陽明灘大橋引橋坍塌事故分析報告

1、陽明灘大橋引橋坍塌事故分析報告1、 工程簡介（資料）1. 1概述 陽明灘大橋位于哈爾濱市西部松花江干流上，因主橋穿越松花江陽明灘島而得名，大橋連接松花江北岸松北區(qū)和松花江南岸道里區(qū)群力新區(qū)。工程于2009年12月5日開工建設(shè)，2011年11月6日正式竣工通車，估算總投資18.82億元。陽明灘大橋?yàn)楣枮I市首座懸索橋，大橋全長7133米，其中橋梁部分長6464米，接線道路長669米，每小時車流量可達(dá)9800輛，橋面寬度41.5米，雙向8車道，主橋跨度427米，主塔高80米，橋下通航凈高不小于10米，可滿足松花江三級航道通航要求。1.2 設(shè)計 陽明灘大橋全長7130米，其中橋梁長度6464米。哈市

2、建委西部路網(wǎng)工程建設(shè)指揮部的技術(shù)人員表示1 ，陽明灘大橋之所以建設(shè)得如此長，是因?yàn)樵诒泵嬗袀€松北的防洪大堤，南岸有個群力的防洪大堤，堤外是灘涂地和松花江，必須高架過去，跨過兩個大堤，全線是高架形式，因此，陽明灘大橋全長達(dá)7130米。 橋?qū)挵p向八車道和兩側(cè)各2米人行道共計41米，橋面總面積23.6萬平方米，相當(dāng)于33個標(biāo)準(zhǔn)足球場面積。 全橋共使用混凝土近40萬立方米，使用各種鋼材6萬多噸，鋼梁6600噸，纜索1450噸。陽明灘大橋是自錨式懸索橋，主橋?yàn)殡p塔五跨自錨式懸索橋鋼-砼組合梁結(jié)構(gòu)，南北引橋?yàn)楹喼мD(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和多箱室預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁1 ，其超大規(guī)模和多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)并存的

3、形式是中國跨江橋梁中的代表。大橋兩座主塔巍然矗立，兩條主纜分別與橋體連接，從側(cè)面看呈現(xiàn)“m”型。在主纜與橋面之間，垂直的設(shè)置98對、196根吊索，將自重達(dá)2萬余噸的陽明灘大橋拽起來。自錨式懸索橋在橋面上需要很大的水平力。經(jīng)過科學(xué)計算、論證和實(shí)驗(yàn)，采用鋼混疊合梁當(dāng)承擔(dān)水平力的橋面梁，很好地解決了橋面瀝青混凝土和橋面之間的關(guān)系。此外，橋梁防洪能力達(dá)300年一遇，設(shè)計最高及最低通航水位分別為120.3米和113.1米，滿足三級航道通航要求，市民無需擔(dān)心陽明灘大橋的質(zhì)量。1.3施工 松花江公路大橋于1983年5月動工修建，1986年8月30日竣工，橋長為1565米。與之相比，陽明灘大橋從建設(shè)到貫通僅僅

4、用了14個月的時間1 。從建設(shè)歷程看，陽明灘大橋經(jīng)歷了幾個重要的建設(shè)節(jié)點(diǎn)： 2009年，施工人員利用冬天在零下30以下的溫度條件下，完成了主塔的80根樁； 2010年5月至11月，實(shí)現(xiàn)了四個塔的主塔封頂； 在隨后的冬季，主橋6600噸鋼梁在拼裝平臺上完成了栓接的拼裝和頂推，并利用冰面將水中臨時墩堪固，利用松花江的冰面將鋼梁從北側(cè)推到南岸，將夏天預(yù)制完的預(yù)制梁安裝了三分之一。“攻克冬季施工難題，大大縮短了施工周期1 ?！?.4建成意義 陽明灘大橋是哈爾濱市繼松浦大橋之后自行組織建設(shè)的又一座跨江大型橋梁工程，北起松北區(qū)三環(huán)路與世茂大道相交處，南下跨越江北防洪堤、陽明灘島、松花江主航道、江南群力防洪

5、堤后，在群力新區(qū)與陽明灘大橋疏解工程連接。 陽明灘大橋?yàn)殡p向八車道，設(shè)計時速80公里，車輛從江南到江北只需6分鐘，且大橋通行能力最高可達(dá)9800輛每小時。通車后將與已建成的松浦大橋，哈爾濱松花江公路大橋一道，有效疏解大容量的過江車流。 作為城市跨越松花江的重要通道，可有效減輕松花江公路大橋的交通壓力，促進(jìn)松北新區(qū)和群力新區(qū)的交通聯(lián)系，進(jìn)一步完善哈爾濱市過江道路交通體系。二、垮塌事件(資料)2.1陽明灘大橋引橋坍塌 8月24日5時30分，通車不到1年的哈爾濱陽明灘大橋（引橋處）發(fā)生坍塌，一段往江北方向引橋整體向人行道方向傾倒。2. 2深度分析陽明灘大橋坍塌原因建成不足一年的陽明灘大橋引橋坍塌事故

