2020一级建筑师预测热门考点——无锡高架桥侧翻事故

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10日18时10分许，江苏无锡市北环路附近(312国道上海方向锡港路上跨桥路段)一高架桥发生桥面侧翻事故。此事刷屏了网络。

有三台车子，眼睁睁看着被压在了高架桥下面，我们为生命的脆弱感到无比惋惜。

有的人在等红灯的时候躲过一劫，有的人在大桥底下逃生后吓得崩溃大哭…… 明天和意外不知道哪个会先来临，世事总是如此的无常和无情。

事故共造成3人死亡，2人受伤。据悉，事发时侧翻桥面上共有5辆车，其中3辆小车、2辆卡车。

11日凌晨5时，无锡市事故救援指挥部发布事故通报。

事故初步原因：超载

交通运输部与江苏省交通运输厅视频连线了解，事故发生时，一严重超载货车在桥上行驶，车辆经过时候由于超载产生共振，可能为桥梁垮塌的直接原因。

也有部分网友提供消息说，本次事故桥梁为单柱支撑，这也是事故发生的另外一方面原因。据《财新网》对现场桥梁老师采访，事故或并非单一车辆超载所致。事发当时有多辆超载大货车，导致该路段桥面立柱的盖梁被破坏，桥面发生侧翻倾覆。

而据事故救援指挥部发布的最新信息，交通运输部老师组已赶赴现场指导事故调查，无锡市也已成立事故调查组。经初步分析，上跨桥侧翻系运输车辆超载所致。

有网友说该货车应载65吨实载187吨，但该说法目前未得到官方确认。

事故发生后，跨桥的设计、施工问题，引发网友的质疑。

两家公司作出回应

11日，苏交科(300284.SZ)、中设集团(603018.SH)分别发布澄清公告，10日发生的无锡高架桥侧翻事故中事故桥梁的设计与两家公司无关。

10月12日， 江苏中设集团股份有限公司(中设股份，002883)在回答投资者“无锡侧翻高架桥的设计单位是你们吗?苏交科和中设设计都发了澄清公告，你们怎么还没发呢?”的提问时表示，312国道锡港路上跨桥倾覆的事情发生以来，作为设计单位，我们第一时间赶往事发地点，一方面关注现场遇难人员的援救情况，一方面迅速进行桥梁复算。经过多人多软件连夜认真复算，确认设计符合各项规范要求。中设股份称，10月11日上午，无锡市事故救援指挥部发布了事故责任的初步认定，为“经初步分析，上跨桥侧翻系运输车辆超载所致”。

事发高架桥属于单柱式桥墩梁式桥，独立墩柱桥因结构简单，占地面积少，视野开阔等特点，广泛的应用于城市立交系统，但桥面在偏载和超载的情况下易发生倾覆现象。

桥梁设计时都会考虑倾覆的情况，一般会有个倾覆轴，即图中的L1，当行驶的车辆超过这倾覆轴，既可以理解为偏行，虽然L1越大，桥面的倾覆力越大，但一般不会出现问题，但如果车辆超载较多，而且是偏行，即P*L2会远远大于桥梁的抗倾覆力，此时桥梁就会发生倾覆。

桥梁老师分析

根据网上公开资料和相关新闻报道，对事故进行初步判断，可认为桥梁垮塌最直接原因，是货车的超载和偏载行驶。他说，在货车超载、偏载作用下，桥梁受力失衡，从而造成侧翻。

根据事故照片和视频呈现的破坏形态，可推断箱梁为三跨连续预应力混凝土箱梁，为直线桥，箱梁两端设置有双支座，中间两个桥墩的墩顶仅在箱梁中心线上设置了一个单支座，属于独柱墩桥梁范畴。

老师表示，由于独柱墩在横桥向采用单支点支撑，在汽车偏载作用下，对结构的横向抗倾覆稳定非常不利。

据另一位不愿具名的资深建筑科学工程师也介绍，这种设计本身是可行的，单桥墩可节省桥下空间。不超载的情况下这种桥是安全的，只是由于车辆都是靠右行，当双向车流量不均衡时，偏心荷载会产生倾覆力矩，在桥梁超载时可能导致桥梁侧翻。如果单次超载严重，比如达到数百吨且车辆行驶靠外侧，在杠杆效应下，有可能超过桥梁自身抗倾覆的能力，就会导致侧翻。

