編前語
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檢師學社活動
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檢師學社活動 | 探討基層檢測團隊能否聯合起來，共同申請檢測資質？
序 言
10月1日臺灣宜蘭南方澳跨港大橋垮塌的熱點余溫還在，2019年10月10日晚18時10分左右，無錫一高架橋突然傾覆垮塌，再次成為新聞和網絡的熱點。筆者的5天前的文章“南方澳跨港大橋垮塌背后檢測管理再次敲響了橋梁安全的警鐘！”目前瀏覽量已經近萬，無錫橋梁的再次垮塌事故提醒我們“橋梁安全應警鐘長鳴！”
無錫橋梁突發垮塌
2019年10月10日晚上18時11分左右，312國道上海方向錫港路上跨橋路段橋面垮塌，通行受阻，后方車輛大量積壓擁堵。視頻內容顯示，垮塌現場車輛通行受阻，有車輛被壓。根據視頻信息橋梁垮塌于11分14秒開始出現振動傾覆，至19秒整垮橋梁完全傾覆垮塌。
視頻1 橋梁垮塌過程視頻（點擊即可查看）
據最新消息，橋下被壓小車3輛（其中一輛系停放車輛，無人）。目前救援人員及車輛已到現場，救援和事故處置工作正有序開展。
根據現場視頻，車輛垮塌時橋面通行一輛鋼材市場的加長車違規超載車，然后隨橋梁垮塌一起墜落。車輛核定應載65t而初步估計實載187t(實際車輛載重應以官方公布為準)，見視頻2。
視頻2 運輸鋼卷的超載車輛（點擊即可查看）
通過視頻分析橋梁垮塌可能是由于超載車輛經過橋梁偏載引起橋梁傾覆失穩，最后導致橋梁的傾覆垮塌。
無錫市審計局網站2007年發布的《無錫市審計局關于312國道無錫段擴建工程竣工決算審計結果的公告》顯示，312國道無錫段路線全長48.436公里，其中老路段21.356公里，改線段27.08公里。全線按一級公路標準設計，設計時速為100公里/小時（其中城鎮段80公里/小時）；新建橋涵采用汽超-20，掛-120；改造現有橋梁采用汽-20，掛-100。
垮塌橋跨橋墩為花瓶式板式橋墩，橋墩上設有1個支座（見圖1），橋梁在嚴重超載和偏載綜合作用下容易出現傾覆失穩問題。根據橋梁設計荷載橋梁通行重載車輛為55t，根據網上視頻分析橋面為行車道為雙車道，雙車道橋梁同時通行允許荷載為110t，超載車輛總重為187t，偏載通行時超過橋梁的允許通行荷載。此外考慮橋梁的安全系數，橋梁極限狀態偏載狀況能承受的偏載荷載需要通過橋梁原始設計荷載來進行驗算才能確定。
圖1 垮塌橋梁橋墩與支座
但是從橋梁破壞形態來分析其屬于傾覆失穩，該橋上部結構形式從視頻資料分析可能為預應力混凝土連續箱梁。橋梁屬于上跨橋梁，從圖片1看橋梁屬于直線段、且橋梁有一定的坡度。垮塌跨橋梁板式墩上僅設1個支座，支座位于箱梁底部中間位置，在偏載且嚴重超載情況下橋梁已發生傾覆。
獨柱橋梁傾覆失穩案例
獨柱墩高架橋（包括雙支座窄墩寬橋）以其開闊的橋下空間和簡潔的下部造型備受青睞，特別是在城市中為利用有限的空間構成立體交通是一個很好的設計方案。但是，對橋面車輛的行駛路線“超載偏載”的適應能力很低，在“載重偏載”這兩種作用相疊加時橋梁安全度更低，傾覆失穩的概率較大。
表1 獨柱橋墩橋梁事故
但也有專家對事故意見持不同意見，認為橋梁設計可能存在一定缺陷。超載肯定是導致大橋垮塌的一個原因，但不應該規避橋梁的其他問題，最主要的還是設計上問題，獨柱墩的設計結構導致橋梁平衡性差，因此事發時4輛車的重量壓在一側，橋梁失去平衡而垮塌。
由于墩柱墩橋梁垮塌事件的影響交通部組織全國對獨柱墩橋梁設計進行復核驗算、以及抗傾覆驗算等工作。同時在設計規范上組織編寫橋梁抗傾覆驗算相關內容。在新的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）中補充了整體式截面箱梁抗傾覆驗算的要求。
現行規范對抗傾覆驗算的規定
