钢牛腿对墩柱影响分析

摘 要：湄渝高速公路A1项目C、D匝道拟采用现浇施工，桥梁多处跨越已营运长深高速、S306省道及渔塘溪，现场地势陡峻，大型机械设备难以到达各墩位处，支架钢管搭设困难，故拟采用附墩预应力钢构牛腿进行施工。桥墩上设置钢牛腿，将上部结构荷载通过牛腿传递至墩柱，由于存在偏心距，使墩柱受到一定弯矩作用。因此，拟对墩柱的受力状况进行分析，以评估钢牛腿对其影响。

关键词：钢牛腿;墩柱;分析;计算

中图分类号：U441+.2文献标识码：A

工程简介

根据本项目施工图设计，共有3座桥为现浇预应力砼连续箱梁，其中D匝道3号桥桥跨布置：(20+4×30)+3×30+(32+52+32)m；D匝道2号桥桥跨布置：(17+2×20)+3×26

+3×24m；C匝道2号桥桥跨布置：2×20+25+2×20m，桥宽均为10.5m，跨径为20m、24m、25m、26m箱梁截面高度均为1.5m，30m跨箱梁高度为1.8m。30m跨径桥墩截面尺寸：1.6x3.4m，最大墩柱高度43.1m。

支架结构

跨径20m~30m，中间设置一个钢管支墩，墩旁设置型钢桁架，桁架底设置钢牛腿。

预应力钢牛腿横桥向布置于墩柱上，单侧布置2组，间距根据墩柱宽度调整，作为贝雷梁支承结构。墩柱宽度1.2m，单个牛腿采用两根长为3.2m的I36a工字钢。肋部加焊10mm厚钢板，在墩身施工时预埋箱盒子。其主要结构如图所示。

30m跨径荷载计算

（一）恒载计算

1、混凝土荷载

根据纵断面布置图，30m跨径桥墩间净距为28.4m，其中两边各4.5m为变化段，17.4m为跨中截面，0.4m为端部截面。跨中设置中支墩时，贝雷最大跨径为12m，其中4.5m为变化段，7.5m为跨中截面。荷载计算如表4.3.2所示。

表4.6.130m跨荷载计算

2、底模、方木、分配梁自重荷载：1.5x10.5=15.75KN/m。

3、贝雷梁自重：1x12=12K/m。

跨中恒载总计：G1=150.0+15.75+12=177.8KN。

跨中恒载总计：G2=163.5+15.75+12=191.3KN。

（二）活载计算

施工活载包括：施工人员和施工机具行走荷载:2.5kN/m2。振捣砼产生的荷载: 2 kN/m2。风荷载：0.8 kN/m2。则V=（2.5+2+0.8）×10.5=55.65KN。

30m跨径荷载效应组合

（一）按承载能力极限状态作用效应组合

各分项系数及组合系数同上，则：

跨中Nd=0.9x(1.2x177.8+0.7x1.4x55.65)=241.1KN。

变化段Nd=0.9x(1.2x191.3+0.7x1.4x55.65)=255.7KN。

（二）按正常使用极限状态作用效应组合

1、作用短期效应组合

对于30米跨径作用短期效应组合有：

跨中Nd=177.8+1.0x55.65=233.5KN。

变化段Nd=191.3+1.0x55.65=247.0KN。

2、作用长期效应组合

对于30米跨径作用短期效应组合有：

跨中Nd=177.8+0.4x55.65=200.1KN。

变化段Nd=191.3+0.4x55.65=213.6KN。

反力计算

查《路桥施工计算手册》，P742页，靠近墩柱一侧反力：

RA=q2xb2/2/L+ q1xa/2x(2-a/L)= 241.1x7.52/2/12+ 255.7x4.5/2x(2-4.5/12)=1500KN 。横桥向设置两组钢牛腿，每组一个，则单个钢牛腿受到的荷载为P=1500/2=750KN。

墩柱影响分析

根据《材料力学》第8章，墩柱受到牛腿传来的荷载P，而P力的作用线与立柱轴线间的距离为e，这样的荷载将使立柱发生偏心压缩。

（一）荷载计算。考虑最不利工况，一侧墩柱的牛腿受到支架传递来的总荷载，对其产生的作用力可看作对墩柱截面中心轴作用的集中力N和弯矩M组合而成。

30m跨径一侧的牛腿受到总集中力P=1500KN。牛腿受力中心与墩柱外边距离为0.52m，墩柱厚度h=1.6m，宽度b=3.4m，验算牛腿内侧底面对于的墩柱截面，验算截面距墩顶距离为3m。墩柱截面受到的弯矩M1=Pe=1500x（0.52+1.6/2）=1980KN m。墩身自重：G1=3x1.6x3.4x26+1.89x26+2.07x26=527.3KN；

墩顶梁重：G2=10.25x26x2.2=586.3KN。墩柱截面受到的集中力：N=P+G1+G2=1286+527.3+586.3=2400KN。

（二）混凝土截面应力。查《公预规》，C40混凝土轴心抗拉强度设计值ftd=1.65MPa。对于矩形截面I/y=W=bh2/6=3.4x1.62/6=1.45m3，A=3.4x1.6=5.44m2。不考虑钢筋作用时，混凝土受到最大应力值为：σ=1980/1.45x10-3-2400/5.44x10-3=1.36-0.44=0.92MPa＜1.65 MPa，满足要求。当20m跨径现浇梁，仅仅浇筑一跨，不考虑对称浇筑情况下，墩柱受到牛腿作用力，计算截面中混凝土（不考虑钢筋作用）出现了0.92MPa拉应力，因此，需进一步对墩柱进行裂缝宽度验算。

结束语

一般情况，高墩搭设钢管支架不便时，且箱梁高1.5m-1.8m、梁宽10.5m的现浇箱梁墩旁支架采用设置钢牛腿，操作方便。通过计算分析，钢牛腿对墩柱混凝土影响较小，能满足施工需要。

参考文献：

[1]中国建设部.DB 50017-2003钢结构设计规范[S].北京：人民交通出版社，2003.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范[J].北京：中国建筑工业出版社，2011.