从哈市匝道桥事故谈风口浪尖的独柱墩桥

随着2012年哈尔滨匝道桥事故到最近粤赣高速匝道桥事故的发生，一时间独柱墩被推上了风口浪尖。认为独柱墩影响梁体的稳定，而且要解决这稳定问题就得提高设计的荷载标准，似乎是，如果不选用独柱墩似乎这座桥就会“平安无事”了。

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从技术角度上来说果真的如此吗？？？

自从新闻界公开报道了这两次事故之后，事故的原因就成为人们热议的话题。撇开交通管理这一块，也不涉及心理心态方面问题，仅就工程设计方面的原因就有多种观点，如结构选型不当、使用了单立柱（即独柱墩）、端支座间距过小、没使用拉力支座等等。我们不能要求一个新闻节目像技术总结那样全面概括和深入。但是由于媒体的地位和节目的影响，这次节目可能对人们的认识有所诱导，认为设计不当的主要问题就是使用了独柱墩，这或可能导致某些业内人不能正确汲取应有的经验教训；在他以后的设计中同样使用了哈尔滨匝道桥中的钢混叠合梁，虽没有使用独柱墩，每个支点都是双支座，可是机遇的巧合还是发生了事故。如果是这样的话，这代价就太大了，难道我们还要再花几百万元、还要付出人命的代价来重新总结吗！？想到这里，引起了我的写作冲动，虽然还是有点晚，但人们还没有淡忘。

我所要说的有些是得益于网友，有的则是受到事实的启发，如有不当之处，请指正。

独柱墩（或单立柱）就字面意义上来说，它是一个清晰的概念。但是由于独柱墩上以往经常只设一个支座，因此人们就把独柱墩与单支座的概念，在一定范围内等同起来。实际上独柱墩上也可以设置两个支座。在墩顶增设盖梁的，两支座的距离可以大一些，否则就会受限于墩顶的横向宽度，两支座的距离就不可能拉开了。本文讨论的重点是单支座，这是事故桥所使用的。因此后文表述均用单支座来代表独柱墩上的单支座，论文标题用独柱墩只是为有针对性罢了。

钢混叠合的连续梁与其它梁板式结构一样，广泛使用橡胶支座。如果中间支墩使用了单支座，中间支点处梁就容易发生侧滑变形，严重的甚至会使梁下滑落地。单支座有这样的缺点，但并不一定每一座单支座连续梁桥的垮塌都是由它引起，单支座也不是绝对不能使用的。哈市匝道桥在超载作用下、侧翻下滑就不是单支座原因引起。

我们不能以超载来掩盖设计方面的某些不足，同样也不能因用了单支座而忽视设计在其它方面的缺陷。该事故匝道桥设计方面的主要不足之处，到底在哪里，要具体分析，不能只拿单支座来说事。

超载是引起事故的直接原因，这是为大家所公认的。匝道桥事故专家组在其叙述垮桥的原因与过程中，在字里行间里也表明了事故桥的梁板滑落是由于后方端支点的内侧支座托空翘起之后才产生滑动的。专家组分析认为：当车货总重149.68吨的4号车也进入桥板，此时四辆货车恰巧行驶在同一块桥板右侧，总重量为485.185吨，超过设计值287.885吨，也就是2.45倍。此时，桥板整体因为偏载压力过大，发生侧倾，内侧支座脱空翘起，受力结构失去平衡，后部首先发生位移，盖梁上的防滑挡墙，在桥板冲击下断裂。前部也随之位移，防滑挡墙同样受冲击断裂，整体桥板滑落，坠地后向内侧倾倒。

这“内侧支座脱空翘起”“后部首先发生位移”，说的就是后端支点先发生翘起和位移。端支点都是双支座，专家组没有说这落梁事故是由中间支座处梁体横移所策动的。

至于为甚么落梁从端支座开始呢？除去专家组所指出的因素以外，我们看一看图片中这几辆事故车的轮迹就知道原因了；其原因是汽车活载的重心落在了外侧支座的外侧。我把截图做了些标注，可能看得更清楚一些。从事故桥的后端路面货车的石灰轮迹来看，最远的轮迹边缘离开支座中心的距离，其特点是：支座内侧的小，而外侧的大。而且这个特点在稍远的前方更鲜明。汽车活载的重心可以认为是在两轮的中间点上，轮迹距支座的距离是外大内小，就表明汽车活载的重心没有落在端支点的两支座之间，而是偏外了。活载乘以外侧偏移距离的积就是侧翻力矩。当活载大到一定程度，这侧翻力矩超过了平衡力矩之后，就会使内侧支座脱开，外侧支座“张嘴”，支座的上部已扣不住下部，梁体发生转动。整个端支座的抗滑动能力除外侧支座的摩擦力以外，已经全部丧失。此时的梁体就受侧翻力矩摆布了。

