桥梁事故分析——西南交大+强士中

2、钢板梁横梁（或横联）联接板端部连接
20世纪80年代前国内外的钢桥设计规范只允许横梁（或 横联）联接板端部与受压翼缘焊接，并禁止其与主梁受拉翼 缘焊接，目的是为了避免受拉翼缘产生疲劳裂纹。不幸的
是，按此要求进行设计的许多钢板梁桥的横梁（或横联）联 接板端部间隙区却发现了大量的疲劳裂纹，下图为实桥中此 类疲劳裂纹的照片。此类疲劳裂纹的产生位置有两处：一是 腹板和翼缘间的角焊缝焊趾处，裂纹形状呈水平状；二是腹 板和联接板间角焊缝的端部，裂纹形状呈马蹄形(见下图)。
接工作颇为费工。在出事的那一个跨度，梁的两个单元 （半梁）业已架好，但在简支梁正弯矩作用之下，北单元 （半梁）上翼缘（用扁钢纵肋加劲的板件）的跨中部分出 现屈曲波。于是，拆除了该处梁段接头所用的一部分高强 栓，期望在板件之间发生滑动，借能将屈曲波消除。这是 在1970年10月15日上午八时半。 然而没有料到：随着一部分高强栓的拆除，上翼缘承 受的压力就向还未拆除高强栓处的上翼缘集中，这样，屈 曲波突然变大，使简支跨的北半梁在其跨中呈一向下的V形 折角。这是在上午11点。而工地工作人员却没有认识到问
该梁的下翼缘是用T状纵向肋加劲的板件；在接头处，为 了用自动焊机实施板的对接焊，将两梁段的T状肋各在离对接 缝230mm处中断，而在板的对接焊完成之后，便将一T状肋插节 置在两梁段的T状肋之间，用焊接使T状肋连成一通长件；可是 ，为了方便，却没有要求用焊缝将插节与板相连。于是，在接 头处，下翼缘的板就有460mm长度是没有肋的，这就削弱了下 翼缘对压力的抗力。随后，在卡尔斯鲁厄大学的研究所进行了 所对应的模型试验，T状肋有480mm长度不与板焊连者的抗压能 力，仅是T状肋全长与板焊连的59%。
97号T构达州端梁底剥落情பைடு நூலகம்1
97号T构达州端梁底剥落情况2
97号T构达州端梁底剥落情况3
96号T构成都端梁底剥落情况2
96号T构成都端梁底剥落情况1
96号T构成都端梁底剥落情况3
综合分析可以认为：预应力管道偏离设计位置致 使底板混凝土出现较大局部应力是导致预应力混凝土 箱梁底板混凝土崩裂的主要原因。
第二部分
桥梁 事故
四座 钢箱梁 施工事故
宁波招 宝山桥 压溃事故
贵阳 小关桥 底板崩裂 事故
钢梁横向 连接细节 疲劳问题
大跨 连续刚构 桥运营病害
2007年8月，美国《时代周刊》评出了百 年世界十大最恶劣塌桥事故，每次事故都是 一个血的教训，令人深思。 工程事故带来的损失是令人痛心的，也 是难以弥补的，但是对工程事故的产生原因 进行深入分析，又能使人们受益匪浅，从而 促使科技进步。
三、贵阳小关桥底板崩裂事故
贵阳小关桥主桥为69m+125m+2×160m+112m五跨预应力混 凝土双肢薄壁连续刚构桥，主桥全长626m。梁体为单箱双室截 面，梁顶宽21.5m，底宽12.5m，跟部高10.5m，跨中高3.0m。 主墩均为双薄壁柔性墩，1＃～6＃墩位于直线上，除2＃墩为 10个节段为外，其余各墩均为20个节段，阶段长分别为2.5m、 3.0m、3.5m、4.0m。 2003年11月，在全桥合龙后张拉箱梁底板合龙段纵向预 应力束的过程中，5#、2#、1#合龙段及附近底板共有5个部位 先后不同程度向上或向下崩裂（均为非对称跨），见下图。
