某桥梁独柱墩持久状况承载能力极限状态检算

文章编号：１６７３－６０５２（２０１８）０９－００１６－０３ ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｊｔ．２０１８．０９．００４某桥梁独柱墩持久状况承载能力极限状态检算
周　谦
（辽宁省交通厅公路管理局　沈阳市　１１０００５）
摘　要：近年来独柱墩桥梁事故频发，引起社会各界的广泛关注，故需对现有独柱墩桥梁的持久状况承载能力极限状态、正常使用极限状态及抗倾覆能力进行检算，并采取适当的处治措施，确保桥梁安全运营。

重点阐述某桥梁独柱墩持久状况承载能力极限状态检算过程。

关键词：独柱墩；承载能力检算系数Ｚ
１
；弹性桩
中图分类号：Ｕ４４１ 文献标识码：Ｂ
目前，在我国公路上还有一定量运营中的独柱墩桥梁，这些桥梁在建造和使用过程中，由于设计、施工及材料本身随时间的劣化、环境侵蚀等一系列因素的作用，不可避免地会产生不同程度的损伤，构件承载能力下降，严重的引起安全事故。

今后能否利用它们，进行构件承载能力检算是一项必要且重要的工作。

１　桥梁概况
某桥建成于２００４年。

桥梁跨径布置为８×１３ ０ｍ，交角为９０°。

桥面净宽为７．５０ｍ，左、右侧各设置０．５０ｍ宽的防撞墙。

上部结构为钢筋混凝土无翼缘简支空心板，每孔８片板，板高５５ｃｍ，中板宽９９ｃｍ，边板顶宽１２４．５ｃｍ、翼缘宽２５ｃｍ；下部结构为独柱式桥墩，双柱式桥台，基础均为桩基础，桥墩桩径１．３ｍ，桩长２０ｍ，嵌入粗粒砂岩，嵌岩深度２．０ｍ；支座采用板式橡胶支座，支座间距６５ｃｍ；沥青混凝土桥面，型钢伸缩缝。

设计荷载：公路－Ⅱ级。

２　独柱墩缺损状况检查评定
根据《公路桥梁技术状况评定标准》（ＪＴＧ／ＴＨ２１－２０１１），组织技术人员对该桥进行了全面详细的外观检查，综合考虑病害检查状况，该桥独柱墩技术状况评定标度为４类。

３　独柱墩材质状况与状态参数检测评定
独柱墩材质状况与状态参数检测评定包括构件几何形态参数、材质强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、电阻率、碳化状况、钢筋保护层厚度、自振频率参数检测评定。

具体结果评定如下：
３．１　几何形态参数检测评定
该桥独柱墩尺寸、配筋进行现场量测，测量结果
与原设计基本一致。

图１　现场照片
３．２　独柱墩材质强度等参数检测评定
该桥独柱墩材质强度等参数检测评定标度如表１：表１　材质状况与状态参数检测评定结果表
项目评定标度
构件材质强度检测１
构件钢筋锈蚀电位检测１
构件氯离子含量检测１
构件电阻率检测１
构件碳化状况检测２
构件钢筋保护层厚度检测３
结构自振频率检测１
４　检算系数确定
综合考虑独柱墩材质状况与状态参数检测评定结果确定检算系数。

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１
—北方交通 ２０１８年　第９期
４．１　承载能力检算系数Ｚ
１
综合考虑桥梁构件表观缺损状况、材质强度和
桥梁结构自振频率确定构件承载能力检算系数评定标度Ｄ，然后根据承载能力检算系数评定标度得出
检算系数Ｚ
１
，具体计算见表２：
表２　承载能力检算系数（Ｚ
１
）计算表
指标名称αｊＤｊαｊＤｊＤ＝∑αｊＤｊＺ１
缺损状况０．４４１．６
材质强度０．３１０．３
自振频率０．３１０．３
２．２１．０８
４．２　承载能力恶化系数ξ
ｅ
承载能力恶化系数考虑了构件缺损状况、混凝土电阻率、氯离子含量、钢筋保护层厚度以及混凝土强度和碳化状况等影响因素，并综合环境条件（本桥取干、湿交替，冻，无侵蚀性介质）加以确定。

