一种用于索塔横梁施工的装配式牛腿安装结构及预压方法

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，涉及悬索桥索塔的横梁施工，具体涉及一种用于索塔横梁施工的装配式牛腿安装结构及对牛腿进行预压的方法。

背景技术

悬索桥每端的索塔通常包括两个塔柱，两塔柱间设有横梁。由于横梁高度高，通常采用高空托架法施工，在两塔柱一定高度处的相对侧分别安装牛腿，在牛腿间搭设承重梁作为托架主承重结构。

目前施工中，牛腿安装方式一般是在塔柱混凝土中埋设钢板或型钢，托架搭设时将牛腿与预埋钢板或型钢焊接。这种安装结构存在诸多问题，如：高空焊接作业施工安全风险较大，且焊缝质量难以控制；焊接及割除牛腿时温度较高，易引起塔身混凝土开裂，不利于索塔外观及实体质量控制，后期修补工作量大，且预埋件易形成腐蚀通道影响耐久性；牛腿及预埋件均为一次性投入，割除后不能周转使用，造成材料浪费；牛腿受力不能有效传递到塔身，承载能力有限。

另外，牛腿安装完成后通常要进行预压，以检测其承载力。目前常采用堆载预压法，需要向高空吊装大量预压载荷，工序繁琐且安全性差。

发明内容

本发明的目的是针对现有焊接式牛腿及预压方法存在的问题，提供一种用于索塔横梁施工的装配式牛腿安装结构及预压方法，以降低施工风险，提高施工效率，保证施工质量。

本发明提供的一种用于索塔横梁施工的装配式牛腿安装结构，所述牛腿包括一竖向设置的侧板，侧板上焊接一水平设置的顶板，侧板与顶板间焊接至少两块与侧板和顶板均垂直的支撑板，其特征在于：所述侧板上位于顶板下方设4个销棒插孔，以及4个螺纹钢插孔；在索塔上的牛腿设计安装位置对应牛腿侧板上的各销棒插孔和螺纹钢插孔分别设有贯穿塔身的销棒和精轧螺纹钢，所述牛腿的侧板紧贴塔身一侧，各销棒的一端穿过侧板上的销棒插孔，另一端突出到塔身的另一侧，各精轧螺纹钢的一端穿过侧板上的螺纹钢插孔，另一端突出到塔身另一侧，每根精轧螺纹钢的两端分别安装紧固螺母。

本发明提供的一种用于索塔横梁施工的装配式牛腿的预压方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)浇筑两个混凝土试验墩，两试验墩间设置一反力梁，所述反力梁的两端分别浇筑到墩身混凝土中；

(2)模拟牛腿在索塔上的安装结构，在反力梁上方、两试验墩的相对侧分别安装一牛腿；

(3)在两牛腿间搭设一承重梁，所述承重梁的两端分别支撑在两牛腿的顶板上；

(4)在承重梁的两端顶面分别竖向设置一千斤顶，每个千斤顶的顶部设一扁担梁，每根扁担梁的两端分别与反力梁间通过拉杆连接；

(5)启动千斤顶向上顶推扁担梁，通过反力梁提供反力，对牛腿施加压力；压力达到牛腿的设计载荷后持续一段时间，观测牛腿是否变形，如无变形则满足设计要求。

本发明采用的装配式牛腿安装结构，牛腿安装过程中无焊接及割除作业，施工效率及安全性高，且有利于塔身混凝土实体及外观质量控制；牛腿受力能通过销棒有效传递到墩身混凝土中，充分发挥混凝土与钢结构各自的特性，承载能力强；牛腿拆卸后可周转使用，节约施工成本。

本发明利用装配式牛腿安装拆卸方便的特点，先将牛腿在较低的试验墩上进行承载力预压试验，通过千斤顶提供压力，通过反力梁提供反力，结构简单，受力明确，能快速对牛腿承载力进行检测，且检测结果准确，安全性高。承载力满足要求的牛腿可直接安装在索塔、高墩上使用，避免高空预压的繁琐工序和存在的安全风险。

附图说明

图1是本发明的牛腿安装结构侧向立面图；

图2是本发明的牛腿安装结构正向立面图；

图3是本发明的牛腿预压结构侧向立面图；

图4是本发明的牛腿预压结构横向立面图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种适用于索塔横梁施工的装配式牛腿安装结构，所述牛腿包括一竖向设置的侧板1，侧板上焊接一水平设置的顶板2，侧板1与顶板2间焊接至少两块与侧板和顶板均垂直的支撑板3；所述侧板上位于顶板下方设4个销棒插孔4，以及4个螺纹钢插孔5；在索塔15上的牛腿设计安装位置对应牛腿侧板上的各销棒插孔和螺纹钢插孔分别设有贯穿塔身的销棒6和精轧螺纹钢7，所述牛腿的侧板紧贴塔身一侧，各销棒6的一端穿过侧板上的销棒插孔4，另一端突出到塔身的另一侧，各精轧螺纹钢7的一端穿过侧板上的螺纹钢插孔5，另一端突出到塔身另一侧，每根精轧螺纹钢的两端分别安装紧固螺母8。