其实近年国内发生过独柱墩桥梁倾覆事故：

事故的最终原因大多归结于车辆超载、超限所致，此类事故的接连发生也引起桥梁专业人士的讨论和深思。发生上述事故的桥梁大多有以下共同点：

(1)整体式箱形梁桥;

(2)直线桥或平曲线半径较大;

(3)重载车靠行进方向右侧边缘行驶或停留;(4)倒塌桥梁大多是长桥，采用了独柱墩单支点设计，端横梁处双支座间距较小;

(5)破坏形式表现为整体倾斜倒塌。

目前国内研究和事故分析中将此类问题归结为抗倾覆稳定问题，将破坏形式简单地描述为绕倾覆轴旋转倒塌,而没有对弹性体问题简化为刚体处理方法的适用范围，以及破坏过程中橡胶支座的受力状态、支座与箱梁间的相互作用进行深入研究。

现行公路桥梁设计规范中对于该问题的要求处于空白。铁路桥梁规范中要求结构的侧向倾覆稳定系数不应小于1.3。由于铁路桥梁与公路桥梁(或城市桥梁)在车道数、行车轨迹、结构抗扭刚度、结构自重等方面存在诸多差异，因此采用铁路规范中的条文和系数，在公路桥梁(或城市桥梁)设计中能否适用值得探讨。

国内桥梁设计过程中往往重视结构纵向的强度设计，而忽视偏载作用下结构侧向抗倾覆稳定问题。从最近的几次事故中也可以看出。桥梁结构强度的安全系数明显高于侧向倾覆稳定的安全系数此外采用相同的设计活载对桥梁结构进行强度验算和抗倾覆稳定验算，能否保证结构安全，同样值得探讨。

国内外相应设计规范

国内外的桥梁规范中，就偏载作用下结构侧向倾覆失稳问题均没有明确的定义和要求，虽然与此类问题相关的要求均有表述，但不尽相同，如下表所示。

从上表可知，中国公路桥梁规范和铁路桥梁规范均引入了按照刚体计算的抗倾覆稳定系数，公路桥梁规范意见稿中考虑密集55t车列的工况，将安全系数定为2.5;美国桥梁规范明确了多向活动支座的最小竖向力不应小于其承载能力的20%，这与中国铁路桥梁规范中板式橡胶支座的要求基本相同，但前者更为全面;日本桥梁规范中在计算支座负反力时活载效应取用2倍的系数。上述规范的要求各有千秋，本文通过下面的实例进行比较。

实例分析与对比

某直线匝道桥其平面布置和上部结构横断面布置如图1所示，端横梁设置双支座，中横梁处为单支座，桥型结构为六跨等截面钢筋混凝土连续梁桥，设计荷载等级为公路-I级。该桥在三辆重型货车偏载作用下发生倒塌事故，经实测三辆货车重量分别为125t、125t和110t，总重为360t。

图1 某桥平面及上部结构横断面布置示意图(单位：m)

在公路-I级、密集55t车列和事故车列三种荷载工况作用下，该桥按照刚体进行计算的抗倾覆稳定系数结果详见下表。从表中可知，设计活载作用下，该桥的抗倾覆稳定系数达到18以上，即使在密集55t车列或事故车列的作用下此系数也均在6以上，并且事故车列的总重量小于密集55t车列的重量(412.5t)。

采用弹性体计算模型，从端横梁处支座反力计算结果下表中可以看出：虽然设计活载作用下，“恒载+活载”组合支座不脱空，但密集55t车列或事故车列的作用下，支座负反力达到1000kN左右。由此可见，对于连续梁桥受偏载作用下扭转变形的影响，即使在刚体抗倾覆稳定系数达到6，也不能避免支座的脱空。

