牛腿的构造与计算.pdf

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1、铁道勘测设计牛腿的构造与计算彭荣（中铁第四勘察设计院集团有限公司道路院武汉430063）【摘要】介绍了工程中常见的牛腿种类及构造上的特点，并从安全设计的角度详细地阐述了牛腿计算思路、应注意的问题。【关键词】牛腿柱牛腿牛腿横梁抗拉验算概述000近年来，随着高速公路和城市高架桥的迅猛发展，特别是城市高架对桥梁美学日益讲究，为减小b桥墩体量而采用悬臂梁与挂梁结合形式，以及柱顶短牛腿0b长牛腿0短牛腿0或柱中设置支撑桥梁上部结构的构造等等都涉及图1柱牛腿的分类到牛腿概念。牛腿是结构受力的薄弱环节，为保证

2、桥梁结构长牛腿的工作和应力状态与一般悬臂梁极为设计安全，了解牛腿的受力特点从而正确进行牛腿接近，可按悬臂梁进行设计。柱牛腿一般设置为实的设计计算显得尤为重要。腹短牛腿。实腹短牛腿实质上就是一个变截面深梁，由于“短”且“深”，属于短悬臂，其受力性能与普牛腿分类和受力特点通悬臂梁不同。柱牛腿从受荷到破坏的过程与钢筋混凝土梁柱牛腿类似，经历了弹性阶段、裂缝出现与展开、破坏形态当墩柱中间或柱顶上设置支撑梁部的结构时，三个阶段。往往要设计成柱牛腿，根据其所受竖向力的作用点当牛腿所受荷载较小（小于破坏荷载的

3、20%），至下柱边缘的水平距离a及牛腿顶面至牛腿与下牛腿处在弹性工作状态；随着荷载增加到破坏荷载柱交接处的垂直截面有效高度h0的比值不同，可将的20%~40%，开始出现裂缝，但其展开很小，对牛柱牛腿划分为长牛腿和短牛腿，其中a＞h0者为长腿受力性能影响不大；当荷载继续加大至破坏荷载牛腿，a≤h0者为短牛腿，如图1所示。的40%~60%时，在加载内侧附近出现第一条裂缝①104铁道勘测与设计RAILWYSURVEYANDDESIGN2008(4)牛腿的构造与计算彭荣技术应用研究（图2(c)、（d））

4、，随着荷载的增加，裂缝不断发展；最B2后，当荷载加至接近破坏时（约为破坏荷载的80%），eR13开始出现裂缝②，预示牛腿即将破坏。R2RRA牛腿的破坏形态主要决定于a/h0值，主要分四ebh种类型：CBbj（1）弯曲破坏。当a/h0＞0.75和纵向受力钢筋b2e配筋率较低时，一般发生弯曲破坏。如图2（a）。图3梁牛腿（悬臂端横梁）（2）剪切破坏。剪切破坏又分为纯剪、斜压和斜拉破坏三种。其中纯剪破坏是当a/h0值很小在这里由于梁端的相互搭接，中间还要设置传（≤0.1）或a/h0值较大但边缘高度h1

5、较小时，可能力支座来传递较大的竖向力，因此牛腿的高度被削发生沿加载板内侧接近竖直截面的剪切破坏。如弱至不到悬臂梁高和挂梁梁高的一半，却又要传递图2（b）。较大的竖向力，这就使其成为上部结构中的薄弱部（3）斜拉和斜压破坏。同时作用有竖向力Fv和位。鉴于牛腿处梁高的骤然减小，在凹角处应力集Fh的牛腿，由于水平力的作用，牛腿截面出现斜裂中现象严重（图4）。缝的荷载比仅有竖向力作用的牛腿有不同程度的上拉应力迹线密集降低。当Fv/Fh=0.2~0.5时，开裂荷载下降36%~47%，无应力区凹角处应力集中可

6、见影响较大，同时牛腿的承载力亦降低。如图2（c）、（d）。P2/H（4）局部承压破坏。当加载板过小或混凝土强H度过低，由于很大的局部压应力而导致加载板下混2凝土局部压碎破坏。如图2（e）。/H主压应力迹线主拉应力迹线①图4梁牛腿的应力状态b柱牛腿的计算①②柱牛腿截面尺寸的确定e（1）竖向力作用下的柱牛腿截面尺寸的确定弯曲破坏b纯剪破坏c斜压破坏试验结果表明柱牛腿的破坏都是发生在斜裂斜拉破坏e局部压坏缝形成和展开以后，因此，牛腿截面高度的确定一般以控制其在使用阶段不出现或仅出现细微斜裂图2柱牛腿的

7、破坏形式缝为准。梁牛腿如图5所示，符合条件a≤h0时的柱牛腿截面悬臂梁桥的悬臂端和挂梁端结合部的局部造尺寸，柱牛腿截面高度h主要根据裂缝控制要求确称为梁牛腿（区别于前面所述的柱牛腿），如图3。定。铁道勘测与设计RAILWYSURVEYANDDESIGN2008(4)105铁道勘测设计≥0.4La(4)12/LL6/LFvk(Fv)Fhk(Fh)as5d13h0hh(5)ah=h0+as(3)c4式中Fhk－作用于牛腿顶部按荷载效应标准组0152合计算的水平拉力值。牛腿承载力计算简图图5柱牛腿的外

8、形及钢筋配置（单位：mm）试验结果表明（图2），在荷载作用下，牛腿中纵1－上柱；2－下柱；3－弯起钢筋；4－水平钢筋向钢筋受拉，在斜裂缝①外侧有一个很宽的压力带。当柱牛腿仅有竖向力Fvk作用（图5，a≤h0）时，在整个压力带内，斜压力分布比较均匀，如桁架中柱牛腿的裂缝控制要求计算公式：的压杆。破坏时混凝土应力可达到抗压强度。由于上述受力特点，计算时可将牛腿简化为一个以纵(1)向钢筋为拉杆和混凝土斜撑为压杆的三角桁架，其计算简图如图6（c），当竖向力和作用在牛腿顶面的(2)水平拉力共同作用时，其计