淺談哈爾濱陽明灘大橋引橋的坍塌——匝道側(cè)滑？

莫名堂主

   最近看新聞，注意到哈爾濱對(duì)塌橋使用了“匝道側(cè)滑”一詞（見騰訊新聞報(bào)導(dǎo)：哈爾濱稱塌橋系匝道側(cè)滑，監(jiān)理方拒回應(yīng)工程質(zhì)量 ），報(bào)導(dǎo)中描述，8月26日，哈爾濱市政府召開塌橋事故的第二次新聞發(fā)布會(huì)，市政府秘書長黃玉生說：“感謝媒體對(duì)三環(huán)路群力高架橋洪湖路上橋分離式匝道側(cè)滑事故的關(guān)注?！?/div>      看完這則報(bào)到，樓主覺得有必要給魚魚們普及下專業(yè)知識(shí)，不足指出還望懂行的魚魚們見諒。

  “匝道側(cè)滑”？這種表述是否貼切？

    首先理解一下什么是“側(cè)滑”？

  “側(cè)滑”一詞，一般用于形容汽車橫向滑移。在百度知道中，側(cè)滑是這樣解釋的：側(cè)滑又稱側(cè)向滑移。汽車在曲線部份行駛時(shí)，由于離心力引起車輛在橫斷面方向向曲線外側(cè)滑移，或在傾斜路面上車輛受橫向力作用而產(chǎn)生橫向的向下滑動(dòng)，或因前輪定位不合適，在行駛中偏離正常行駛方向的滑動(dòng)。

    當(dāng)然，我們這里不討論汽車玩漂移。

    對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，我印象中很少使用側(cè)滑這個(gè)詞。如果硬要討論橋梁的側(cè)滑，我還是分析一下。

    首先，側(cè)滑，就是側(cè)向滑移，何謂側(cè)向？應(yīng)該是指垂直于橋梁軸向、垂直于行車方向，也可理解為橫向。何謂滑移？這個(gè)，就不解釋了吧，大家應(yīng)該都能理解。

    什么物體滑移？我認(rèn)為，應(yīng)該是指橋梁上部構(gòu)件相對(duì)于橋墩滑移，這里橋墩是不動(dòng)的，動(dòng)的是橋墩上面的橋梁上部構(gòu)件，也就是支座以上的部分，我們專業(yè)的稱呼是“上部結(jié)構(gòu)”，也是這次橋梁坍塌的那部分。

然后，什么原因引起橋梁上部結(jié)構(gòu)的側(cè)滑呢？橋梁本身是不會(huì)自己滑移的，一定是有力（荷載）作用，才會(huì)引起側(cè)滑。既然是側(cè)滑，那么這個(gè)力一定是側(cè)向的力，道理很簡單，力的方向決定著受力物體的位移方向。然而，根據(jù)目前已有的信息來看，四輛超載汽車不論是停在橋上，還是在橋上行駛，好象施加給橋梁的力，不外乎是豎向、縱向的，就是沒有橫向的，既然沒有橫向力，那側(cè)滑從何而來？

    那么，在橋梁設(shè)計(jì)中，有沒有考慮上部構(gòu)造受到橫向荷載的影響呢？答案是有的。

還是依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）》，作用在上部構(gòu)造上的荷載（作用）有：
    1．第4.3.3條，汽車荷載離心力，在彎道橋的曲線半徑等于或小于250m時(shí)考慮；
    2．第4.3.7條，風(fēng)荷載；
    3．第4.4.1條，地震作用。

    還有其它一些條款，但是是作用在下部結(jié)構(gòu)上的荷載，這里就不列舉了。

    在以上可能引起橋梁上部結(jié)構(gòu)側(cè)滑的因素中，以地震作用為最大，但它發(fā)生的可能性比較小。而其它因素作用較小，利用      橋梁上部結(jié)構(gòu)與支座摩擦力幾乎就可以抵抗了。橋梁設(shè)計(jì)中防止側(cè)滑的裝置是橋墩橫梁端部的擋塊。

     為了更好更直觀更清楚的讓大家明白橋梁上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)受力原理，樓主輔之以下圖示說明：
   
