再談陽明灘大橋“側滑”之謎

孫愷钜 2012年8月30日

 

2012年8月27日，愷钜公布了自己對哈爾濱陽明灘大橋“側滑”事故的思考，詳見拙文《陽明灘大橋“側滑”之謎》，但由於篇幅的原因，對於其中受力分析的模型的建立，並沒有過多著墨。因此對我在文中得出的結論，不少人還抱有懷疑。

隻要學過物理學，沒有不知道受力分析的，學過工程力學，受力分析更是基本功。但是，書本上的知識，都是非常典型的，而實際情況則千變萬化。

在錯綜複雜的千絲萬縷中綜合、歸納，建立起構件的受力模型，這不僅是一個工程設計人員的設計依據，更是事故分析的切入點。

那麽，愷钜是怎麽得出這次事故與超載無關而是蓋梁的剪切強度不夠這個結論的呢？

首先，我們要建立大橋的受力模型。

根據網上新聞，大橋“側滑”段長約130米，共涉及四個橋墩。橋麵上共有四輛卡車。

大橋毫無疑問是三維的，但我們為了能建立可以計算的模型，先把橋上的載荷簡化成二個二維的平麵，即縱向平麵和橫向平麵。

在縱向平麵（橋麵上車道方向），事故段的橋梁屬於簡支連續梁。這個平麵上的彎曲力矩的最大值位於卡車所停的位置，其所造成的破壞將使橋麵攔腰折斷。

這次事故中，整個橋麵整體滑下，並沒有在卡車位置發生斷裂，因此，這次事故不是由於縱向的載荷而造成，這已經可以定論。

在《陽明灘大橋“側滑”之謎》一文中，已經計算出，四輛大卡車，總重500噸，每個橋墩受力為125噸。

這個載荷，是根據縱向受力情況得出的。

由於四個橋墩有兩種支承形式，所以，在橫向（垂直於橋麵車道方向）它們的受力情況也有不同。

中間的兩個橋墩上沒有橫向的蓋梁，所以，他們隻承受垂直向下的力而不承擔橫向的由偏載引起的彎曲力矩。注意，這種支承方式在正常情況下是無可挑剔的。等會兒我們再談意外情況。

“側滑”橋麵兩端的橋墩支承雖然也同樣承受125噸載荷，由於結構的原因，橫向的彎曲力矩就是由蓋梁來承擔的。因此，相對於中間的兩個橋墩，它們的受力情況也就相對複雜一些。

從事故現場的照片上看，這兩個橋墩是T字形的，從力學模型的角度來說，稱為懸臂梁，俗稱“牛腿”。

這裏的關鍵就是斷裂的位置。

如果斷裂點在懸臂梁的根部，這裏是彎曲力矩也就是所謂的傾覆力矩的最大值所在，這才能說這次的事故是由於偏載造成的。

但事故的描述和照片中可以很清楚的看到，懸臂梁的根部好好的，斷裂破壞的位置在T字形橫梁外端2米處，而這裏正是卡車停車的位置，在這裏的彎曲力矩等於0！

也就是說，事故和偏載造成的彎矩（傾覆力）毫無關係！

這裏，我們還可以做個簡單的實驗，如果你把一根筷子用台虎鉗夾住，用手去折斷這根筷子，筷子絕不會斷在手握住的地方，而是斷在台虎鉗夾住的根部，這是同樣的道理。

通過以上層層簡化，建立了縱向、橫向的力學模型，將複雜的三維的受力分析簡化為二維的受力分析，從而在《陽明灘大橋“側滑”之謎》一文中，得出了這四輛大卡車所造成的剪切力，是壓不垮大橋的結論。

當然，這個“壓不垮”的前提是大橋的設計和建造都必須合符規範。

事實上，大橋確實垮了，“側滑”了。

事故現場的報道已經明確地告訴我們，蓋梁外端2米處，發生了斷裂。

請注意，上文已經說到了，整個橋麵的偏載，是由兩端的蓋梁承擔的，與中間的兩個橋墩無關。

所以，一旦兩端的蓋梁發生斷裂，那麽，整個橋麵結構成千上萬噸的重量的一半，在霎那間失去了支承，一下子側翻下來了。而在這時候，中間的兩個橋墩所能提供的幫助僅僅為0。在這霎那間，四輛超載的大卡車區區500噸的重量，已經是微不足道了。

愷钜對整個事故的分析，通過這兩篇短文，到此告一段落。

工程中，當一個構件因強度不夠而斷裂，有幾個原因：

1，    設計計算出錯，導致構件沒有達到應有的強度。（設計公司主要責任）

2，    設計計算沒有錯誤，建造工藝錯誤，導致構件達不到應有的強度。（設計建造監理都有責任）

3，    偷工減料，使構件達不到應有的強度。（建造公司主要責任）

4，    還有一種情況不能排除，那就是結構設計不合理，造成局部應力過大，盡管設計強度足夠，在動載荷情況下，因內部微小缺陷（這是不可避免的）而造成瞬間的脆性斷裂。

如果最終調查結論是上述的第4種情況，那完全是設計公司的責任了。由於這涉及更高深的力學計算，在這篇類似於科普的短文裏，請恕愷钜不再詳解。

但這也是最可怕的，這意味著這家設計公司所設計的同類橋梁均有重大隱患。

就目前來說，愷钜沒有看過設計文件，也沒有看到斷裂處的細節，隻是根據新聞報道而談點自己粗淺的看法。好在調查報告很快就會公布，到時候，再來檢驗愷钜所說是否正確吧。