具体计算见表３：
表３　承载能力恶化系数（ξ
ｅ
）计算表
指标名称αｊＥｊαｊＥｊＥ＝∑αｊＥｊξｅ
缺损状况０．３２４１．２８
钢筋锈蚀电位０．１１１０．１１
混凝土电阻率０．０５１０．０５
混凝土碳化状况０．２２０．４０
混凝土保护层厚度０．１２３０．３６
氯离子（ｃｌ－）含量０．１５１０．１５
混凝土强度０．０５１０．０５
２．４００．０８
４．３　混凝土截面折减系数ξ
ｃ
综合考虑材料风化、碳化、物理与化学损伤三项检查指标的评定标度，得出截面损伤的综合评定标
度Ｒ，最终确定截面折减系数ξ
ｃ。

具体计算见表４：表４　混凝土截面折减系数（ξｃ）计算结果表
指标名称αｊＲｊαｊＲｊＲ＝∑αｊＲｊξｃ
材料风化０．１１０．１０
混凝土碳化０．３５２０．７０
物理与化学损伤０．５５２１．１０
１．９００．９９
４．４　钢筋截面折减系数ξ
ｓ
根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（ＪＴＧ／ＴＪ２１－２０１１），该桥独柱墩沿钢筋出现裂缝，
钢筋截面折减系数ξ
ｓ
为０．９８。

４．５　活载影响修正系数ξ
ｑ
根据该桥每日交通量作为典型代表交通量，计
算活载影响系数ξ
ｑ
：按《公路桥梁承载能力检测评定规程》（ＪＴＧ／ＴＪ２１－２０１１）查表确定交通量影响
系数ξ
ｑ１＝１．００，大吨位车辆混入影响修正系数ξ
ｑ２
＝１．００，轴荷分布影响修正系数ξ
ｑ３＝１．００，通过计
算可以得出ξ
ｑ
＝１．００。

５　持久状况承载能力极限状态检算
该桥独柱墩检算采用以下２种工况。

工况１：设计荷载公路－Ⅱ级（交通部《公路工
程技术标准》（ＪＴＧＢ０１－２００３）），安全等级为二级。

工况２：设计荷载公路－Ⅰ级（交通部《公路工
程技术标准》（ＪＴＧＢ０１－２０１４）），安全等级为一级。

检算参数（材料性能、永久作用设计荷载取值、
可变作用设计荷载取值）按相应规范取值。

计算程序采用Ｍｉｄａｓｃｉｖｉｌ空间有限元软件进行结
构分析，
构件承载能力设计值按原桥设计图纸计算。

图２　计算模型
按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》
（ＪＴＧ／ＴＪ２１－２０１１），计算构件持久状况承载能力极
限状态的抗力效应时，根据桥梁试验检测结构，采用
引入承载能力检算系数Ｚ
１
、承载能力恶化系数ξ
ｅ
、
混凝土截面折减系数ξ
ｃ
、钢筋截面折减系数ξ
ｓ
的方
法进行修正计算。

５．１　桥墩盖梁正截面检算
表５　持久状况正截面承载能力极限状态检算
检算
位置
工况
荷载组合
（ｋＮ·ｍ）
抗力
（ｋＮ·ｍ）
效应差系数
Δ（％）
是否
满足
悬臂根部
工况１－３０８３－２９１４－５．８否
工况２－４１２５－２９１４－４１．６否
５．２　桥墩盖梁斜截面检算
表６　持久状况斜截面承载能力极限状态检算
检算
位置
工况
荷载组合
（ｋＮ）
抗力
（ｋＮ）
效应差系数
Δ（％）
是否
满足
悬臂根部断面
工况１１６９１１７７９５．０是
工况２２３０９１７７９－２９．８否
斜筋变化处
工况１９３１９３５０．４是
工况２１２１６９３５－３０．０否
５．３　桥墩柱强度检算
桥墩柱强度检算数据见表７、表８。

５．４　桥墩桩强度检算
基桩检算按“ｍ”法计算基桩内力，根据地基土
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２０１８年　第９期 周　谦：某桥梁独柱墩持久状况承载能力极限状态检算
表７　桥墩柱荷载效应表
检算位置工况最大弯矩组合值
（ｋＮ·ｍ）
最大弯矩对应轴力
组合值（ｋＮ）
柱顶截面检算工况１１２７４３５２０工况２２１０１４２２８柱底截面检算
工况１１３３９３６４９工况２
２２０９
４３６９
表８　桥墩柱持久状况受压承载能力极限状态检算
检算
位置
工况
最大弯矩对应轴力（ｋＮ）最大弯矩组合设计值（ｋＮ·ｍ）抗压承载能力（ｋＮ）抗弯承载能力（ｋＮ·ｍ）效应差
系数
Δ（％）是否
满足
柱顶截面工况１
３５２０１２７４５８６５２７１７４０．０是工况２４４２８２１０１４０１２２４７９－５．４是柱底断面工况１３６４９１３３９５５９７２７０８３４．８
是
工况２
４３６９
２２０９
３９５４
２４６１
－１０．５否
注：桥墩柱检算结果仅给出最不利组合
质、地基土比例系数ｍ、桩径、桩长、计算可得桩的换算深度Ｈ＝αｈ＝４．３ｍ＞２．５ｍ，按弹性桩计算。