    哈爾濱坍塌大橋的橋墩橫梁端部是設(shè)置有擋塊的

    那坍塌大橋就沒有側(cè)滑了，錯(cuò)了，有側(cè)滑，但這個(gè)側(cè)滑是由于上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)傾覆引起的側(cè)滑。

    我們來分析一下這段傾覆橋段的受力情況，并推斷出當(dāng)時(shí)它的傾覆過程。

    根據(jù)網(wǎng)上獲取的相關(guān)尺寸，我繪制了這段橋梁上部結(jié)構(gòu)的支撐示意圖：

    整個(gè)上部結(jié)構(gòu)只有六個(gè)支撐點(diǎn)

    這段橋雖然有三跨，但上部結(jié)構(gòu)卻是一個(gè)整體，這個(gè)整體呈直線長條形，總共有六個(gè)支撐點(diǎn)（支座），其中兩端各兩個(gè)支座，中間兩個(gè)獨(dú)柱式橋墩，各一個(gè)支座。很顯然，這種支撐體系，如果橋面汽車荷載行駛太偏，而且荷載特別大的時(shí)候，其穩(wěn)定性僅靠兩端的支撐是完全不靠譜的。

   我用示意圖演示一下當(dāng)時(shí)橋梁傾覆的過程：

    超載貨車駛上匝道

在超載貨車的偏心作用下，匝道開始傾覆

重力，并在匝道傾覆加劇，并在重力作用下伴隨著側(cè)滑

最終，匝道和超載貨車坍塌在地面上，匝道呈45度角斜靠在獨(dú)柱橋墩上

防止側(cè)滑的擋塊擋不住匝道由于傾覆引起的側(cè)滑力，也被破壞了  
給我們的反思：如果這部分匝道的獨(dú)柱式橋墩設(shè)置一個(gè)橫梁，橫梁上再設(shè)置兩個(gè)支座，則結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力則可獲得很大改善。

設(shè)置橫梁、兩個(gè)支座，則結(jié)構(gòu)的抗傾覆性會(huì)有較大改善

整個(gè)結(jié)構(gòu)的支撐體系，抗傾覆能力增強(qiáng)

之前的支撐體系，用于曲線匝道問題不大
    通過以上結(jié)論我們得出：對(duì)于哈爾濱坍塌橋梁，使用“側(cè)滑”不合適，使用“失穩(wěn)傾覆”更加貼切實(shí)際。 因此，官方的回答或者言辭很難服眾，用詞不嚴(yán)謹(jǐn)。
   
    樓主通過圖文并茂的的形式結(jié)合專業(yè)所學(xué)給魚魚們科普部分橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，不足之處還望魚魚們理解見諒。

張頭頭

在中國，能安全過橋的只有米線了

君臨天下001

按照樓主這樣的解釋，設(shè)計(jì)方肯定是有腦殘的，建設(shè)方和監(jiān)理方在圖紙會(huì)審時(shí)也沒有提出相應(yīng)的問題，由此可見，這個(gè)項(xiàng)目是在多么腦殘的一種氛圍中建設(shè)起來的！至于這三方是真腦殘還是假腦殘，那就無可考證了！

新華眼鏡

不知設(shè)計(jì)者當(dāng)初考慮采用單柱而沒有采用雙座是出于哪方面的原因。是為了節(jié)省費(fèi)用？減少施工時(shí)間？增加橋梁下面路面的面積，減緩擁堵？還是其他的原因呢？