不论荷载作用于靠近端支点的边跨，还是作用在中间跨，不论中间支墩用的是单支座还是双支座，结果都是一样的；因为梁体的翘起旋转，都是以外侧支座的纵向连线为旋转轴的。至于在端支点内侧支座脱空之前，中间支墩上是否出现梁体位移，这时已都不是重要的了。因为那时中间支点处，即使有位移，这位移也是弹性位移，是由梁体变形引起，而不是梁整体侧向移动所形成的。由于梁体总有一定的横向刚度和抗扭刚度，它的横向位移量是很小的。其影响只是使侧翻力矩有些微的增量而已。专家组也没有谈及事故桥的梁体滑落是由中间单支座处产生侧移而引起的。

综合专家组的讲述和视频截图所揭示的实际情况，可以认为该匝道桥的滑落是由于特大超载的合力中心作用于端支点支座范围以外所引起的；而不是由于单支座处梁体的滑移而策动的，单支座不是祸首。

如果活载重心落在支座中心线以内，或者重心稍偏外而靠自重能平衡时，不论中间是否是单立柱单支点，均不会导致梁体翻滑。如果中间支点是双支座，甚至与端支点的布置完全一样，但所有支点的双支座间距过窄，也同样会引起事故；如果说有甚么不同的话，那就是后者事故的过程可能稍稍慢一点而已。

成汽车活载合力重心偏离外侧支座的原因又是甚么呢？从图片上来看，汽车还是基本在外侧车道中心行驶的，他并没有偏离车道，也并没有紧靠车道边缘行驶。造成活载重心偏离支座的原因不在汽车方面。

从结果反推，可以得知设计是按照下列的思路构想的。设计者心目中的路面的划分是这样的：中间两车道各为3.3米，车道两侧各留1.2米宽的人行道，每侧4.5米，两侧共9米。设计者的意图是把桥梁支座放在两条车道的中心。这样端支点的间距也是3.3米了。

如按照设计者的这个构想，如果汽车沿车道中心行驶，不仅梁体受力均匀，也就不会产生甚么倾覆力矩了。汽车即便偏离车道稍靠外行驶，其所产生的侧翻力矩不是还有梁体自重来平衡吗！设计者虽然考虑了汽车进入人行道的可能，但只是考虑到汽车进入人行道这是个别车辆偶然发生的事，不是桥上所有汽车的都同时上了人行道。因此在支座位置上没有为此做出调整加宽，仍用3.3米。设计者把设计荷载的位置考虑得太理想化了，好像火车在固定轨距的钢轨上行使一样，火车出轨、掉道是极个别的状况。他也没有考虑到结构强度的设计荷载及其位置，与考虑梁体的总体稳定的，往往并不都是同一个荷载或在同一个位置。这是设计考虑欠周到之处。

从梁体下滑的过程来看，是由于转动下滑的梁体砸坏了盖梁之后才滑下来的，原来的防止横移的构造也没起到作用。如果我们将防止横移的构造措施，稍作改进，盖梁将不会被破坏，情况将好的多。改进的防滑构造如上图示。可以设想，梁刚一翘起，钢梁的底部转角点A就会接触了防滑挡墙的凹角顶面，使防滑挡墙乃至盖梁免受冲击，防滑挡墙及盖梁有一定强度的话，将不会被破坏。在接触到防滑挡墙之后，梁的转动中心就转到了这A点上来了，按事故当时的活荷载位置，其中心还在梁底板的范围内，这时活载对A点的力矩，就成为稳定力矩了。这反向的稳定力距使梁体在支座与防滑挡墙之间找到平衡点，梁体再次处于稳定状态。梁体虽稍歪了一点，但汽车还是平安无事的。但如果活荷载的中心再靠外，活载重心落在A点外侧，则有可能使梁体继续转动，出现与目前事故相似的后果。这就是说，改进的防滑措施，能解决像事故桥那样的荷载偏载，却解决不了所有的偏载稳定问题。根本的办法还是要拉开端支点两支座的距离。