通过检算基桩最大弯矩位置为地面以下深度为１．４８ｍ处。

具体计算结果见表９：
表９　基桩持久状况承载能力极限状态检算
检算位置
工况
最大弯矩对应轴力（ｋＮ）最大弯矩组合设计值（ｋＮ·ｍ）抗压承
载能力（ｋＮ）抗弯承
载能力（ｋＮ·ｍ）效应差
系数
Δ（％）是否
满足基桩最大弯矩处工况１
３６０８１４２３８０５４３９４８５５．２是工况２
４６４８
２３１１
６１２８
３６７３
２４．１
是
注：桥墩柱检算结果仅给出最不利组合
５．５　桥墩桩单桩轴向受压承载力检算
单桩轴向受压承载力检算数据见表１０。

５．６　桥墩检算结论
桥墩检算结论见表１１。

表１０　单桩轴向受压承载力检算
检算
位置工况荷载组合（ｋＮ）单桩受压承载力（ｋＮ）效应差系数Δ（％）是否
满足
桥墩桩基
工况１４０６１５４４０２５．３是工况２
５０４８
５４４０
７．２
是
表１１　检算结论表
检算项目工况１
工况２
效应差系数Δ（％）是否满足效应差系
数Δ（％）是否满足盖梁正截面检算
－５．８否
－４１．６否盖梁斜截面检算０．４是－３０．０否柱顶截面检算４０．０是－５．４否柱底截面检算３４．８是－１０．５否桩身强度检算５５．２是２４．１是单桩轴向受压承载力
２５．３
是
７．２
是
注：表中效应差系数Δ“＋”表示截面抗力大于荷载组合效应；“－”表示截面抗力小于荷载组合效应
６　结语
综上所述：该桥梁独柱墩盖梁正截面抗弯承载能力不满足公路－Ｉ
Ｉ级要求外，其余构件承载能力均满足公路－ＩＩ级要求；独柱墩盖梁正截面、斜截面、柱身承载能力不满足现行荷载标准公路－Ｉ级要求，桩身承载能力、单桩轴向受压承载力满足公路－
Ｉ级要求。

参考文献
［１］　中华人民共和国交通部．ＪＴＧＢ０１－２００３公路工程技术标准
［
Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００３．［２］　中华人民共和国交通部．ＪＴＧＤ６０－２００４公路桥涵设计通用
规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４．
［３］　中华人民共和国交通部．ＪＴＧＤ６２－２００４公路钢筋混凝土及预
应力混凝土桥涵设计规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４．
ＣｈｅｃｋａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｉｍａｔｅＬｉｍｉｔＳｔａｔｅｏｆＰｅｒｓｉｓｔｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎ
ｏｆＳｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎＰｉｅｒｏｆａＢｒｉｄｇｅ
ＺＨＯＵＱｉａｎ
（ＨｉｇｈｗａｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎｐｉｅｒｈａｖｅｔａｋｅｎｐｌａｃｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｗｈｉｃｈｂｒｏｕｇｈｔｗｉｄｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｆａｌｌｓｅｃｔｏｒｓｏｆｓｏｃｉｅｔｙ．Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｃｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｉｍｉｔｓｔａｔｅｏｆｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｕｌｔｉｍａｔｅｓｔａｔｅｏｆｎｏｒｍａｌｕｓｅａｎｄａｎｔｉｄｕｍｐｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎｐｉｅｒ．Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅｃｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｌｉｍｉｔｓｔａｔｅｏｆｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎｐｉｅｒｏｆａｂｒｉｄｇｅｉｓｅｌａｂｏｒａｔｅｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎ；ＣｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙＺ１；Ｅｌａｓｔｉｃｐｉｌｅ
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