《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）新增抗傾覆驗算的相關規定：
4.1.8 持久狀況下，梁橋不應發生結構體系改變，并同時滿足以下規定：
1 在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態。
2 按作用標準值進行組合時（按本規范7.1.1條取用），整體式截面簡支梁和連續梁的作用效應符合式（4.1.8）的要求：
自 2007年，內蒙古包頭、天津、浙江上虞、黑龍江哈爾濱和廣東河源相繼發生箱梁匝道橋體橫橋向傾覆失穩直至垮塌的事故案例。事故橋梁的基本特征（如圖3）為：上部結構采用整體式箱梁；結構體系為連續梁，上部結構由單向受壓支座支承；橋臺或過渡墩采用雙支座或三支座，跨中橋墩全部或部分采用單支座。
圖3 事故橋梁的典型形式
事故橋梁的破壞過程表現為，單向受壓支座脫離正常受壓狀態，上部結構的支承體系不再提供有效約束，上部結構扭轉變形趨于發散、橫向失穩垮塌，支座、下部結構連帶損壞，如圖 4。按照現行《工程結構可靠性設計統一標準》（GB 50153）的規定，這類破壞屬于承載能力極限狀態范疇。
圖4 典型破壞形式
傾覆過程存在 2個明確特征狀態：在特征狀態 1，箱梁的單向受壓支座開始脫離受壓；在特征狀態 2，箱梁的抗扭支承全部失效。參考國內外相關規范，采用這兩個特征狀態作為抗傾覆驗算工況。1 針對特征狀態 1，作用基本組合下，箱梁橋的單向受壓支座處于受壓狀態。2 箱梁橋同一橋墩的一對雙支座構成一個抗扭支承，起到對扭矩和扭轉變形的雙重約束；當雙支座中一個支座豎向力變為零、失效后，另一個有效支座僅起到對扭矩的約束，失去對扭轉變形的約束；當箱梁的抗扭支承全部失效時，箱梁處于受力平衡或扭轉變形失效的極限狀態，即達到特征狀態 2，如圖 5 c。對特征狀態 2，參考擋土墻、剛性基礎的橫向傾覆驗算，采用“穩定作用效應 ≥ 穩定性系數×失穩作用效應”的表達式。
圖5 箱梁橋達到特征狀態 2的過程示意
箱梁橋處于特征狀態2時，各個橋墩都存在一個有效支座，如圖6。穩定效應和失穩效應按照失效支座對有效支座的力矩計算：
綜合考慮該簡化分析方法的偏差系數和實際車輛密集排布情況下汽車荷載效應的放大系數，確定橫向抗傾覆穩定性系數為2.50。
圖6 特征狀態2時的有效支座示意
事故的啟示
根據垮塌橋梁事故視頻資料分析其破壞為典型傾覆破壞形態，上部結構連續箱梁立交跨（橋下兩幅道路）橋墩為單支座，相鄰跨為雙支座。橋梁在偏載超載作用下導致橋梁處于規范中描述的箱梁處于“特征狀態2時的狀態”，設置雙支座的一側支座全部處于失效狀態。此時箱梁處于非線性狀態，隨著箱梁變形的發散，最終導致橋梁的傾覆垮塌。無錫橋梁垮塌事故給我們的啟示如下：
1、橋梁結構于2003年開始建設，橋梁設計是按照舊的規范進行設計。橋梁設計規范沒有箱梁整體截面抗傾覆設計的驗算。橋梁事故的具體原因尚未見官方正式公布，但筆者認為城市橋梁在《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）實施前許多橋梁都是按照舊規范進行設計，城市橋梁獨柱墩橋梁未進行抗傾覆設計。橋梁垮塌事故警示我們應該對早期設計的獨柱墩橋梁（新規范明確為：整體式截面簡支梁和連續梁）應按新規范進行抗傾覆驗算，不滿足要求的應進行抗傾覆的加固設計，并及時加固。
2、橋梁垮塌時橋面通行的是拉鋼卷材的超載車重187t，通行荷載已經超過設計荷載值，超載是否為橋梁垮塌的主要原因（這還要通過專家組進行進一步的驗算來確認）。但不可否認對于城市橋梁在上下班高峰期通行如此重的超載車，也反映治超問題是我國的一個難題。因此筆者建議應進一步加強車輛超載超限的治理，隨著我國橋梁老齡化的到來，超載是橋梁安全運營的一個極大威脅。
（文章轉載自52監測網，本文由52監測網上傳并發布，本文僅用來學習及交流，侵權刪）
