2020一級(jí)建筑師預(yù)測(cè)熱門(mén)考點(diǎn)——無(wú)錫高架橋側(cè)翻事故

有三臺(tái)車(chē)子，眼睜睜看著被壓在了高架橋下面，我們?yōu)樯拇嗳醺械綗o(wú)比惋惜。

有的人在等紅燈的時(shí)候躲過(guò)一劫，有的人在大橋底下逃生后嚇得崩潰大哭…… 明天和意外不知道哪個(gè)會(huì)先來(lái)臨，世事總是如此的無(wú)常和無(wú)情。

事故共造成3人死亡，2人受傷。據(jù)悉，事發(fā)時(shí)側(cè)翻橋面上共有5輛車(chē)，其中3輛小車(chē)、2輛卡車(chē)。

11日凌晨5時(shí)，無(wú)錫市事故救援指揮部發(fā)布事故通報(bào)。

事故初步原因：超載

交通運(yùn)輸部與江蘇省交通運(yùn)輸廳視頻連線了解，事故發(fā)生時(shí)，一嚴(yán)重超載貨車(chē)在橋上行駛，車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)候由于超載產(chǎn)生共振，可能為橋梁垮塌的直接原因。

也有部分網(wǎng)友提供消息說(shuō)，本次事故橋梁為單柱支撐，這也是事故發(fā)生的另外一方面原因。據(jù)《財(cái)新網(wǎng)》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)橋梁老師采訪，事故或并非單一車(chē)輛超載所致。事發(fā)當(dāng)時(shí)有多輛超載大貨車(chē)，導(dǎo)致該路段橋面立柱的蓋梁被破壞，橋面發(fā)生側(cè)翻傾覆。

而據(jù)事故救援指揮部發(fā)布的最新信息，交通運(yùn)輸部老師組已趕赴現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)事故調(diào)查，無(wú)錫市也已成立事故調(diào)查組。經(jīng)初步分析，上跨橋側(cè)翻系運(yùn)輸車(chē)輛超載所致。

有網(wǎng)友說(shuō)該貨車(chē)應(yīng)載65噸實(shí)載187噸，但該說(shuō)法目前未得到官方確認(rèn)。

事故發(fā)生后，跨橋的設(shè)計(jì)、施工問(wèn)題，引發(fā)網(wǎng)友的質(zhì)疑。

兩家公司作出回應(yīng)

11日，蘇交科(300284.SZ)、中設(shè)集團(tuán)(603018.SH)分別發(fā)布澄清公告，10日發(fā)生的無(wú)錫高架橋側(cè)翻事故中事故橋梁的設(shè)計(jì)與兩家公司無(wú)關(guān)。

10月12日， 江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司(中設(shè)股份，002883)在回答投資者“無(wú)錫側(cè)翻高架橋的設(shè)計(jì)單位是你們嗎?蘇交科和中設(shè)設(shè)計(jì)都發(fā)了澄清公告，你們?cè)趺催€沒(méi)發(fā)呢?”的提問(wèn)時(shí)表示，312國(guó)道錫港路上跨橋傾覆的事情發(fā)生以來(lái)，作為設(shè)計(jì)單位，我們第一時(shí)間趕往事發(fā)地點(diǎn)，一方面關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)遇難人員的援救情況，一方面迅速進(jìn)行橋梁復(fù)算。經(jīng)過(guò)多人多軟件連夜認(rèn)真復(fù)算，確認(rèn)設(shè)計(jì)符合各項(xiàng)規(guī)范要求。中設(shè)股份稱，10月11日上午，無(wú)錫市事故救援指揮部發(fā)布了事故責(zé)任的初步認(rèn)定，為“經(jīng)初步分析，上跨橋側(cè)翻系運(yùn)輸車(chē)輛超載所致”。

事發(fā)高架橋?qū)儆趩沃綐蚨樟菏綐?，?dú)立墩柱橋因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積少，視野開(kāi)闊等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于城市立交系統(tǒng)，但橋面在偏載和超載的情況下易發(fā)生傾覆現(xiàn)象。

