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超載+偏載,為何能成為獨柱墩橋不可承受之重?
10月10日,江蘇無錫312國道上海方向錫港路上跨橋路段出現橋面垮塌。據新華社10月11日早間報道,事故造成3人死亡,2人受傷。經初步分析,事故發生的直接原因是運輸車輛超載。
無錫市審計局公開的信息顯示,事發路段所屬的312國道無錫段曾在2003年-2005年期間進行過一次擴建改造。發生垮塌的高架橋屬于新建橋涵,這意味著,該橋建成不足15年。
這座高架橋采用的是獨柱墩橋梁結構設計,而其他采用這種橋梁的高架橋也發生過多起側翻事故。澎湃新聞(www.6773257.com)整理以往記錄發現,從2007年至今,至少出現了6起類似事故。
獨柱墩橋梁是中國乃至全球范圍內都比較常見的一種橋梁結構。《對哈爾濱陽明灘大橋倒塌的思考》提到,采用連續箱梁的高架橋,其橋墩一般采用獨柱墩和雙柱墩兩種方式,對于三車道以下的窄橋,一般采用獨柱墩。這種橋梁的優點很多:結構簡單、占地面積小、適應性強、經濟性好。但獨柱墩橋梁存在著一定的安全隱患。《獨柱墩橋梁傾覆原因分析與加固設計探究》一文指出,由于獨柱墩結構為單點支撐,所以其抗傾覆能力差。以往事故原因顯示,當下列兩個條件都被滿足時,這種橋梁很可能發生事故。
(1)超載
超載是橋梁發生坍塌或傾覆的重要誘因之一。
經此次事故調查組初步分析,貨車嚴重超載或為此次無錫高架橋事故的直接原因。澎湃新聞記者此前從知情人士處獲悉,經調查,涉事貨車限載40噸,但當時已超載四倍。
要知道,按照現行的國家強制標準《GB 1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、 軸荷及質量限值》,即使是最長的六軸卡車外加一個最長的三周半掛車,最大允許總質量也就是89噸。
無錫審計局的審計公告顯示,312國道無錫段新建橋涵采用了汽超-20,掛-120的建設標準,即這條路上,汽車不能超過20噸,掛車不能超過120噸。
無獨有偶,以往的兩起事故中,事故車輛同樣不僅本身超重,而且大多超過了橋梁本身的設計承重。
2011年浙江上虞春暉立交橋
橋梁設計承重:每輛車限載55噸
事故車輛承重:四輛車分別為28.52噸、124.44噸、125.6噸、110.73噸。
2012年哈爾濱陽明灘大橋
橋梁設計承重:每輛車限載55噸
事故車輛承重:四輛車分別為18.62噸、153.29噸、163.59噸、149.68噸。
不過,2012年發表的《對哈爾濱陽明灘大橋倒塌的思考》一文提到,一般橋梁的設計安全系數都比較大,就算超出設計值2.45倍的重量也不一定能壓垮橋梁。
但是,如果橋梁同時遭遇偏載,發生事故的可能性將變大。比如在2012年的哈爾濱陽明灘大橋事故中,專家組確認,事故的直接原因是3輛超載貨車在121.96米的長梁體范圍內同時集中靠右行駛,造成橋梁一側偏載,嚴重超載負荷,從而傾覆。
(2)偏載
偏載是什么?《四川建材》今年發表的一篇論文中,作者還原了近年獨柱墩橋梁事故現場的普遍情景:多輛嚴重超載貨車或重型車輛一起沿著獨柱墩橋梁的單側行駛,從而引起橋梁嚴重偏載,使橋梁支座出現了單邊脫空,導致橋梁梁體橫向側翻。
通俗一點的解釋就是,“在一艘船上,一個特別重的胖子,坐在船的最外側,而另外一側坐著一個瘦子,那么這艘船,就會側翻。”從事橋梁設計建設多年的楊瑞接受封面新聞采訪時比喻道。
相較于直線橋梁,曲線梁橋的受力更為復雜,因為后者獨有的“彎扭耦合”效應,即在超載和偏載的雙重作用下,橋梁梁體會產生扭矩而發生扭轉。剛開始橋梁的自重可以抵抗這一部分的扭轉,但隨著荷載的不斷增大,就會出現支座脫空,達到負載極限后,橋梁就會發生傾覆。
如下圖所示,南方都市報曾針對2015年的粵贛高速垮塌事件做了一幅立體圖,三輛貨車都在彎道外側行駛,最終壓力導致橋梁傾覆。
此外,《四川建材》的這篇論文還提到,獨柱墩橋梁傾覆垮塌是一個階段性且持續發生的過程,但毀壞是瞬間發生的,且發生傾覆前并無明顯征兆。- 報料熱線: 021-962866
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