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压塌“百年设计”的是“重量”还是“质量”?

时间:2015-6-20 13:54:35 点击:

  据新华社电 城南匝道引桥,是粤赣高速上一个按设计使用年限100年标准建造的出口,目前通车时间不到10年。但就这样一个以“高标准设计”的匝道引桥,竟然在4辆货车面前轰然塌下,这到底是“重量”还是“质量”惹的祸?

  在“城南匝道引桥”垮塌现场,广东高速公路有限公司总工程师敖道朝初步勘察后介绍,这个匝道桥设计使用年限为100年。他认为,该桥垮塌事件是几辆大货车同时严重超载,超过了设计上限所引起。

  但一些常年行驶在粤赣高速的司机认为,该匝道桥的质量“有问题”。这些司机说,在运输繁忙的粤赣高速广东境内,出口匝道引桥上,大货车紧密排列是常态。货车要出匝道自然要慢行。“你总不能在设计上规定,要求几辆货车不能在同一时间待在匝道上吧。这样一个高标准建设的匝道桥就因为几辆超载货车就塌了,也太不正常了。”

  此次事件发生后,不少现场群众质疑,桥梁的结构设计和建设质量存在严重缺陷。例如匝道桥的两个桥墩均建在沼泽地基上,是否牢固?长达100多米的桥,只设计了两个桥墩是否合理?

  专家说

  “说垮塌比较合适,不是断裂”

  “说垮塌比较合适,不是断裂”。华南理工大学土木与交通学院桥梁教授单成林说,从网上的图片看,桥梁是整体坠落,该跨桥梁平面上有一些弯曲,属半径比较大的弯桥。他说,从发来的照片和资料看,桥梁是从桥墩的连接部位落下的,并非从中间断裂。

  桥的“梁”被挪下来

  单成林称,桥梁事故一般是它的“梁”挪下来了,断裂现象比较少。分为混凝土断裂和钢筋断裂两大类。“一般是混凝土断裂,如果钢筋都断了,就比较严重。”高速公路桥梁按照公路一级标准建设,通俗来说,即用等待货载量来代替实际载重量的一种设计方法。在设计中,桥梁的实际承受能力要大于等于设计荷重组合。“打比方,能挑100斤,设计要大于等于100斤,比如设计为120斤,但如果你挑150斤,可能会承受不了。”当然,这是从理论上来讲。“如果桥梁本身有病,可能连挑80斤都困难。”

  集中行车危险性大

  一个桥梁具体能荷重多少斤?单成林说,其设计标准是2004年前的规范,即汽车超20级,挂车120级。汽车超20级是指多辆车通过时,最重的汽车荷载55吨,允许其他次重的汽车作为车队通过。但如果是挂车120级,则最多荷载120吨,且全桥只能允许一辆挂车通过。单成林强调,4辆货车的行驶间距情况也需格外注意。“如果是集中在一起,比分散行驶,危险性要大很多。”

  一座健康的桥梁寿命几何?理论上,100年!“这个是世界难题,像给人算命,不好说。”单成林说,如果设计规范,质量很好,且没有超过设计荷载,按正常交通量,使用时间是100年的寿命。他说,如果桥梁本身存在质量问题,或者超过设计货载,则得视损伤程度看。

  单成林说,一座桥梁要通过,首先设计上要满足规定要求,施工是否符合要求,则主要通过竣工验收来确定。“包括外观,荷载实验等。”荷载实验时,会用装满重物的货车开在上面,同时进行加载,直到等于它的设计荷载重量,实验通过则通过验收。“这需要所有的检测,实验数据都是真实,准确,不能有虚假,才属合格。”单成林说,通常而言,验收单位由该行业交通厅下属的质量监督站负责。

  专家解析塌桥过程

  同济大学桥梁工程系专家分析,曲线桥独柱墩设计存在小概率隐患,国内车况复杂或增大事故概率

  6月19日凌晨,粤赣高速河源市境内匝道桥梁发生断裂并垮塌,4辆重载货车掉落。发生垮塌的桥面长约73米,含2个桥墩,桥墩间距约24米,垮塌桥面与地面的最大高度约11米。