近几年来，预应力混凝土连续刚构或连续箱梁施工过 程中底板混凝土崩裂事故在我国时有发生。如2008年2月28 日，达成铁路扩能改造工程唐家渡涪江特大桥（预应力混 凝土连续梁）在张拉已合龙的96-97号墩连续梁过程中也发 生梁底混凝土剥落现象。底板混凝土掉块位置位于6号块， 掉块面积约为2.3×2.1m，掉块厚度约为25cm；露出钢筋面 积约0.5×0.6m（见下图）。后经研究分析，预应力波纹管 在施工过程中没有采用网片进行定位加固（采用U型钢筋进 行定位）会造成局部定位不牢固而导致波纹管局部上浮， 波纹管上浮后，在施加预应力过程中导致混凝土受到向下 的拉力，从而使混凝土开裂。
题的严重性，桥上还有工人，桥下工棚内的工人还像平时那 样，照常吃饭。到11点50分，V形折角发展到使梁的长度缩 短，梁的一端便离开支座而下落，该端立即落到地面，而另 端在将桥墩撞倒之后则落在桥墩基础之上，惨剧终于形成。 当场死35人，伤18人。 这次事故的直接原因是：不应该在跨中有正弯矩的情况 下拆除其处的接头高强栓；间接原因则是这一施工方案在实 施时是困难的。在1970年，钢箱梁是一种新型结构；关于钢 板件的承载力理论尚未形成。
内各角隅处增加一矩形截面的劲性骨架混凝土小纵梁（凭 小纵梁的高配筋率来解决新老混凝土龄期相差过大问题， 凭改善工艺来解决梁与板接合处的开裂问题），用小纵梁 分担荷载来降低原截面的活载应力。按照这一思路所进行 的拆除，补强及重建该桥的工作业已在2001年完成。 斜拉桥是高次超静定结构，他现在仍有很多问题需要 探索。投入更多的设计力量，研究其行为，改善设计和施 工细节是十分必要的。
这些事故发生之后，英国曾对板件承载力理论进行 了深入研究。对于有初始缺陷的板件，已经能将其破坏 历程及最大承载力，用数值方法计算出来。若是让钢箱 梁仍用梯形横隔板传递支承反力，用计算方法来检验其 能否胜任，已经不是难事。对于纵向加劲肋，现在已较 多地改用闭口型截面；对于加劲肋在梁段接头处的全长 应该与板焊连，基本上已被推广。上述桥梁事故都发生 在施工阶段，在血的教训中，人们得到了很多启发。这 对以后的设计是有益的。
West Gate Bridge（澳大利亚）
施工过程
坠梁过程
4、德国科布伦茨桥
1971年11月10日，德国科布伦茨桥在伸臂伸出（于桥墩 之外的）长度达104.5m之际，在吊机起吊下一个安装梁段 时，梁的伸臂突然在其离墩50多m处(因是连续梁的反弯点， 截面最弱）发生折角，使臂端落水。桥上的吊机随之下落， 当时是下午2时15分，事故历时仅几秒钟。 科布伦茨桥分跨为：102.85+235.99+102.85m，采用从 两边进行伸臂安装、在主跨中央合拢的方法。
宁波招宝山大桥立面布置图
宁波招宝山大桥主梁横截面
宁波招宝山大桥主梁横截面压溃位置示意图
1998年12月决定拆除因碎裂而无法利用的部分（23 号块~15号块），减载保桥。研究发现：①由于顶、底板都 是后张法预应力混凝土，力筋的套管使该板成为“多孔板”， 通过强度测试，决定：应该使施工中的压应力≤20MPa， 运营时主力组合下的压应力≤17.5MPa、主+附组合的压应 力≤21.0MPa ②通过多次调索和优化控制，可以使重建部 分的压应力在施工时保持在17.5MPa 之内；③重建部分， 主要是加厚底板（从180mm增至280mm），其次是适当加 厚腹板（加厚30~40mm); ④为控制截面削弱，在粗轧螺纹 钢筋的接长之处套以波纹管（Ф75mm钢筋，用Ф80mm套 管），并将这些接头错开来布置； ⑤对于不予拆除的梁 段，一方面检查其开裂程度并适当修补，另一方面则在箱
