反思录：塌桥事故，从技术角度看成因......

工程师设计桥梁，是根据规范设计的，其实犯错的机会不多。不过，工程规范都是根据过去的经验编写的，经验是不完整的。尤其是细部结构，有不少实际的情况在现行规范里找不到案例，工程师就必须根据工程力学和材料力学的原理小心设计了。

天津南环临港铁路桥梁垮塌

近日，国家铁路局公布“11·1”天津南环临港铁路桥梁垮塌铁路交通较大事故调查情况。据调查报告，司法机关已对11人采取强制措施，26人被给予党纪政务处分和诫勉谈话，其中时任天津市地方铁路工程公司工程部部长、事故桥梁的施工项目经理闫某现为自由职业者，由其党组织关系所在党组织给予相应党纪处分。 ‘

从新闻中可以整理出几个关键点： （ 1）更换桥枕施工中发生的事故，（2）桥梁长度30米，（3）桥面上有一小型挖机。 从这三个关键信息来分析，发生这么大的事故显得有些难以理解。有专家称， 更换桥梁枕木是在桥面上施工，很难发生桥梁垮塌事故，好比如“摘掉眼镜把鼻梁子弄骨折了”，不合常理。

《铁路桥梁桥面构造》 一书相关信息提到 “明桥面一般不铺道砟，而将轨枕直接铺设在纵梁上”。 从图1的构造图上可以看出，轨枕与桥梁纵梁之间有构造连接。

图1 明桥面构造图示

考虑到本次垮塌桥梁为混凝土板梁，梁体与轨枕之间也应该有构造连接，图2。

图2 铁路桥横断面示意图

从事故现场图片来看，桥梁主梁为分幅式，坍塌形式为两片主梁向两侧侧翻，从外观上来看，梁体混凝土表面光洁，梁体未发生断折，图3，图4。

图3 桥梁主梁向两侧侧翻

图4 梁体表面混凝土光洁

施工机械在桥面上施工，目测该施工机械的块头不大，不太可能把梁体压侧翻。从新闻上得知，桥梁长度30米，从图片上可以看出，30米是总长，单跨跨度不大，从图5来看也就几米长，梁体自重不会很大。铁路桥梁荷载的作用位置是由轨道固定的，正常运营状态下作为分幅桥梁，荷载绝对对称不存在偏载，所以设计上防梁体扭转的构造措施不会很强。

无锡塌桥事故

无锡塌桥事故瞬间刷爆朋友圈和各大微信群，我们对这样消息感觉震惊，在网上搜了一下，发现近十年来国内已经发生过多起因大货车超载而发生的事故，比较典型并且在当时产生重大影响的有以下几起，希望能对广东货车司机和物流公司产生警示作用。

黑龙江 阳明滩大桥坍塌

后专家组经调查取证出具了《哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上行匝道桥箱梁整体倾覆事故专家组意见》，分析认定匝道倾覆是由于车辆超载造成的。导致大桥垮塌的直接原因是4辆货车严重超载。

哥伦比亚Chirajara在建大桥垮塌

哥伦比亚中的一处公路斜拉桥施工现场。当工人们正在如往常一样工作的时候，突然一声巨响，一座主塔突然坍塌，导致导致9人立即死亡，1人在送往医院的途中死亡，另有4人受伤。

美国Modjeski and Masters工程咨询公司鉴定，认为是 因为桥塔的下横梁与塔柱的联结点的破坏引起的。塔柱在这里的斜度改变，产生一个横向分力 。这个横向分力通常是 利用在横梁内的预应力和非预应力钢筋来承担 （图）。显然， 横梁内的钢筋和预应力钢筋不能恰当地承受这个横向分力，引发这座大桥的倒塌 。这个节点出问题，通常有两种可能：设计错误或者施工错误。

哥伦比亚Chirjara斜拉桥的事故虽然发生在施工阶段，但它的受力情况与成桥后是一样的，可以说是成桥设计的错误。

美国FIU人行桥 事故

这桥是 为佛罗里达国际大学（Florida International University，FIU）服务的。查阅FIU网站和当地的施工单位MCM的网站，可知这是一座两跨预应力混凝土斜拉桥，造价1420万美元；桥全长约97m，主跨（也就是垮塌的那部分）长53m，独塔高33m；从照片上看，斜拉桥主梁的断面呈上窄下宽的工字型，微弯的上翼缘（宽9.1m）兼做顶棚，下翼缘（宽12.2m）为桥面板，腹板则由一组倾斜布置的杆件组成。