从对称荷载作用下截面最大弯矩的计算结果(下表)可以看出，在单列密集55t车列和事故车列的作用下，截面的最大正弯矩值和最大负弯矩值均与设计活载作用下的结果相当，并且组合值均小于截面抗力。

将本例桥梁端横梁支座间距调整为5m，此时汽车活载作用线位于两支座间，按照刚体进行计算的抗倾覆稳定系数为+∞，偏载作用下支座反力计算结果如下表所示。可见支座活载负反力大幅减小，即使在密集55t车列作用下，该支座也不脱空。

根据上述分析结果可知：

(1)按照刚体计算的抗倾覆稳定系数将倾覆失稳破坏形式描述为刚体绕转动轴的旋转，忽视了实际桥梁结构为弹性体的客观因素;梁体过大的扭转角不仅导致一侧支座脱空，而且增大了另一侧支座的切向力，直至梁体滑落;因此即使设计汽车活载作用下其按照刚体计算的稳定系数大于10，也不能保证在密集55t车列作用下发生支座脱空现象，甚至在事故车列作用下发生倒塌;

(2)事故桥梁为小跨度连续梁结构，在单列密集55t车列或事故车列活载工况作用下，最大弯矩组合值也没能超过截面的抗弯承载力;

(3)增大支座间距，可以大幅提高结构的抗倾覆稳定性能。

有待进一步研究的问题与建议

以往的箱梁桥抗倾覆稳定方面主要存在如下问题：

(1)将弹性体问题采用刚体问题的计算方法，忽略了梁体的弹性扭转变形;

(2)偏载作用下，梁体发生扭转变形，橡胶支座处于偏压状态，设计标准中没有对梁体扭转角进行控制;

(3)一些桥梁缺少避免横向滑落的构造措施或该措施过于薄弱。

由此说明：倾覆失稳不是第一类稳定问题，而是第二类稳定问题。笔者认为有如下方面可进一步地深入研究：

(1)汽车活载设计标准、实际车辆荷载以及桥梁限载标准间存在诸多差异，三者间的关系也较为复杂;而桥梁结构的抗倾覆稳定问题不同于结构强度问题，有其自身的特点，因此应针对桥梁不同的限载标准制定合理的车列模型，用于抗倾覆稳定性的验算;

(2)侧向倾覆失稳属于“脆性破坏”，其可靠指标应高于纵向强度验算时采用的可靠指标，应根据设计荷载标准研究确定合理的桥梁结构抗倾覆稳定设计方法及其规范限值;

(3)桥梁橡胶支座采用的橡胶为超弹性体材料，研究箱梁桥倾覆过程中支座的受力性能、支座与箱梁间的反向支撑作用和切向摩擦作用，对于确定平衡点的极限状态方程具有重要的意义。

对于现阶段箱梁桥侧向抗倾覆稳定的设计建议如下：

(1)在多跨一联的直线连续梁桥中，尽量避免采用单点支撑的结构体系;

(2)抗倾覆稳定计算应采用弹性体空间计算模型，计算支座恒载反力与活载最大竖向负反力的比值作为抗倾覆稳定系数，该方法概念更加明确;

(3)在偏载作用下，应限制梁体的扭转角不超过支座容许的最大转动角度;

(4)桥墩支座处应采取可靠的横向限位措施，避免梁体的倾斜滑落。

偏载作用下箱梁桥侧向倾覆失稳属于脆性破坏，是瞬间发生的，所造成的损失是惨重的。现行设计规范存在不足，在确定抗倾覆稳定系数时，应考虑结构弹性体扭转变形的影响。确定合理的抗倾覆稳定性可靠指标，以及箱梁桥倾覆过程中支座的受力性能和支座与箱梁间的相互作用，值得深入研究。

超载是现阶段无法避免的。设计人员能做的，是应该承认事实，并把桥梁标准提高，以提高安全性。对老桥，超载的破坏更大。对于新建桥梁，应该提高设计荷载的标准。对于规范，要有使用的要求，要使桥梁符合设计荷载的要求，而不是简单的套规范，要保证桥能够承受荷载。

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