  同济大学桥梁工程系一位不愿透露姓名的教授告诉南都记者,此次高速公路桥梁倒塌原因,和2011年2月21日凌晨浙江上虞春晖立交桥坍塌类似。对于上虞塌桥事件,该教授曾在课题研究中做过研究,并形成了完整的课题报告。

  独柱墩难以约束扭矩

  对于此次事件的具体原因,该教授向南都记者做了详细分析。他说,对于连续的曲线桥,即呈一种曲线形状的多跨梁桥,从理论上讲所有桥墩都可以采用独柱墩,一般在两端的桥台,设置能抵抗车辆沿桥梁一侧行走产生偏载的抗扭支座,一般是两个支座,中间支承柱可以采用独柱桥墩。

  粤赣高速这座桥和上虞春晖立交桥,中间都是采用的独柱墩。“连续曲线桥中间采用独柱墩,不但可以节省工程造价,还可以改善桥下视野,因此在立交的匝道中被广泛采用。”他介绍说,分析表明,主梁不会有因为设计独柱墩而被压断的可能性,这也就是这座桥及上虞桥主梁从桥墩上掉下来也没有断的原因。

  该教授继续解释说,桥梁在弯曲不厉害也就是比较直时,中间采用独柱墩与采用双柱墩,汽车全走在一边时是有明显区别的。“弯得不厉害时,偏载的扭转累积作用更大,如果中间都设独柱墩,汽车偏载所产生的扭转作用大部分传递到两端桥台,所有中间孔的扭矩最终累积到梁端的双支座上。较大的扭矩将使某一侧的端支座产生上拔力,如没有特殊措施,将使支座脱空。”

  因此,在他看来,在曲率半径较大时不宜设计中间独柱墩的多跨连续梁,尤其是在较宽的直桥上不应设置多跨中间独柱墩。这就是为什么70多米的桥,虽然中间有两个桥墩,好像很稳固,但是中间是独柱墩,其实很容易侧翻。

  该教授进一步分析说,近年来采用独柱墩的曲线桥时常发生侧倾事故,其主要原因就是由于中间的独柱不能约束扭矩,扭矩全部转移到梁端致使一端支座脱空。“按照小位移假定,只要整个梁的重心没有跑出任意两个外围桥墩间的连线,桥墩脱空并不会造成梁的侧倾。但是,在偏心荷载作用下,主梁发生扭转,当转角大到一定程度时,支反力的下滑分力将超过支座侧向的约束能力,此时主梁就会下滑,同时水平分力还会将墩柱侧向推倒,因此独柱桥梁的桥墩需要专门进行侧向抗推验算。”

  粤赣高速这座桥与上虞春晖立交桥倒塌非常相似,这座桥也是中间的独柱桥墩由于主梁很大的扭转角而从侧向被推倒了,所以梁就塌下来了。

  公布真相推进设计优化

  该教授对南都记者说,对于独柱墩的优化设计是普遍认识不足的问题,大部分工程师还认识不到桥墩最后会被从一侧推倒。

  在他看来,近年来这种事故多次发生,已经让大家逐步认识到了这方面的问题,但是由于事故真实原因很难完整公布,所以并不是所有人都知道。

  该教授继续解释说,有些车辆超载,再不按照规则行驶,许多大车或者超重车行驶在道路的一侧,这种在原有的道路桥梁设计理论上是小概率事件,但在交通比较混乱的中国,概率就大大提升。

  “许多大车行走在道路一侧,中间的独柱墩不能承担过量的偏载,这就是普通人不理解为什么这么小跨度的桥会倒的原因。”该教授说,所以并不一定是“豆腐渣”工程,而是工程设计界的认知问题。

  至于解决办法,最简单的就是中间不要设计独柱墩,但这就会很大程度地提升工程造价,估计将来中国会走这条路。“对于设计者来说没有一个人愿意自己的桥倒,独柱墩的设计是个技术难题,需要很多特殊考虑,如果不从体制上改变,单纯靠提升技术很难从根本上解决问题。”该教授说。

  该教授认为,正确的解决办法应该是,向社会公众全面公布充分调查后的真实原因,接受社会的检验,促使行业主管部门根据事故原因制定更加合理的设计规范,这样,就能让所有的工程师在以后的工程设计中更加科学设计,也让不按规则开车的人懂得如何避免发生这样的事故。

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