6、引起了業(yè)內(nèi)人士高度關(guān)注、深度反思，以下幾點(diǎn)或?qū)⒊蔀檎T發(fā)事故主因： 1、未能形成有效支撐，具體表現(xiàn)在橫向支座布置不合理、縱向連接長度不夠，容易導(dǎo)致支座脫空和落梁破壞，這是細(xì)節(jié)設(shè)計上的問題，至少考慮不周全； 2、上部結(jié)構(gòu)采用鋼砼組合簡支箱梁，跨間連接設(shè)計存在問題，橋面系本身未能有效參與（分配）橫向整體受力，主體抗傾由支撐體系承擔(dān)（此舉風(fēng)險著實(shí)不小）； 3、鋼箱梁（或組合箱梁）本身重量相對砼箱梁要輕，對于支撐（支座）而言，活載所點(diǎn)比例較大，此時，結(jié)構(gòu)本身就更容易導(dǎo)致另側(cè)支座承載力出現(xiàn)負(fù)值或儲備較??；4、圖中提到四輛貨車，載荷較大，然而傾覆時似乎只有一輛貨車（見上圖），而且該車應(yīng)該未達(dá)驗(yàn)算車輛荷載軸重

7、，如此情況下導(dǎo)致傾覆，可以說設(shè)計上應(yīng)沒有進(jìn)行有效的橫向穩(wěn)定性（抗傾覆）驗(yàn)算。實(shí)際上，在國外，包括編制部頒通用圖時，都會充分考慮超載、特載、以及橋面系（包括護(hù)欄）的作用大小以及安全系數(shù)，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多達(dá)十余種活載、規(guī)定了護(hù)欄等二期恒載在進(jìn)行不同驗(yàn)算時，要乘以不同的安全系數(shù)，進(jìn)行綜合評判； 5、大部分設(shè)計院在設(shè)計時，往往側(cè)重于縱向分析（如采用桿系），且習(xí)慣于將上、下部分別進(jìn)行計算分析，而未能從“空間”、“整體”角度進(jìn)行全面分析，各種因素或受力行為未能系統(tǒng)加以考慮。 除上述外，也不排除施工或管理上的一些其它問題，以及超載的可能性，行業(yè)人士認(rèn)為主要問題應(yīng)當(dāng)歸結(jié)為設(shè)計方案考慮不周、結(jié)構(gòu)方案不合理。3

8、、 傾覆事故成因力學(xué)模型分析暨橫向傾覆穩(wěn)定性探討3. 1 前言當(dāng)前，我國城市立交、高速匝道等曲線橋梁多采用獨(dú)柱現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)形式。該種結(jié)構(gòu)具有減少占用土地、改善下部結(jié)構(gòu)布局、增加視野和橋型美觀的優(yōu)點(diǎn)。但由于其在汽車偏載作用下，對結(jié)構(gòu)抗橫向傾覆穩(wěn)定非常不利。目前，該種結(jié)構(gòu)形式的橋梁在使用過程中已發(fā)生多起傾覆事故。目前我國載重車輛普遍存在超載現(xiàn)象，個別車輛超載甚至達(dá)到200% 300%，導(dǎo)致多數(shù)橋梁處于超負(fù)荷工作狀態(tài)。我國的橋梁設(shè)計工作者關(guān)注的重點(diǎn)在于橋梁的抗彎、抗剪承載能力方面，對于偏心偶然超載作用關(guān)注不足。 圖1 陽明灘大橋（引橋）傾覆事故現(xiàn)場照片3.2 現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)橫向傾覆穩(wěn)定性的檢算

9、方法3.2.1 現(xiàn)行鐵路橋梁規(guī)范橫向穩(wěn)定性的檢算方法 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(tb10002.3- 2005) 中的4.1.1 條對橫向傾覆穩(wěn)定性檢算的規(guī)定: 在計算荷載的最不利組合作用下, 橋跨結(jié)構(gòu)的橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.3。4.1.1 條的條文說明: 檢算傾覆穩(wěn)定性時, 可將支座看成是剛體, 穩(wěn)定力距及傾覆力矩沿橫向指對支座邊緣(圖2 中的a 點(diǎn)和b 點(diǎn))而言, 沿縱向指對支座鉸中心(圖2中的c 點(diǎn))而言, 計算公式如下: (1- 1): 穩(wěn)定力距, : 傾覆力距3.2.2 現(xiàn)行公路橋梁規(guī)范在傾覆穩(wěn)定性以及支座脫空方面的描述 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(jtgd60-