橋梁設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)考慮傾覆的情況，一般會(huì)有個(gè)傾覆軸，即圖中的L1，當(dāng)行駛的車(chē)輛超過(guò)這傾覆軸，既可以理解為偏行，雖然L1越大，橋面的傾覆力越大，但一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但如果車(chē)輛超載較多，而且是偏行，即P*L2會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橋梁的抗傾覆力，此時(shí)橋梁就會(huì)發(fā)生傾覆。

橋梁老師分析

根據(jù)網(wǎng)上公開(kāi)資料和相關(guān)新聞報(bào)道，對(duì)事故進(jìn)行初步判斷，可認(rèn)為橋梁垮塌最直接原因，是貨車(chē)的超載和偏載行駛。他說(shuō)，在貨車(chē)超載、偏載作用下，橋梁受力失衡，從而造成側(cè)翻。

根據(jù)事故照片和視頻呈現(xiàn)的破壞形態(tài)，可推斷箱梁為三跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，為直線橋，箱梁兩端設(shè)置有雙支座，中間兩個(gè)橋墩的墩頂僅在箱梁中心線上設(shè)置了一個(gè)單支座，屬于獨(dú)柱墩橋梁范疇。

老師表示，由于獨(dú)柱墩在橫橋向采用單支點(diǎn)支撐，在汽車(chē)偏載作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆穩(wěn)定非常不利。

據(jù)另一位不愿具名的資深建筑科學(xué)工程師也介紹，這種設(shè)計(jì)本身是可行的，單橋墩可節(jié)省橋下空間。不超載的情況下這種橋是安全的，只是由于車(chē)輛都是靠右行，當(dāng)雙向車(chē)流量不均衡時(shí)，偏心荷載會(huì)產(chǎn)生傾覆力矩，在橋梁超載時(shí)可能導(dǎo)致橋梁側(cè)翻。如果單次超載嚴(yán)重，比如達(dá)到數(shù)百噸且車(chē)輛行駛靠外側(cè)，在杠桿效應(yīng)下，有可能超過(guò)橋梁自身抗傾覆的能力，就會(huì)導(dǎo)致側(cè)翻。

其實(shí)近年國(guó)內(nèi)發(fā)生過(guò)獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故：

事故的最終原因大多歸結(jié)于車(chē)輛超載、超限所致，此類(lèi)事故的接連發(fā)生也引起橋梁專(zhuān)業(yè)人士的討論和深思。發(fā)生上述事故的橋梁大多有以下共同點(diǎn)：

(1)整體式箱形梁橋;

(2)直線橋或平曲線半徑較大;

(3)重載車(chē)靠行進(jìn)方向右側(cè)邊緣行駛或停留;(4)倒塌橋梁大多是長(zhǎng)橋，采用了獨(dú)柱墩單支點(diǎn)設(shè)計(jì)，端橫梁處雙支座間距較小;

(5)破壞形式表現(xiàn)為整體傾斜倒塌。

目前國(guó)內(nèi)研究和事故分析中將此類(lèi)問(wèn)題歸結(jié)為抗傾覆穩(wěn)定問(wèn)題，將破壞形式簡(jiǎn)單地描述為繞傾覆軸旋轉(zhuǎn)倒塌,而沒(méi)有對(duì)彈性體問(wèn)題簡(jiǎn)化為剛體處理方法的適用范圍，以及破壞過(guò)程中橡膠支座的受力狀態(tài)、支座與箱梁間的相互作用進(jìn)行深入研究。

現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)于該問(wèn)題的要求處于空白。鐵路橋梁規(guī)范中要求結(jié)構(gòu)的側(cè)向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.3。由于鐵路橋梁與公路橋梁(或城市橋梁)在車(chē)道數(shù)、行車(chē)軌跡、結(jié)構(gòu)抗扭剛度、結(jié)構(gòu)自重等方面存在諸多差異，因此采用鐵路規(guī)范中的條文和系數(shù)，在公路橋梁(或城市橋梁)設(shè)計(jì)中能否適用值得探討。