这桥的设计还是很有特色的，可承受5级飓风，耐久性按百年考虑，也是世界上第一座完全由自洁混凝土建造的桥（混凝土中掺和有二氧化钛，当暴露在阳光下时，其会从空气中捕捉污染物颗粒，并清洁混凝土表面）。实际上，承担设计的FIGG公司实力很强，曾经设计的桥梁包括：七英里桥，I-35W新桥，阳光高架桥，纳奇兹小道预制混凝土拱桥，Leonard P. Zakim Bunker Hill纪念桥等。

据说，这桥采用桥梁快速施工技术（Accelerated Bridge Construction，简称ABC）架设。对主跨，先顺着公路边预制（具体预制信息不详），然后封锁交通，将主跨平转90度，再移运至桥位处落梁，最后移走运架设备，开放交通，前后花费6个小时。就位5天后，不幸发生事故。

中国工程院院士周绪红到现场进行了查看 。 “我在现场看到的情况是，这座塌桥的桥墩是两块连续的，还有一个桥墩没有修。根据现场的资料视频可以进行分析，这座桥跨度为98米，只有一跨。问题就出在其中一段桥墩，如果这个桥墩修好了，这座桥也修好了。垮塌的时候，并没有成桥，还是一个简支状态。整座桥的设计形 态还是比较好的。” 

“这件事情引起了国内外学术界关注，大家都在评论。国内有几种观点，认为原因之一就是在模块车支撑的那个地方有小吊车，吊了一个重物压下来，这是一种观点。我们在现场了解的情况是，没有这种重物，是空吊车。第二个就是一个斜腹杆在简支状态下承受的轴向压力，可能引起下翼缘节点的破坏。另外还有一种观点，是说腹杆弯曲了。我们分析认为，这个杆确实存在问题，但是到底破坏在哪里？是要具体分析的。”周院士说。

意大利Polcevera Viaduct斜拉桥事故

在Polcevera Viaduct桥残存的一跨拉索顶端，曾外包过钢板加固；另一跨的拉索，似乎也正在修复之中。这说明这桥拉索的耐久性较差。一般而言，桥龄越长，耐久性问题越容易诱发安全性问题。据此分析，Polcevera Viaduct桥的垮塌，有可能是拉索断裂导致的。

倒塌的桥梁部分长约80米（262英尺），高出地面50米（164英尺），桥下面有铁路、建筑物和一条河。

地官员称，垮塌的大桥砸向桥下的铁轨，桥上的轿车和卡车也一并坠落，至少有10辆车卷入了事故之中。消防人员、警察、救护人员和民事保护部门官员立即赶到现场紧急处置。目前该事故已经造成了35人死亡。

莫兰迪（Riccardo Morandi）因其擅长使用 预应力混凝土结构 而闻名。他的斜拉桥的特点是支撑很少，每个跨度通常只有两个，并且通常使用预应力混凝土而不是更常见的钢缆构造。

这种设计方法出现最初是为了 解决随着跨度增大， 以及 塔数增加而带来的桥梁刚度不足的问题。

采用人型塔（A型塔）附加V形斜撑式成一个刚度很大的索塔，两边分别悬出臂主梁并用一对斜拉索拉吊起来，形成一个稳定的对称的独立双悬臂大单元，再在相邻两个大单元的悬臂之间加上挂孔就形成了连通主梁和桥面，形成 Morandi 体系。

? 设计结构原因

在莫兰迪大桥（Ponte Morandi）倒塌两年之前，它的跨度设计在 《Bridge Engineering: A Global Perspective》 的一篇文章中被描述为“工程失败”，因为其维护成本不断上升，才能保证其安全。 也推测莫兰蒂在 “变形粘度” 上来讲是计算错了 ，也就是说，随着时间的推移，钢筋混凝土会发生什么改变。

李亚东认为： 从结构上看，莫兰迪设计的斜拉桥造型简洁，但安全冗余度低，所采用的预应力混凝土包裹的拉索构造，也从未被广泛采用。因混凝土容易开裂，里面被包裹的钢丝就难免锈蚀，一旦拉索断裂，就可能会导致致命后果。

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