大秦人家Ⅱ

道德淪喪了，偷工減料，付出了沉重的代價(jià)

ipqlnwwx

沒文化真可怕。。我是沒怎么看懂。。

終南之巔/yx

樓主分析有理！但我不相信現(xiàn)在設(shè)計(jì)水準(zhǔn)還沒過去先進(jìn)！問題的出現(xiàn)是多方面的，偷工減料，道德淪喪！現(xiàn)在不是有反瀆職局嗎？反瀆職局每年不是有任務(wù)嗎，這次多搞幾個(gè)，超額完成任務(wù)啊

belinus

過橋米線，過橋米線，那個(gè)吃著也不安全了

莫名堂主

設(shè)計(jì)上是有一定的缺陷，但這個(gè)缺陷不足以導(dǎo)致它一定會(huì)翻掉，而是因?yàn)榭赡苓@個(gè)地方鉚固的不夠。這個(gè)橋墩和橋面之間要連一個(gè)東西，學(xué)名叫做抗震支座，這個(gè)支座一般情況下是有彈性的，是一層橡膠一層鋼板一層橡膠一層鋼板疊起來的，很可能是這個(gè)東西出了問題，要不然不會(huì)掉的。

如果在橋體的橫截面上，采用雙柱支撐而不是現(xiàn)在的單柱支撐，也就是“四條腿撐起一個(gè)板凳”，橋體安全會(huì)更有保證。這個(gè)獨(dú)立柱相當(dāng)于人的一條腿，柱子和橋面連接的關(guān)節(jié)相當(dāng)于人的膝關(guān)節(jié)，這個(gè)膝關(guān)節(jié)不足夠強(qiáng)大，所以一旦有四輛車子同時(shí)行駛，尤其是側(cè)邊行駛、靠右行駛的時(shí)候，這個(gè)關(guān)節(jié)就壞掉了。這個(gè)關(guān)節(jié)壞掉的原因很可能是因?yàn)槭┕さ馁|(zhì)量，要么就是這個(gè)關(guān)節(jié)連的不合適，要么就是這個(gè)關(guān)節(jié)本身出了問題。做設(shè)計(jì)的同志更應(yīng)該仔細(xì)推敲，如果設(shè)計(jì)的更合理一些，比方說設(shè)計(jì)成兩條腿，有兩個(gè)膝關(guān)節(jié)，即便是膝關(guān)節(jié)有問題也不會(huì)發(fā)生像人一樣一下子全倒了。
目前城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載已統(tǒng)一。公路-1級(jí)規(guī)定的汽車荷載包括兩個(gè)內(nèi)容：一是在總體設(shè)計(jì)時(shí)使用的，專業(yè)名詞叫車道荷載，就像本橋傾覆問題的驗(yàn)算用的，另一個(gè)是設(shè)計(jì)局部構(gòu)件的，叫車輛荷載，例如驗(yàn)算橋面是否被壓個(gè)洞。兩者不能混用。
　　車道荷載規(guī)定，每個(gè)車道每米長度10.5千牛(1.05噸)，外加360千牛左右的集中荷載(不管多長只有一個(gè))，例如，2個(gè)車道，橋長100米，那么荷載是2×(100×10.5+360)=2820千牛(282噸)。車輛荷載規(guī)定，一輛車最大重量不能超過550千牛(55噸)。
　　對(duì)于倒塌部分的橋梁，總共能夠上幾輛車應(yīng)該用車道荷載去計(jì)算，但每輛車不能超過55噸。
　　側(cè)翻在這種形式的橋梁上是必須驗(yàn)算的內(nèi)容，如果有超過規(guī)范規(guī)定的汽車靠邊走，超過安全系數(shù)后就會(huì)出現(xiàn)這樣的事故