國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中往往重視結(jié)構(gòu)縱向的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而忽視偏載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)向抗傾覆穩(wěn)定問(wèn)題。從最近的幾次事故中也可以看出。橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全系數(shù)明顯高于側(cè)向傾覆穩(wěn)定的安全系數(shù)此外采用相同的設(shè)計(jì)活載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算，能否保證結(jié)構(gòu)安全，同樣值得探討。

國(guó)內(nèi)外相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范

國(guó)內(nèi)外的橋梁規(guī)范中，就偏載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)向傾覆失穩(wěn)問(wèn)題均沒(méi)有明確的定義和要求，雖然與此類(lèi)問(wèn)題相關(guān)的要求均有表述，但不盡相同，如下表所示。

從上表可知，中國(guó)公路橋梁規(guī)范和鐵路橋梁規(guī)范均引入了按照剛體計(jì)算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，公路橋梁規(guī)范意見(jiàn)稿中考慮密集55t車(chē)列的工況，將安全系數(shù)定為2.5;美國(guó)橋梁規(guī)范明確了多向活動(dòng)支座的最小豎向力不應(yīng)小于其承載能力的20%，這與中國(guó)鐵路橋梁規(guī)范中板式橡膠支座的要求基本相同，但前者更為全面;日本橋梁規(guī)范中在計(jì)算支座負(fù)反力時(shí)活載效應(yīng)取用2倍的系數(shù)。上述規(guī)范的要求各有千秋，本文通過(guò)下面的實(shí)例進(jìn)行比較。

實(shí)例分析與對(duì)比

某直線匝道橋其平面布置和上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置如圖1所示，端橫梁設(shè)置雙支座，中橫梁處為單支座，橋型結(jié)構(gòu)為六跨等截面鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí)。該橋在三輛重型貨車(chē)偏載作用下發(fā)生倒塌事故，經(jīng)實(shí)測(cè)三輛貨車(chē)重量分別為125t、125t和110t，總重為360t。

圖1 某橋平面及上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置示意圖(單位：m)

在公路-I級(jí)、密集55t車(chē)列和事故車(chē)列三種荷載工況作用下，該橋按照剛體進(jìn)行計(jì)算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果詳見(jiàn)下表。從表中可知，設(shè)計(jì)活載作用下，該橋的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到18以上，即使在密集55t車(chē)列或事故車(chē)列的作用下此系數(shù)也均在6以上，并且事故車(chē)列的總重量小于密集55t車(chē)列的重量(412.5t)。

采用彈性體計(jì)算模型，從端橫梁處支座反力計(jì)算結(jié)果下表中可以看出：雖然設(shè)計(jì)活載作用下，“恒載+活載”組合支座不脫空，但密集55t車(chē)列或事故車(chē)列的作用下，支座負(fù)反力達(dá)到1000kN左右。由此可見(jiàn)，對(duì)于連續(xù)梁橋受偏載作用下扭轉(zhuǎn)變形的影響，即使在剛體抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到6，也不能避免支座的脫空。

從對(duì)稱荷載作用下截面最大彎矩的計(jì)算結(jié)果(下表)可以看出，在單列密集55t車(chē)列和事故車(chē)列的作用下，截面的最大正彎矩值和最大負(fù)彎矩值均與設(shè)計(jì)活載作用下的結(jié)果相當(dāng)，并且組合值均小于截面抗力。

將本例橋梁端橫梁支座間距調(diào)整為5m，此時(shí)汽車(chē)活載作用線位于兩支座間，按照剛體進(jìn)行計(jì)算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為+∞，偏載作用下支座反力計(jì)算結(jié)果如下表所示?？梢?jiàn)支座活載負(fù)反力大幅減小，即使在密集55t車(chē)列作用下，該支座也不脫空。

根據(jù)上述分析結(jié)果可知：

(1)按照剛體計(jì)算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)將傾覆失穩(wěn)破壞形式描述為剛體繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，忽視了實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)為彈性體的客觀因素;梁體過(guò)大的扭轉(zhuǎn)角不僅導(dǎo)致一側(cè)支座脫空，而且增大了另一側(cè)支座的切向力，直至梁體滑落;因此即使設(shè)計(jì)汽車(chē)活載作用下其按照剛體計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)大于10，也不能保證在密集55t車(chē)列作用下發(fā)生支座脫空現(xiàn)象，甚至在事故車(chē)列作用下發(fā)生倒塌;