2、奥地利维也纳多瑙河4号桥
1970年6月2日，英国米尔福德港桥（Milford Haven Bridge）连续箱梁的边跨（跨度为75.8m）在采用全伸臂安装 过程中，当伸臂长度为59.6m、用小车将前方梁段运往臂的前 端时，突然间，由于伸臂根部位置处的支承横隔板失稳，发 出响声 ，伸臂立即转动、下落，臂端撞击地面，臂的根则抵 住桥墩顶端，使墩身因受弯而开裂。
连接板上端部
连接板下端部
(a)上翼缘腹板间隙处
(b) 下翼缘腹板间隙处
图2-10 平面外变形所产生的疲劳裂纹示意图
此类裂纹的产生主要源于腹板小间隙区的面外变形。
3、横梁与主梁弦杆（或系杆）间连接 横梁与主梁弦杆（或系杆）间连接构造的功能是将桥面 系荷载传递给主梁，其最理想的受力状态是只传递剪力而不 传递弯矩，因为梁端弯矩过大可能会引起主梁弦杆（或系杆） 的扭转，并导致构造设置困难。因此，仅在横梁腹板上设置 一对连接角钢与主梁弦杆（或系杆）相连是国内外的普遍做 法。但事实表明，此种连接方法常会导致在两个位置处出现 疲劳裂纹，一是横梁上翼缘与腹板连接焊缝端部，另一处是 连接角钢端部。美国已有数十座系杆拱桥和钢桁架桥在此位 置处发现了大量的疲劳开裂破坏。
一、四座大型钢箱梁事故
1969.11～1971.11，在欧洲不同地方相继发生了四起 大型钢箱梁失稳或破坏事故。 1、奥地利维也纳多瑙河4号桥 1969年11月6日，奥地利维也纳多瑙河4号桥(The Fourth Danube Bridge ）箱梁下翼缘由于施工时的恒载效应和温度 效应叠加，所受压应力过大，局部失稳，使梁损坏。
二、宁波招宝山大桥事故
1998年9月24日19时50分，宁波招宝山大桥上游箱16号与 17号块接缝处底板、斜腹板和直腹板压溃,几分钟后下游箱16号 与15号块接缝处底板、斜腹板及直腹板也被压溃。
宁波招宝山大桥立面布置图
招宝山桥分跨为：74.5+258.0+102.0+83.0+49.5m。主跨是 由22号墩悬臂灌注伸出。当灌注到23号块（梁段）时，16号块 的底板（及其毗连的腹板）被压碎。经过仔细研究，照原设计 的施工安排逐阶段计算，发现：在23号块灌注完成时，15~17号 块底板压应力超过24MPa,而所用的混凝土是C50。
极易产生疲劳开裂破坏，美国已有多座钢桥发现此类疲劳开 裂破坏 。
Hoan桥 Lafayette Street桥
平纵联节点板连接焊缝细节产生疲劳裂纹的原因很多： 一方面，在车辆活载作用下，平纵联和主梁可能产生了一定 的共同作用，导致该细节的应力脉和循环次数均较高；另一 方面，即使将平纵联杆件与主梁的共同作用降至很低，在车 辆活载作用下，平纵联节点板仍可能承受由各种原因引发的 面外位移所产生的较高次弯曲应力循环作用。
四、钢梁横向连接细节疲劳破坏
桥梁钢结构在运营期内要承受车辆、风等动荷载的循环 应力作用，如果设计不当，这些循环应力产生的累积损伤就可 能引发结构细节的疲劳开裂。运营实践表明，一些钢梁横梁连 接构造细节如果处理不当就极易产生疲劳破坏。