本桥垮塌过程简述: 本桥拱圈、主梁共同承重,拱圈为压弯构件,主梁为拉弯构件,吊杆为纯拉构件。 吊杆在腐蚀、疲劳作用下,再加上吊杆锚固区细节可能存在问题,强度大为折减。跨中吊杆失效后,紧接着跨中前进方向、后退方向吊杆接连失效,断裂位置,有些位于吊杆与拱圈连接处,有些位于吊杆与主梁连接处。 随吊杆失效,主梁承重增加,主梁由拉弯构件变为纯弯构件,跨中首先进入塑性,形成塑性铰,变形迅速增大,即图中V字构形。
随吊杆失效,主拱承重减少,桥梁整体垮塌过程中基本完整。
原因初步分析 通过本桥垮塌过程细节回放,直接原因很明显,是吊杆锚固区出了问题。 正常情况下,即使一根吊杆断裂,相邻吊杆具备足够的安全储备,不至于同时断裂,否则吊杆也无法进行更换。本桥跨中吊杆断裂后,引发相邻吊杆相继断裂的连锁反应,说明吊杆集体失效了。 吊杆属于可更换构件,在长期疲劳荷载作用下可能失效,原本应定期进行更换,同时本桥位于海边,氯离子浓度较高,在氯离子环境作用下,钢材腐蚀速度加快,吊杆更换周期应该比正常周期缩短。 而本桥已通车运营21年,普通环境下,该运营时间已经较长,达到更换年限,在氯离子环境作用下,21年属于超期服役了。出现如此悲剧,更多的原因不是技术问题,而是管理问题。
从事故录像可初步推断,此次南方澳大桥的坍塌很可能是由吊杆的腐蚀疲劳所导致的。 吊杆是组成拱桥、悬索桥等索承结构的关键传力构件,在桥梁日常运营过程中,吊杆内钢丝在侵蚀性环境及轴向拉力的双重影响下极易发生腐蚀;特别是锚头等容易积水的部位,腐蚀问题往往更为突出(见下图)。腐蚀自身的不均匀性及点蚀等局部腐蚀现象的发生,会显著降低材料的断裂韧性,并在局部位置造成严重的应力集中,进而加快疲劳裂纹的成核与扩展,导致结构的腐蚀疲劳破坏。2001年宜宾南门大桥和2011年新疆孔雀河大桥的局部坍塌,就是两起典型的吊杆腐蚀疲劳引起结构破坏的案例。 吊杆的腐蚀及腐蚀疲劳问题
孔雀河大桥坍塌事故 截至目前,国内外已有多起桥梁吊杆因服役期间或发生严重腐蚀问题而进行更换的工程案例(黔江大桥、虎门大桥、江阴长江大桥、日本北州桥、美国威廉斯堡桥等)。 据统计,这些桥梁吊杆的更换多发生在通车后8-15年间,远低于吊杆30年的设计使用寿命。而此次南方澳大桥的事故,又为我们进一步敲响了警钟:对拱桥和悬索桥这类索承桥梁结构而言,吊杆的日常检测、维修和更换必须引起足够的重视!
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