮對基礎進行驗算。

（2）墩柱增大截面、新增牛腿簡算

改造前橋墩承受的支座反力基本無偏心。改造后由于橋跨不對稱引起恒載差造成墩柱偏心受壓；同時由于支點的分離，活載會引起較大的偏心。墩柱偏心驗算時，取運營階段牛腿兩側支點反力絕對值最大差值計算偏心距。由于增大截面的配筋率可以根據實際軸向力及偏心距配置，因此墩柱偏心驗算均能滿足要求。

但是施工過程中應堅決避免頂升過程中雙柱墩僅一側牛腿受力的工況。例如，施工過程中為了割除上牛腿，應同時將兩側梁體頂升；而不能僅頂升含有上牛腿的梁體。

（3）梁端橫梁檢算

梁牛腿割除后，梁體端橫梁支撐在墩頂新澆注的牛腿上。原端橫梁支點數由5個減少至2個。按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，端橫梁的抗彎承載能力、運營階段最大計算裂縫寬度均不滿足要求。

因此必須對梁端橫梁進行加固處理。本項目中在梁底增加一道鋼結構橫梁，并通過植入錨栓及灌注粘鋼膠的方式與梁底混凝土連接。經檢算，增設鋼橫梁后抗彎剛度明顯提高，由0.293m4提高至5.77m4。改造后端橫梁檢算滿足規范要求。

四、小結

該改造設計方案較好的解決了牛腿搭接結構改造問題，不改變結構的受力體系，同時總體施工難度不大。類似改造工程項目可參考借鑒。但是結合施工可對一下兩方面細節進行改善。

（1）端橫梁增加鋼橫梁方案中，由于端橫梁內鋼筋密集且需要由下朝上鉆孔，鉆孔植筋難度較大。因此施工中應先鉆孔植筋，根據實際位置放樣鋼橫梁中孔位。

（2）墩頂增加支撐牛腿相對體量較大，受力鋼筋的布設、新舊混凝土連接等有難度。在類似改造項目中可嘗試鋼管混凝土墩柱加固、鋼結構牛腿方案。

參考文獻

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