10、 2004)中3.5.8 條和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(jtg d62- 2004) 中9.7.4 條中均只有禁止支座脫空的描述?？梢娢覈F(xiàn)行的公路橋梁規(guī)范對橫向傾覆穩(wěn)定性沒有相關(guān)的規(guī)定, 處于空白狀態(tài)。3.2.3 計算橫向傾覆穩(wěn)定性時現(xiàn)行公路和鐵路橋規(guī)的不足之處 由于現(xiàn)行的公路橋規(guī)在橫向傾覆穩(wěn)定性方面處于空白, 所以在遇到相關(guān)的問題的時候只能參照鐵路橋規(guī)的相關(guān)規(guī)定。將鐵路橋規(guī)的抗傾覆條文應(yīng)用于公路橋梁, 有以下幾點(diǎn)不足之處: 1) 鐵路橋梁上車道少, 車道位置固定; 公路橋梁車道數(shù)較多, 由于其車道設(shè)置比較寬(3.03.75m), 而行駛車輛寬度相對較窄, 在交通擁堵時原來設(shè)

11、置的車道內(nèi)將涌入比原來預(yù)計更多排的車輛, 偏載情況更加嚴(yán)重。 2) 鐵路橋梁寬度窄, 梁高大, 道渣和鐵軌的自重較大, 這些對抗傾覆有利; 公路橋梁截面形式扁平, 自重低, 對抗傾覆不利。 3) 城市高架橋由于美觀需要及橋下空間的限制而設(shè)置獨(dú)柱墩, 墩頂支座橫向間距小。按照鐵路橋規(guī)的橫向傾覆穩(wěn)定性檢算方法能通過, 不能保證不會發(fā)生局部支座脫空的情況。 4) 鐵路橋規(guī)中的傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.3, 我們可以將其理解為汽車偏載時超載時30%傾覆力矩達(dá)到臨界值。在現(xiàn)階段汽車超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重, 只考慮超載30%偏不安全。5) 鐵路橋規(guī)中的傾覆穩(wěn)定性規(guī)定和檢算方法并沒有簡支梁橋和連續(xù)梁橋的區(qū)別。3.2.4

12、問題的提出及分析中墩采用獨(dú)柱墩, 設(shè)單支座, 橋臺處則采用雙支座, 現(xiàn)在需要解決的問題是,在極端偏載的情況下, 橋梁的抗傾覆安全度怎樣, 和哪些因素相關(guān), 怎樣計算和評價這一安全度指標(biāo)。橋梁在一個平面內(nèi), 由若干個支座支承, 要發(fā)生側(cè)翻或傾覆, 總是存在一個翻轉(zhuǎn)軸, 在外力的變化下, 這個翻轉(zhuǎn)軸的一個方向翻轉(zhuǎn)的力矩不斷增大, 達(dá)到并超過了整個結(jié)構(gòu)對于這個翻轉(zhuǎn)軸所能承受的抵抗翻轉(zhuǎn)力矩, 整體結(jié)構(gòu)就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)并傾覆。如, 兩橋臺同側(cè)支座的連線就構(gòu)成一個翻轉(zhuǎn)軸, 當(dāng)該側(cè)的偏載過大, 超過箱梁自重所能承受的抵抗力矩后, 箱梁整體將向偏載一側(cè)翻轉(zhuǎn)。對于直線橋來說, 通過力學(xué)及幾何的關(guān)系, 我們不難發(fā)現(xiàn)對

13、于同一荷載標(biāo)準(zhǔn), 橋梁橫向抗傾覆能力主要取決于橋?qū)抌 和支座間距c。b 越大, c 越小,橋梁更容易傾覆; 反之則更安全。通過后文的分析,我們發(fā)現(xiàn)另外的影響因素則還有橋長l , 而且對于曲率不同的橋梁, 其影響因素和抗傾覆特性也有很大不同。為了分析橋梁橫向抗傾覆能力和以上幾個因素的關(guān)系, 我們先做出以下假設(shè), 以簡化問題: (1) 橋梁整體簡化為一個平面結(jié)構(gòu);(2) 橋梁的重量在整個橋面范圍內(nèi)均勻分布;(3) 橋梁縱橫向強(qiáng)度、剛度滿足要求, 即不會發(fā)生除橫向傾覆失穩(wěn)以外的其他破壞形式;(4) 計算受力時, 不考慮橋梁變形對受力的影響。3.2.5評價指標(biāo)計算式的推求1.抗傾覆指標(biāo)可以以抗傾覆度作

