深度！美国佛罗里达大学人行天桥坍塌原因解析
导语：3月15日，美国迈阿密一座新建的近千吨重的人行天桥突然坍塌，造成6人死亡、9人受伤。清华大学土木工程系博士生刘诚对该事故进行了详细分析。1. 事故桥梁简介
佛州大学人行天桥建于迈阿密(Miami)郊区的佛罗里达州大学(FIU)，连接FIU校园和甜水区(Sweetwater) ，横跨SW 8街和一条水渠(canal)。
该事故桥为两跨人行天桥，跨径30m+53m，宽9.5m。其中，主跨53m段在施工过程中垮塌。其结构体系为预应力混凝土桁架桥(主)+索塔(辅)。预应力混凝土桁架中，下翼缘为桥面板(宽9.5m)，上翼缘兼做雨棚(宽4.8m)，翼缘中心距约5m ，两者采用单榀斜腹杆连接。而索塔仅提供对活载和风荷载的有限支撑。斜拉索为圆钢管截面(直径0.4m)，不具备张拉功能，主要为装饰效果。设计使用年限为100年，抗5级飓风，总投资1420万美元，预计2018年底使用。
以下是该桥梁的设计说明及图纸。
该桥桥面板为悬臂结构，厚241~625mm。
从图纸可以看到，该桥的主跨和边跨预应力束是断开的。
主跨桁架立面
腹板预应力设置
桥梁施工过程主要分为4步：
1、现浇主跨桁架；
2、浇筑混凝土墩；
3、移动主跨上支座；
4、现浇边跨桁架。
桥梁施工过程
桥梁在施工过程中使用了自驱动桥梁顶升模块(SPMT)，从而代替了传统的满堂脚手架施工模式。
平移施工时，蓝色部分的主跨总重为861吨。
该人行桥为预应力混凝土桁架桥，主跨和边跨均为简支桁架，两者并不连续。下翼缘处施加纵向和横向的预应力，上翼缘只施加纵向预应力，受拉腹杆也施加预应力。
在施工时，主跨在桥址附近现浇施工，之后采用SPMT平移上墩。
2. 桥梁坍塌事故
事故时间线
2018-03-10：移动主跨桁架上桥墩
2018-03-13：工程师发现桥梁北侧端部存在裂缝，并给佛州交通局发送语音报告，但并未得到重视。
2018-03-13：设计和施工团队随后在现场碰面，主设计师认为裂缝对桥梁整体安全没有影响。
2018-03-15 9AM: FIU一大学职工在等红灯时，听到一声如“打马鞭”的声响。
2018-03-15：当地镇长称桥梁正在进行受力测试。某参议员发推特，称工程师正重新张拉松掉的索。
2018-03-15 1:47PM: 桁架北侧端部首先垮塌，而后桁架多处折叠断裂，整个桁架砸向地面。事故造成6人死亡，9人受伤。
路过车辆行车记录仪拍到的视频截图
事故现场的照片
3. 事故原因分析
根据观察到的坍塌现场和一些视频记录，笔者推测佛罗里达大学人行天桥坍塌发生的次序如下：
1）斜腹杆（11）或节点（10-11）破坏（无直接证据，仅为推测）
2）桁架北侧上下翼缘剪切破坏（由行车记录仪视频观察可知）
3）北侧桁架垮塌，桁架下翼缘砸向地面（观察）
4）下翼缘和#12杆断开（观察）
5）自北向南，桁架节点（9-8和7-6节点）依次破坏（观察）
为什么斜腹杆（11）或节点（10-11）会破坏呢？
结合以下资料初步推测，事故原因为施工中错误张拉预应力，导致11杆失效，进而支座处上下翼缘剪坏，支座形成活动机构，结果中跨节点依次破坏。
参议员Marco Rubio在事故当晚发的推特称工程师正重新张拉松掉的索：
“The cables that suspend the #Miami bridge had loosened & the engineering firm ordered that they be tightened,” Rubio tweeted after 11 p.m. “They were being tightened when it collapsed today.”
由于当时还没有架设索塔，推测他所指的cables应该是桁架桥的预应力筋（tendon） 。
事故后在支座处发现破坏的千斤顶和崩出的预应力筋
目击者Jose Mejia称：桥梁坍塌时，有个蓝色盒子从起重机掉下来，导致坍塌发生。
为什么预应力筋会松驰呢？推测为施工荷载与设计荷载不同的构件，比如斜腹杆（11）。
原设计方案中，斜腹杆（11）是受压杆。
设计方案中，斜腹杆（11）也没有预应力。
但是在施工过程中，斜腹杆所处北端形成了悬臂段，斜腹杆（11）为受拉杆。
施工过程中的桁架顶升位置
为此，推测施工方因此调整设计方案，给11杆施加预应力。
顶升装置撤除后，11杆受压，预应力筋松弛；
施工人员本应该撤除11杆的预应力，但是可能错误地重新张拉了11杆的预应力；
同时还在进行的受力测试，增大了11杆的压力；
最终，11杆混凝土压溃，引发后续破坏。
4. 经验和教训
当然，上述原因分析有着诸多推测，真正的原因还有待调查。
但从目前的分析上看，该事故有不少过度设计的地方，“创新”的同时造价惊人，且项目管理混乱。
桥自身的设计也不太合理，若采用钢混组合结构造桥，可大大减轻自重和造价。而减轻自重，恰恰是结构工程师最重要的任务之一。
分析的恨透彻和到位，学习了，谢谢 分析思路清楚，看懂了！！谢谢分享 专家果然就是厉害分析的虽然带有一定的推理性质，但句句切中要害此处点一百个赞
ok 继续卖力赶工期去了 不是我等苦力有时间去研究推理的茬 欢迎更多专家大V们秀肌肉，我等苦力顺便受教育长见识{:4_112:}
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