本发明具体实施时，为保证牛腿受力平衡及结构稳定，将牛腿侧板上的4个销棒插孔两两对称设置在牛腿侧板竖向中心线两侧，4个螺纹钢插孔也两两对称设置在牛腿侧板竖向中心线两侧。

本发明具体实施时，在索塔施工时，根据牛腿的设计安装位置及牛腿侧板上的销棒插孔和螺纹钢插孔的分布结构，在塔身混凝土中预设4个销棒安装孔9和4个螺纹钢安装孔10；所述销棒安装孔采用125mm的无缝钢管，螺纹钢安装孔均采用φ＝63mm的无缝钢管，预埋到塔身混凝土中。牛腿安装时，将销棒6和精轧螺纹钢7分别活动穿插在各销棒安装孔9和螺纹钢安装孔10中。

本发明具体实施时，可将销棒直径和与其对应的销棒安装孔内径的差值设置为小于精轧螺纹钢直径和与其对应的螺纹钢安装孔内径的差值。这种结构设置，能使作用在牛腿上的竖向承载力由销棒承担，作用在牛腿上的竖向弯矩由水平精轧螺纹钢进行抵抗平衡，使混凝土充分发挥抗压强度高的特性、精轧螺纹钢充分发挥抗拉强度高的特性，且结构受力清晰明确，方便设计及验算。

为保证销棒安装孔和螺纹钢安装孔在索塔施工时能准确定位，索塔混凝土浇筑时，可在塔身混凝土中预埋两块竖向设置的定位钢板11，每块定位钢板上设有与牛腿侧板上的各销棒插孔以及螺纹钢插孔相对应的定位孔，各销棒安装孔和螺纹钢安装孔两端分别穿过两定位板上的相应定位孔。

索塔横梁施工托架安装时，托架承重梁两端支撑在在两塔柱间的牛腿上，为保证承重梁安装稳定，可在所述牛腿顶板顶面焊接两块与顶板及侧板均垂直的挡板12，两挡板12间有一定间距且对称设置在侧板竖向中心线两侧。托架搭设时，将承重梁端部支撑在顶板上的两挡板之间。

本发明所采用的牛腿为重型牛腿，安装时需要采用吊装设备。为便于起吊，可在两挡板上设置对穿的起吊孔13，用于吊装时连接吊绳。

进一步，为提高整个牛腿的结构强度，可在所述牛腿的顶板顶面与每块挡板的外侧之间分别焊接两块劲板14，在顶板底面与两支撑板间也分别焊接两块劲板。

通常牛腿安装在索塔上后，在进行横梁施工前，为检测牛腿的承载力是否满足要求，要对牛腿进行预压。但高空预压工序繁琐，且安全性差。

本发明利用上述装配式牛腿安装结构安装、拆卸方便的特点，预先在地面对牛腿承载力进行预压检测，测试符合要求后再安装到索塔上，避免高空预压施工不便、安全性差的问题。具体方法如下：

(1)在地面上浇筑两个混凝土试验墩16，靠近试验墩下端，在两试验墩间设置一反力梁17，所述反力梁17的两端分别浇筑到墩身混凝土中；

(2)按照牛腿在索塔上的装配式安装结构，在反力梁17上方的墩身混凝土中预留销棒安装孔和精轧螺纹钢安装孔，在两试验墩16的相对侧通过销棒6和精轧螺纹钢7分别安装一牛腿；

(3)在两牛腿间搭设一承重梁18，所述承重梁18的两端分别支撑在两牛腿的顶板2上；

(4)在承重梁18的两端顶面分别竖向设置一千斤顶19，每个千斤顶19的顶部设一扁担梁20，每根扁担梁20的两端分别与反力梁17间通过拉杆21连接；

(5)启动千斤顶19向上顶推扁担梁20，通过反力梁提供反力，对牛腿施加压力；压力达到牛腿的设计载荷后持续一段时间，观测牛腿是否变形，如无变形则满足设计要求。

测试合格的牛腿安装到索塔上后，不需要再进行预压，可直接用于横梁施工。