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大桥垮塌:原因究竟在哪?
2019-10-14 20:29:43  出处:蝌蚪五线谱  作者:朱磊 编辑:万南   点击可以复制本篇文章的标题和链接

10月10日晚间,江苏省无锡市发生高架桥侧翻,酿成3死2伤的惨剧。消息一出,网络上一片哗然。尽管已经初步认定大桥侧翻系运输车辆严重超载所致,但不少网友并不买账,仍纷纷将攻击的矛头指向了桥梁的设计和施工。不过且慢,近年来大桥垮塌事件在国内外屡有发生,难道都是“豆腐渣工程”的锅吗?大桥设计承重过低?超载太猖狂?究竟还有什么原因导致了这一惨剧?

桥梁承载能力如何确定?

桥梁在设计时通常遵循“安全、环保、经济、适用、美观及便于施工养护”的原则,毫无疑问,安全性当属设计的第一原则。桥梁在设计时往往会留有很大的承载冗余,也就是说,实际承载能力必定要大于等于设计荷重组合。在按照设计完成施工后,还需用装满重物的车辆开到桥上进行荷载试验,通过不断加载来检验桥梁的承载能力,一切达标后方可准许车辆通行。

然而日积月累,桥梁在服役过程中难免会发生钢筋锈蚀、材料风化、混凝土剥落和碳化等情况,从而使桥梁构件的实际承载能力逐渐降低。因此,在设计时便需引入截面折减系数、钢筋截面折减系数及承载能力恶化系数等对桥梁的抗力进行修正,以确保桥梁在使用多年后仍具有较大的承载冗余。

我国作为当今世界头号“基建狂魔”,拥有众多举世闻名的桥梁,在桥梁设计和建造技术领域处于全球领先地位。目前,我国现行桥梁规范中给出的安全系数高于美、欧,同类典型工程的安全储备、材料用量等指标也高于美国。因此,只要严格根据标准制定设计,严格按照设计进行施工,严格遵守规章行驶车辆,就足以保证桥梁的安全性。

超载的危害有多大?

不过遗憾的是,我国在交通规划方面仍与西方国家存在一定差距,在交通信号灯与指示牌设置方面仍有许多待完善之处,超载大货车因而得以频频过桥。

小伙伴们一定都知道,普通物理学中常用“压强”的概念表示物体在单位面积上所受的压力。与之类似,力学中常用“应力”表示在外力作用下物体内单位面积上的内力。一旦超载车辆上了桥,便相当于对桥施加了一个巨大的扭矩(一种使物体发生转动的特殊力矩),使桥梁路面与支座连接处的局部应力骤然增大。    不幸的是,不论桥梁构件材料多坚固,都存在承载上限。当应力达到一定数值时(这一应力值在力学中被称为强度极限),材料就会发生破坏失效。据推算,车辆超载50%,便会导致路桥正常使用寿命缩短近80%。

大桥垮塌:原因究竟在哪?
超载车辆使桥梁倾覆的力学原理示意(作者绘制)

以此次无锡高架桥侧翻事故为例,从网上现有视频中可以看出,事故中的桥梁疑似为独柱墩。所谓独柱墩,是指桥梁中间只采用一个支承柱,与此对应的,我们还常可见到双柱墩,即采用两个支承柱对桥面进行支撑。无需赘言,双柱墩比独柱墩更加牢固可靠,毕竟两条腿走路总比一条腿稳当嘛,不过考虑到节省建造成本以及改善桥下视野,独柱墩在立交匝道中被广泛采用。

事故高架桥的独柱墩限重约为60吨,当普通车辆行驶在桥梁中间(即独柱墩的正上方)时,其安全性是相当高的,但当车辆行驶在道路一侧时,就如同我们坐跷跷板一样,使桥面产生一种沿独柱墩扭转的趋势。由于小车重量小,对桥梁的扭转作用微乎其微,因此也十分安全。然而,据推测,事故中拉着钢材的超载货车总重量高达惊人的180余吨。这无疑给桥梁带来无法承受的扭转作用,倾覆的灾难便不可避免的发生了。

珍爱生命,远离大货车!

随着我国经济的迅速发展,交通运输变得日益繁忙,货车超载的现象并不鲜见。货车超载,一方面是由于桥梁修建较早,不符合现行承载力和通行标准的要求,但更常见的原因则源于车辆为降低运输成本而超载。

作为普通民众,我们在谨遵交规的同时,切记防大货车之心不可无。对于6排轮子、装满沙石或钢铁的大货车来说,超载百吨是常态,甚至200吨也不在话下,压垮一座桥绝非难事。如果在路上遇到这种巨无霸,不要犹豫,请尽快远离!

大桥垮塌:原因究竟在哪?

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