某桥牛腿搭接构造改造设计要点

文/冯淑珍 南京铁道职业技术学院 江苏南京 210031

某桥牛腿搭接构造改造设计要点

文/冯淑珍 南京铁道职业技术学院 江苏南京 210031

牛腿搭接构造在早期桥梁设计中被广泛应用，但是近期运营期间频繁引起桥梁结构病害，面临着大规模的改造。将既有“L”接缝改造为垂直接缝后管养将更加方便。

桥梁工程；牛腿；改造；设计

一、概述

上世纪80年代，牛腿搭接构造在桥梁结构设计中被广泛应用。其传力途径清晰，力学图示简单，得到了桥梁设计者青睐。但是牛腿部位承受较大的集中力，构造相对比较复杂。牛腿搭接部位梁高较小，通常放置板式橡胶支座，日常维护困难。

随着运营时间的延长，牛腿搭接结构引桥了较多的结构病害。如“L”接缝内垃圾堵塞、伸缩装置失效、板式橡胶支座无法更换等。严重者，甚至引桥梁体间相互挤压，致使墩柱根部被推挤压开裂。

某三层互通立交桥梁，主线桥为预应力混凝土梁，采用牛腿搭接构造。主线桥联墩为双柱式墩，在中墩处为独柱墩，墩柱直径1.5m。

该桥在运营过程中，主线桥17#墩根部被严重推裂，受拉侧裂缝宽度达到了0.5mm，受压侧出现混凝土剥落，如图1所示。分析其原因，主要是由于牛腿搭接构造引起主梁间相互推挤，固定墩承受纵桥向推挤力超过了承载能力引起破坏。

图1 主线桥17#墩根部病害照片

二、总体改造思路设计

总体改造思路将既有“L”接缝改造为垂直接缝，即割除上牛腿，对下牛腿进行修补。同时对墩柱增大截面加固，在墩顶设置支撑牛腿，支撑两侧梁体的重量。改造后布置图如图2所示。该方案能够彻底解决梁体间相互推挤现象，但是设计时需要对若干个重点进行把握。

图2 改造构造详图

三、改造设计要点

（1）基础承载能力检算

改造方案中包括了墩柱增大截面加固、墩顶增加支撑牛腿。按照10m高墩身计算，每个墩柱恒载增加约39t。参照《铁路桥涵地基与基础设计规范》第4.2.3条，作为已运营多年的桥梁，其墩台地基的基本承载力可予以提高（不超过25%）。由于改造后恒载增加量较小，可不考虑对基础进行验算。

（2）墩柱增大截面、新增牛腿简算

改造前桥墩承受的支座反力基本无偏心。改造后由于桥跨不对称引起恒载差造成墩柱偏心受压；同时由于支点的分离，活载会引起较大的偏心。墩柱偏心验算时，取运营阶段牛腿两侧支点反力绝对值最大差值计算偏心距。由于增大截面的配筋率可以根据实际轴向力及偏心距配置，因此墩柱偏心验算均能满足要求。

但是施工过程中应坚决避免顶升过程中双柱墩仅一侧牛腿受力的工况。例如，施工过程中为了割除上牛腿，应同时将两侧梁体顶升；而不能仅顶升含有上牛腿的梁体。

（3）梁端横梁检算

梁牛腿割除后，梁体端横梁支撑在墩顶新浇注的牛腿上。原端横梁支点数由5个减少至2个。按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，端横梁的抗弯承载能力、运营阶段最大计算裂缝宽度均不满足要求。

因此必须对梁端横梁进行加固处理。本项目中在梁底增加一道钢结构横梁，并通过植入锚栓及灌注粘钢胶的方式与梁底混凝土连接。经检算，增设钢横梁后抗弯刚度明显提高，由0.293m4提高至5.77m4。改造后端横梁检算满足规范要求。

四、小结

该改造设计方案较好的解决了牛腿搭接结构改造问题，不改变结构的受力体系，同时总体施工难度不大。类似改造工程项目可参考借鉴。但是结合施工可对一下两方面细节进行改善。

（1）端横梁增加钢横梁方案中，由于端横梁内钢筋密集且需要由下朝上钻孔，钻孔植筋难度较大。因此施工中应先钻孔植筋，根据实际位置放样钢横梁中孔位。

（2）墩顶增加支撑牛腿相对体量较大，受力钢筋的布设、新旧混凝土连接等有难度。在类似改造项目中可尝试钢管混凝土墩柱加固、钢结构牛腿方案。

[1]姚玲森.桥梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [S].

[3]JTG/T J23-2008 公路桥梁加固施工技术规范 [S].

[4]GB50010-2010 混凝土结构设计规范 [S].

本文结合具体的工程项目，对牛腿搭接构造改造实例进行介绍，对设计要点进行重点阐述，供类似牛腿搭接构造的改造设计提供参考。