14、為評價連續(xù)梁橋抗傾覆能力的指標(biāo)。對于抗傾覆扭轉(zhuǎn)力矩, 主要有箱梁翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向異側(cè)的結(jié)構(gòu)重力; 對于傾覆扭轉(zhuǎn)力矩, 則主要有箱梁翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向同側(cè)的結(jié)構(gòu)重力和偏載的活載力矩。2. 計算模式分類圖3 某橋平面布置示意對于翻轉(zhuǎn)軸的確定, 我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)根據(jù)如圖3所示的橋面的曲率狀態(tài)區(qū)別對待。因此, 對于橋梁平面, 可分為以下3 種情況: (1) 圖3(1) 所示的直線橋, 橋軸線為直線, 翻轉(zhuǎn)軸為橋臺同側(cè)支座的連線;(2) 圖3(2) 所示的微彎曲線橋, 橋軸線為大半徑曲線, 其特征是其翻轉(zhuǎn)軸不穿過橋梁的外邊緣線,介于圖3(1) 和圖3(3) 之間的情況, 都屬于微彎橋;(3) 圖3(3) 所示的大彎

15、曲線橋, 橋軸線為小半徑曲線, 其特征是翻轉(zhuǎn)軸穿過橋梁的外邊緣線, 曲率大于圖3(3) 的屬于大彎橋。3.計算過程i 直線橋（適用于陽明灘大橋引橋垮塌段計算）直線橋受力特點(diǎn): 翻轉(zhuǎn)軸為兩橋臺一側(cè)支座的連線。其中，；式中: 抗傾覆度; 翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向異側(cè)的橋面面積(); 翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向同側(cè)的橋面面積(); 橋?qū)?);橋臺支座間距(); 橋梁全長(); 上部構(gòu)造單位面積重量(); 橫向最不利布載時距離外邊緣距離(m); 集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值(), 根據(jù)跨徑不同按規(guī)范選取; 車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值()。ii 微彎曲線橋（略）iii 大彎曲線橋（略）四、關(guān)于獨(dú)柱墩連續(xù)橋梁傾覆問題的幾點(diǎn)看法在建設(shè)條件約束或特殊要求的

16、情況下，我國的城市立交、跨線或高速匝道橋梁多采用獨(dú)柱連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式，尤其以小半徑曲線形布置居多。獨(dú)柱連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式優(yōu)勢在于，減少占用土地、改善下部結(jié)構(gòu)布局、開闊視野、增加橋型美觀等等。但是，實(shí)際應(yīng)用中，存在一些偶然的不利因素，超限偏心荷載的作用，引發(fā)部分橋梁發(fā)生傾覆事故，造成重大人身財產(chǎn)損失，教訓(xùn)十分深刻。一些科技工作者，作了大量的科學(xué)研究，得出了很多有價值的結(jié)論，使得該類事件概率大為降低。 1、從現(xiàn)行規(guī)范上看，公路橋梁規(guī)范對橫向傾覆穩(wěn)定性的相關(guān)規(guī)定，尚處于空白狀態(tài)。公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(jtg d62一2004)中9.7.4條中只有禁止支座脫空的描述，而連續(xù)獨(dú)柱墩橋梁結(jié)構(gòu)的抗扭安全儲備不高。 2、從設(shè)計工作者來看，橋梁結(jié)構(gòu)工程師往往關(guān)注的重點(diǎn)在于橋梁的抗彎、抗剪承載能力方面，而對于偏心偶然超載作用的關(guān)注是不足的。 3、從研究工作來看，現(xiàn)行公路規(guī)范目前缺少對橋梁橫向穩(wěn)定性的相關(guān)規(guī)定，國內(nèi)對此的研究工作也處于起步階段，可直接應(yīng)用或指導(dǎo)實(shí)踐的有價值的成果寥寥無幾。 4、從交通現(xiàn)狀來看，目前我國載重車輛普遍存在超載現(xiàn)象，個別車輛超載甚至達(dá)到200%一300%，導(dǎo)致多數(shù)橋梁處于超負(fù)荷工作狀態(tài)。獨(dú)柱現(xiàn)澆連續(xù)箱梁傾覆的偶然事件時有發(fā)生。5、從應(yīng)對措施上看，針對獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)橋梁，盡