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超载 偏载,为何能成为独柱墩桥不可承受之重?

 2019-11-08 07:38:53
[摘要] 金秋时节的上海动物园,一年一度的蝴蝶展如火如荼地进行,约30种8万只色彩斑斓的活体蝴蝶,展示出申城的美丽自然和活力。今年蝴蝶展着重介绍上海乡土蝴蝶的生态与文化,活动期间陆续放飞的蝴蝶,都是我国本土的养

10月10日,江苏无锡312国道上海至西岗路跨桥段桥面坍塌。据新华社10月11日上午报道,事故造成3人死亡,2人受伤。经过初步分析,事故的直接原因是运输车辆超载。

无锡市审计局发布的信息显示,事故路段所属的312国道无锡段在2003年至2005年进行了扩建和改建。坍塌的高架桥是一座新的桥梁和涵洞,这意味着这座桥建成不到15年。

该高架桥采用单柱式桥墩桥的结构设计,而采用该桥的其他高架桥也有许多翻车事故。澎湃新闻(www.thepaper.cn)汇编了过去的记录,发现自2007年以来至少发生了6起类似事故。

独柱式桥墩桥梁是中国乃至世界上常见的桥梁结构。《哈尔滨阳明滩大桥倒塌反思》提到,连续箱梁高架桥通常采用单柱式桥墩和双柱桥墩,三车道以下窄桥采用单柱式桥墩。这种桥具有结构简单、占地面积小、适应性强、经济性好等优点。

然而,单柱式桥墩桥梁存在一定的安全隐患。《独柱式桥墩倾覆原因分析及加固设计探讨》一文指出,独柱式桥墩结构为单点支撑,抗倾覆能力差。以往事故原因表明,当满足以下两个条件时,桥梁很可能发生事故。

(1)过载

超载是桥梁倒塌或倾覆的重要诱因之一。

经事故调查组初步分析,该卡车严重超载或为无锡高架桥事故的直接原因。新闻记者从知情人士处了解到,经过调查,涉案卡车被限制在40吨以内,但当时超载了4次。

需要注意的是,根据现行国家强制性标准gb 1589-2016《车辆、拖车和汽车的外形尺寸、轴重和质量限制》,即使最长的六轴卡车与最长的三周半拖车相联,最大允许总质量也是89吨。

根据无锡审计局的审计公告,312国道无锡段新建桥涵采用了“super -20”和“super -120”的施工标准,即该路段车辆不超过20吨,拖车不超过120吨。

巧合的是,在过去的两起事故中,涉及的车辆不仅超重,而且大多超过了桥梁本身的设计荷载。

2011浙江上虞春晖立交桥

桥梁设计荷载:每辆车55吨

事故车辆承载能力:四辆车分别为28.52吨、124.44吨、125.6吨和110.73吨。

2012哈尔滨阳明海滩大桥

桥梁设计荷载:每辆车55吨

事故车辆承载能力:四辆车分别为18.62吨、153.29吨、163.59吨和149.68吨。

然而,2012年发表的文章《哈尔滨阳明滩大桥倒塌反思》中提到,一般桥梁的设计安全系数相对较大,即使重量超过设计值2.45倍,也可能不会压垮桥梁。

然而,如果桥梁同时承受不平衡载荷,发生事故的可能性将变得更大。例如,在2012年哈尔滨阳明滩大桥事故中,专家组确认事故的直接原因是三辆超载的卡车行驶在121.96米长的横梁右侧,导致桥梁一侧超载,从而倾覆。

(2)偏置负载

偏置负载是多少?在四川建材今年发表的一篇论文中,笔者还原了近年来单柱式桥墩事故的常见场景:几辆重载卡车或重型车辆一起沿单柱式桥墩一侧行驶,导致桥梁荷载严重不平衡,桥梁支座单侧空洞,桥梁横向倾覆。

更流行的解释是,“在船上,一个非常胖的人坐在船的最外面,而一个瘦的人坐在船的另一边,然后船就会翻过来。”从事桥梁设计和施工多年的杨瑞在一次封面新闻采访中打了个比喻。

与线形桥梁相比,曲线梁桥受力更复杂,因为后者具有独特的“弯扭耦合”效应,即在超载和偏心荷载的双重作用下,桥梁会产生扭矩和扭转。起初,桥梁的自重可以抵抗这部分的扭转,但随着荷载的不断增加,当达到荷载极限时,支座会脱落,桥梁会倾覆。

如下图所示,《南方都市报》曾对2015年粤赣高速公路的坍塌进行了三维观察。三辆卡车在弯道外行驶,最终压力导致桥梁倾覆。

此外,四川建材的论文也提到,独柱式桥墩桥梁的倾覆和倒塌是一个分阶段、连续的过程,但破坏是瞬间发生的,倾覆前没有明显的迹象。

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