belinus

這個(gè)政府里面有貓膩知道真相不可能的

莫名堂主

規(guī)范規(guī)定了一輛汽車的重量，超過它的都是超重車，但我國規(guī)范與現(xiàn)實(shí)的汽車偏差較大，所以現(xiàn)在事故多。有兩條路可走，一是改規(guī)范，這將帶來巨大的社會(huì)代價(jià)，因?yàn)橐呀ê玫臉蛉恳訌?qiáng)，二是管住車，不能大量超載，管理方面要加強(qiáng)。
　　真有必須過橋的大件重車不是不能過橋，要通知管理單位驗(yàn)算后，控制交通才能過橋。不可能所有橋全部加警示標(biāo)志，國家本身對(duì)橋梁和汽車載重量是配套要求的，按這個(gè)要求建橋、生產(chǎn)汽車無需警示，只有特殊橋梁、危橋才需要專門標(biāo)志荷載。從事大件運(yùn)輸?shù)娜瞬恢酪?guī)定的載重量是不行的，我們?yōu)槭裁垂懿黄饋硎巧顚哟蔚膯栴}。
作為橋梁設(shè)計(jì)值，還是從同行的角度更多的去考慮，拋開設(shè)計(jì)的責(zé)任。
但是從社會(huì)角度來講，或者從技術(shù)更高層面講，設(shè)計(jì)確實(shí)存在體系不好的問題，這個(gè)責(zé)任怎么界定，我不好評(píng)價(jià)。
至于設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮側(cè)翻的，是否考慮足夠，或者有足夠的安全系數(shù)，假如設(shè)計(jì)按規(guī)范確實(shí)沒問題，考慮到的設(shè)計(jì)富裕也能達(dá)到本次通過車輛的噸位，那這個(gè)又如何說？真是對(duì)橋梁設(shè)計(jì)者的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
總之，體系問題，大問題。不太牢靠的，小心謹(jǐn)慎吧！

莫名堂主

設(shè)計(jì)是橋梁之本，出了事要首先從設(shè)計(jì)上找原因，然后再從施工質(zhì)量等方面找原因。哈爾濱橋梁坍塌事故中，橋的設(shè)計(jì)存在問題。
　　獨(dú)柱墩無蓋梁有缺陷
　　坍塌橋梁為獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)，上面沒有蓋梁，蓋梁即兩個(gè)支撐柱的連接部分，而獨(dú)柱墩最容易發(fā)生側(cè)翻。坍塌的橋好比字母“T”，你想想要是在上面那一橫邊緣給予一個(gè)力，能不側(cè)翻嗎？而坍塌的大橋就是如此，4輛貨車的力在最邊緣，最容易側(cè)翻。
　　承重不等于最大承受重量
　　該專家表示，承重規(guī)范里面都有一個(gè)安全系數(shù)，安全系數(shù)各種各樣，綜合起來是相當(dāng)大的，有的系數(shù)達(dá)好幾百。這也就意味著并不是承重50噸的橋，高于50噸位的車就壓垮了，因此安全系數(shù)是很重要的因素。事故大橋未必是4輛超載貨車就能壓垮的。
　　城—A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要看擺在何處
　　對(duì)于哈爾濱官方通報(bào)的事故橋段為城-A級(jí)，即為最高級(jí)，這個(gè)最高級(jí)要看標(biāo)準(zhǔn)擺在哪里，在進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，是把重量放在橋的中央，還是放在橋的邊緣。按照規(guī)范，靜載實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要把重量放在橋的最不利的位置，具體到坍塌大橋就是橋的最邊緣。很可能當(dāng)時(shí)沒有考慮到，才導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。這也是日積月累的結(jié)果，可能一輛貨車兩輛貨車經(jīng)過的時(shí)候橋梁已經(jīng)發(fā)生傾斜，而8月24日的4輛大車成了最后一根稻草。