(2)事故橋梁為小跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，在單列密集55t車(chē)列或事故車(chē)列活載工況作用下，最大彎矩組合值也沒(méi)能超過(guò)截面的抗彎承載力;

(3)增大支座間距，可以大幅提高結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性能。

有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題與建議

以往的箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定方面主要存在如下問(wèn)題：

(1)將彈性體問(wèn)題采用剛體問(wèn)題的計(jì)算方法，忽略了梁體的彈性扭轉(zhuǎn)變形;

(2)偏載作用下，梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，橡膠支座處于偏壓狀態(tài)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)梁體扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制;

(3)一些橋梁缺少避免橫向滑落的構(gòu)造措施或該措施過(guò)于薄弱。

由此說(shuō)明：傾覆失穩(wěn)不是第一類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題，而是第二類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題。筆者認(rèn)為有如下方面可進(jìn)一步地深入研究：

(1)汽車(chē)活載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際車(chē)輛荷載以及橋梁限載標(biāo)準(zhǔn)間存在諸多差異，三者間的關(guān)系也較為復(fù)雜;而橋梁結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定問(wèn)題不同于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，有其自身的特點(diǎn)，因此應(yīng)針對(duì)橋梁不同的限載標(biāo)準(zhǔn)制定合理的車(chē)列模型，用于抗傾覆穩(wěn)定性的驗(yàn)算;

(2)側(cè)向傾覆失穩(wěn)屬于“脆性破壞”，其可靠指標(biāo)應(yīng)高于縱向強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)采用的可靠指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)研究確定合理的橋梁結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法及其規(guī)范限值;

(3)橋梁橡膠支座采用的橡膠為超彈性體材料，研究箱梁橋傾覆過(guò)程中支座的受力性能、支座與箱梁間的反向支撐作用和切向摩擦作用，對(duì)于確定平衡點(diǎn)的極限狀態(tài)方程具有重要的意義。

對(duì)于現(xiàn)階段箱梁橋側(cè)向抗傾覆穩(wěn)定的設(shè)計(jì)建議如下：

(1)在多跨一聯(lián)的直線連續(xù)梁橋中，盡量避免采用單點(diǎn)支撐的結(jié)構(gòu)體系;

(2)抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)采用彈性體空間計(jì)算模型，計(jì)算支座恒載反力與活載最大豎向負(fù)反力的比值作為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，該方法概念更加明確;

(3)在偏載作用下，應(yīng)限制梁體的扭轉(zhuǎn)角不超過(guò)支座容許的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度;

(4)橋墩支座處應(yīng)采取可靠的橫向限位措施，避免梁體的傾斜滑落。

偏載作用下箱梁橋側(cè)向傾覆失穩(wěn)屬于脆性破壞，是瞬間發(fā)生的，所造成的損失是慘重的?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范存在不足，在確定抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)彈性體扭轉(zhuǎn)變形的影響。確定合理的抗傾覆穩(wěn)定性可靠指標(biāo)，以及箱梁橋傾覆過(guò)程中支座的受力性能和支座與箱梁間的相互作用，值得深入研究。

超載是現(xiàn)階段無(wú)法避免的。設(shè)計(jì)人員能做的，是應(yīng)該承認(rèn)事實(shí)，并把橋梁標(biāo)準(zhǔn)提高，以提高安全性。對(duì)老橋，超載的破壞更大。對(duì)于新建橋梁，應(yīng)該提高設(shè)計(jì)荷載的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于規(guī)范，要有使用的要求，要使橋梁符合設(shè)計(jì)荷載的要求，而不是簡(jiǎn)單的套規(guī)范，要保證橋能夠承受荷載。

以上內(nèi)容為：2020一級(jí)建筑師預(yù)測(cè)熱門(mén)考點(diǎn)——無(wú)錫高架橋側(cè)翻事故。僅供大家學(xué)習(xí)參考。查看更多免費(fèi)資料，點(diǎn)擊免費(fèi)下載>>>一級(jí)建筑師歷年真題/高頻考點(diǎn)/精選試題。