斜拉桥常见拉索钢牛腿与混凝土牛腿的比较

郭忠宁

(武汉桥梁建筑工程监理有限公司，湖北 武汉 430063)

1 常见斜拉桥拉索采用不同形式牛腿介绍

目前国内常用的拉索锚固形式有拉索锚固钢横梁结构形式和塔柱环向预应力构造锚固形式。其中锚固钢横梁(以下称钢锚梁)是将拉索穿过预埋在塔壁中的索套管锚固在钢锚梁两端的锚块上，钢锚梁通过锚垫板支撑于空心塔柱横壁内侧的混凝土牛腿凸块上，混凝土牛腿与塔柱同步浇筑施工。

此外，钢锚梁也可支撑在钢牛腿上。常规钢牛腿是与钢锚梁同时在专业钢构件厂家进行制作，整体起吊安装，安装验收合格后进行同一节段的钢筋混凝土施工。

2 混凝土牛腿与钢牛腿施工方法

2.1 混凝土牛腿施工方法

多数斜拉桥采用混凝土牛腿，混凝土牛腿施工大多是在主塔施工时将牛腿钢筋与塔柱钢筋同时绑扎并同时浇筑混凝土。在浇筑混凝土前要注意将牛腿顶面标高、平面尺寸、横纵向限位、顶面预埋件等控制好。根据拉索锚固区索塔的外形不同，钢锚梁的安装时机亦有差异。若拉索锚固区塔柱为竖直或斜度较小时，可以选择塔柱施工后期一次性安装钢锚梁;反之，若拉索锚固区塔柱斜度较大，则宜采用钢锚梁在下一节混凝土牛腿施工前安装到位(混凝土强度要满足设计要求)。塔柱施工完毕后进行上部结构施工。

2.2 钢牛腿施工方法

钢牛腿作为钢锚梁的支撑结构，由底板、托架、塔壁预埋钢板、剪力钉和与劲性骨架相连的连接钢板组成。钢牛腿焊接在两端的竖向壁板上，而壁板和混凝土之间通过剪力键连接，形成钢—混凝土组合结构。钢牛腿是与钢锚梁同时在专业钢构件厂家进行制作，制作结束后，钢牛腿与钢锚梁在厂家预拼装，运输至施工现场后再次拼装并通过塔吊进行整体起吊安装。安装验收合格后进行同一节段的钢筋混凝土施工。

钢锚梁吊装施工照片如图1，图2所示。

图1 钢锚梁钢牛腿整体吊装施工

图2 钢锚梁接高施工

3 混凝土牛腿与钢牛腿受力性能比较

锚固钢横梁承受拉索的垂直分力，通过钢横梁的垂直支撑传至塔壁牛腿上，而两侧拉索的不平衡水平力，则通过锚固箱传至钢横梁上，钢横梁通过限位装置将不平衡水平力传递给塔壁，而大部分水平拉力由钢横梁承担。

1)钢锚梁—钢牛腿的构造简单，其力的传递形式与拉索锚固钢横梁结构形式几乎一样，不同的是在不平衡的水平力传递到限位块后，并非由限位块直接传给塔壁混凝土，而是先传递到与限位块焊接的壁板，再由壁板和焊接于其上的剪力键传递到塔壁混凝土里。而对于竖向力的传递，则是先通过四个直接承受索力的小锚箱结构传递到钢牛腿上，再由钢牛腿传递到壁板，然后大部分竖向力通过壁板上的剪力键传递到混凝土中去。可以看出，在受力性能方面，钢锚梁—钢牛腿传力结构同时具有传统钢锚固梁和内置式钢锚箱锚固形式的优点。

2)混凝土牛腿在承受拉索力的作用后，拉索的竖向分离仍由钢横梁直接传递给混凝土牛腿，再传至塔身、塔座;其水平分力的传递受钢锚梁与牛腿顶面连接形式不同略有不同。目前常见的钢锚梁与混凝土牛腿的连接形式又有与牛腿顶面预埋钢板焊接(钢板通过剪力钉埋于牛腿混凝土里)及钢锚梁与预埋钢板之间设置四氟滑板(含支座)等方式。前者的不平衡水平分力由塔壁和锚梁整体承担;后者将直接传递给塔壁(此类结构在后期拉索换索、断索时对塔柱受力很不利)。

3)索塔锚固区混凝土牛腿因受内力、集中力的作用、孔洞的削弱、局部受力、应力集中等原因必然导致混凝土牛腿与塔壁部位产生较为集中的应力，甚至出现不同程度的竖向裂缝，影响斜拉桥的整体安全及正常使用和寿命。钢锚梁的钢壁板与索塔塔柱混凝土相互结合同步施工，避免了钢混结合段混凝土裂缝的出现。

4 混凝土牛腿与钢牛腿施工操作性比较

1)混凝土牛腿应力集中通过配筋加强处理，加之本身构造钢筋密集，混凝土浇筑过程中下料困难，粗骨料不易分散，牛腿顶面有预埋钢板，因此牛腿部分很难有粗骨料进入，混凝土不易密实，会导致混凝土强度不同程度受到影响，需要设下料孔和振捣孔。而钢牛腿则不需要上述工序，避免了由于以上施工因素引起的混凝土牛腿质量缺陷。

2)钢牛腿与钢锚梁在现场整体拼装，塔吊安装。但是若拉索锚固区塔形斜度大，吊装作业时受自重的影响，操作亦有难度。

3)钢牛腿安装精度虽较混凝土牛腿高，但采用钢牛腿时预埋件(剪力钉、钢板等)要埋入塔身，和塔身连接处亦在索套管附近。钢筋比较密集，有的大桥还在此处布置环向预应力，给预埋工作加大难度。

4)混凝土牛腿顶面预埋钢板面积较大，锚固的剪力钉密布众多，且牛腿顶面钢筋也很多，预埋钢板安装定位难度大，加上施工过程操作空间狭小，钢板的水平面不易达到规范要求。同时混凝土与钢板收缩变形存在一定差异，导致钢板与牛腿顶面之间容易出现脱空现象。

5 结语

混凝土牛腿和钢牛腿在施工操作过程中各有优缺点，混凝土牛腿施工过程中要特别注意混凝土密实，确保混凝土的质量。此外混凝土牛腿的顶面标高也要控制好。钢牛腿施工过程中预埋件要预埋准确且要特别注意预埋件周边混凝土的密实，确保钢牛腿受力。

[1] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2] 陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京:人民交通出版社，2008.