莫名堂主

塌橋確實(shí)有超載因素。但如果說是超載，為什么其他部分橋體就沒塌呢？這就說明此橋的結(jié)構(gòu)存在問題。哈爾濱的塌橋使用的是獨(dú)柱墩，它主要用的是鋼混結(jié)構(gòu)，重量比較輕。去年2月，浙江省上虞市的一座立交橋發(fā)生坍塌，也是采用的獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)方式。在那次事故中，超載貨車前方事故，繞行右側(cè)車道，造成偏載超重，引發(fā)橋塌。
　這種結(jié)構(gòu)叫鋼(結(jié)構(gòu))混(凝土)疊合梁。下面的主體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)是從工廠里做好，拉到現(xiàn)場吊上去，然后再在上面澆上混凝土。鋼混結(jié)構(gòu)比單一的混凝土結(jié)構(gòu)要輕很多，很難自動(dòng)平衡另一邊的偏載。
　　事故發(fā)生后，從縱向來看，它的結(jié)構(gòu)都沒有問題，這段橋體沒有斷，只是整體傾覆。如果中間主跨部分的柱子上都設(shè)有兩個(gè)支座的話，橋就不會(huì)整體傾覆。此橋梁的各項(xiàng)指標(biāo)都是按國家標(biāo)準(zhǔn)做的?？梢哉f，就是設(shè)計(jì)上柱子的問題。
　　鋼混疊合梁有何優(yōu)點(diǎn)或弊端？優(yōu)點(diǎn)就是施工快，這邊打樁施工，工廠里同時(shí)拼裝鋼結(jié)構(gòu)。安裝時(shí)橋下面也不用搭支架，對(duì)地面交通影響比較小。弊端就是抗傾覆性差。這樣設(shè)計(jì)，橋身重量比較輕，一輕就平衡不了，容易因?yàn)槠d過重發(fā)生橋面傾覆。
　　獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)抗傾覆性差，遇嚴(yán)重超載存在先天不足
　   獨(dú)墩設(shè)計(jì)抗傾覆性差，為何在很多地方還是被使用？現(xiàn)在全國到處都有這樣的橋梁設(shè)計(jì)，但只要沒有嚴(yán)重超載，不會(huì)出事故。近幾年，由于超載車比較多，行車密度較大，事故才發(fā)生得多。其實(shí)，國外也有采用這種獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)，但較少發(fā)生事故，可能超載沒這么嚴(yán)重。以這次事故中的橋梁為例，如遇交通擁堵、內(nèi)側(cè)車道又封閉，普通車輛在外側(cè)車道停成一排，會(huì)不會(huì)引發(fā)事故？答：不會(huì)，普通車輛重量達(dá)不到。一段120米的橋面即使停了40輛車，也達(dá)不到引發(fā)事故的程度。這次事故中，4輛重型貨車?yán)塾?jì)就有數(shù)百噸，不管它們是?？浚€是緊密行駛在外側(cè)車道，都會(huì)有危險(xiǎn)。
　這種先天不足的設(shè)計(jì)，如何補(bǔ)救？新設(shè)計(jì)的橋別采用獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)，最好使用雙支座。采用獨(dú)柱墩或榔頭墩也行，可在橋墩上加蓋梁，上面放兩個(gè)支座。但不管什么形式，別在上面放一個(gè)支座。　主要是對(duì)極端的超載情況考慮得不足，設(shè)計(jì)理念不夠超前
　　趕工期會(huì)不會(huì)埋下隱患？答：初步看，橋面本身的施工質(zhì)量確實(shí)比較過硬。目前好像沒有證據(jù)證明趕工期影響施工質(zhì)量。采用這種施工快的結(jié)構(gòu)形式也沒錯(cuò)。主要是對(duì)極端的超載情況考慮得不足，設(shè)計(jì)理念不夠超前。
　　通車之前都會(huì)做荷載實(shí)驗(yàn)，為什么荷載實(shí)驗(yàn)測不出問題？荷載實(shí)驗(yàn)沒有這么重的車。根據(jù)現(xiàn)場的情況，4輛車加起來數(shù)百噸，甚至說將近500噸。在實(shí)驗(yàn)中，即使是一排20多輛車滿負(fù)荷載，加起來也沒這么重。而且，荷載實(shí)驗(yàn)也是根據(jù)設(shè)計(jì)荷載范圍來進(jìn)行的，車重不超過標(biāo)準(zhǔn)，就發(fā)現(xiàn)不了問題。
　從這次事故可以得到的啟示：事故如果能夠引起全國各建設(shè)部門的警惕，多關(guān)注獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)存在的問題，還是能夠避免類似事件的再次發(fā)生。上虞出了故事后，如果黑龍江建設(shè)部門像浙江交通廳那樣重視這方面的問題，這座橋也許就不會(huì)塌了。

分析的好

元辰

莫名堂主 發(fā)表于 2012-8-27 13:20
設(shè)計(jì)上是有一定的缺陷，但這個(gè)缺陷不足以導(dǎo)致它一定會(huì)翻掉，而是因?yàn)榭赡苓@個(gè)地方鉚固的不夠。這個(gè)橋墩和橋 ...

支持堂主回答。

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