阳明滩大桥“侧滑”之谜

孙恺钜 2012年8月27日

 

哈尔滨，号称东方小巴黎。

哈尔滨刚刚造好了一座桥，阳明滩大桥。

这是目前长江以北桥梁长度最长的超大型跨江桥，总投资18亿。

大桥于2011年11月6日全线通车，由于其高质量高速度创造了“哈尔滨奇迹”而正在申报“鲁班奖”。

2012年8月24日晨，阳明滩大桥断裂，一段长约130米的桥面，整体“侧空翻”，桥上四辆卡车随之翻落桥下，酿成3死5伤惨剧。

一座通车不到一年的“明星”大桥，为什么会在“鹊桥相会”之后，立即上演“断桥”悲剧呢？

对此，桥梁专家,哈尔滨工业大学交通学院副院长王宗林先生说，造成塌桥的原因很简单，就是超载。

以下引自凤凰网新闻：王宗林说，事发时，停在塌桥中段的有3辆大挂车，每辆保守估计120吨到150吨之间，另外，还有一辆距离较远的，损坏程度较轻，约为30吨。“据伤者回忆，3辆大车都靠桥外侧停靠。从现场看，3辆车停靠得比较近，合计将近500吨重量在单侧压着。”

而在设计上，该段桥梁的载重能力为单向50吨，也就是说，单个车道一次通过一辆载重50吨的货车。3车停靠，出现将近500吨重量，相当于超出桥梁承载能力七八倍。“对桥体造成偏载，使得桥整体倾覆下去。”

王宗林表示，在设计上允许向一侧偏，但是偏载有一定的限度，按现在交通部的相关标准，单侧大概能承受150吨左右的重量，而事故中车辆总重量已经超过此限度两倍多。（*凤凰网新闻）

恺钜虽然不是桥梁专家，但十多年来，一直在澳洲从事工程设计方面的工作。多年的经验告诉我，整段桥面完好无损地整体“侧空翻”，其中一定有一些特殊的原因。这就像当年上海的一座楼房，完美躺倒一样的道理（详见拙文《摩天大楼横卧的内在原因——另一只眼看中国工程设计的弊端》）。

目前官方消息，根据事故现状，大桥不属于“垮塌”，而是定性为“侧滑”。

随着事故细节的不断披露，大桥侧滑的原因也逐渐地明晰起来。

那么，好端端的桥面怎么会“滑”下去的呢？

恺钜注意到记者报导的一个细节，“从桥体结构来看，出事的大货车所停靠的上桥匝道一共有四个桥墩支撑，其中最接近地面的桥墩是一个盖式桥墩，东面支撑该垮塌桥面的撑臂北面部分已经断掉一半，南面完好，最高处的桥墩则有两根立柱支撑，上部靠西一侧承受着引桥半幅桥面的重压，靠东一侧则支撑匝道上桥处，其南面支撑垮塌桥面的一半结构中，也断了大约两米。”（*中国经济网新闻）

根据记者的叙述可知，桥体支撑采用了悬臂梁结构（如图1）。

悬臂梁的破坏形式有两种，剪切力破坏和弯矩破坏。

学过工程力学的都知道，悬臂梁上单点受力的话，
受力点的弯矩为零（忽略桥面自重），悬臂梁根部                                                                                                      图1 悬臂梁受力图
弯矩达到最大值（如图2）。                                                                                      

 记者报道明确说了，断裂点是在大约两米处，而这个地方，正是右车

道的中心，也正是卡车所在之处。

由于桥上没有其他车辆，根据受力分析，我们知道，

该处的弯矩为零，故而排除了由于弯矩造成破坏的可能。

因此可以断定，这次的大桥“侧滑”事故，是由于剪切                                                                                               图2 悬臂梁弯矩示意图                力造成了支撑桥面的悬臂梁断裂而引起的。

明确了这一点，接下去的分析就容易多了。

众所周知，桥上共有四辆卡车，由于超载的原因，总重量达500吨。这就是引起“断桥”的剪切力的来源了。

500吨的重量，由四个桥墩分摊，每个桥墩承受的载荷为500/4=125吨(1)。

大桥的设计承重是多少呢？

据桥梁专家王宗林先生说，该段桥梁的载重能力为单向50吨。

对这句话，恺钜的理解是，单条车道上每辆车均为50吨载重，可以安全过桥。考虑到极端情况，如果前方出现意外堵车，那么，这些载重的车辆停在桥上，也应该是安全的。

大桥“侧滑”段全长约130米，大型卡车长度为12米，假设停车时车距1-3米。那么，130米路段单条车道可停大卡车8辆到10辆，以8辆计，每辆车50吨的话，总计50x8=400吨(2)，因此，每个桥墩受力为400/4=100吨(3)。

刚才已经算出，事故当时每个桥墩的载荷是125吨(1)，125-100=25吨(4)，这多出的25吨就压垮了大桥？

在上面(2)的计算中，如果以10辆车来计算，总重量就为50x10=500吨(5)，每个桥墩的受力正好是125吨。

所以，这四辆卡车超载，还没有超出桥梁载荷的额定值。

请不要忘记，王宗林先生还有一句话，按现在交通部的相关标准，单侧大概能承受150吨左右的重量。

王专家这里说的150吨，应该是指单个桥墩而言的。

我们已经算出，四辆卡车造成的单个桥墩载荷是125吨，即使其全部偏载，也并没有超出150吨的额定值。

也就是说，这四辆卡车所造成的剪切力，在理论上不会压垮大桥。

注意，恺钜在这里的计算，所采用的数据都是王专家提供的。

相反，王专家用四辆超载的卡车总重量500吨和单个桥墩的许用值150吨比较，就好比拿水果去和苹果比较一样，在逻辑上，叫做“偷梁换柱”，他这样做的目的是什么呢？

与人方便，自己方便，大家就心照不宣了吧！

还有一个问题，这里只是计算了静载荷，在大桥实际运行中，要考虑的是动态载荷。动载荷往往是静载荷的若干倍（具体参照设计规范）。而王专家强调事故中的三辆卡车是停在一边的。

这更加证明了，如果设计和建造都符合规范的话，这四辆卡车是不可能压垮大桥的。

那么，为什么这四辆大卡车500吨的重量就使得一座代表了哈尔滨速度的“明星”大桥玩起了“侧空翻”，“侧滑”了呢？

实际上，我们真的要感谢这次在大桥上牺牲的三位“同志”，如果没有他们勇敢地“以身试桥”，在交通繁忙时段，大桥上分分钟都有可能超过这区区500吨的，那时候，该有多少无辜的冤魂？

设计是不是规范，材料有没有以次充好，建造有没有偷工减料，工艺是否符合标准，不是恺钜写这篇文章讨论的内容，在此也不想多作评论。就留给事故调查小组来做结论吧。

恺钜所指出的，是那位王专家的话，有着明显的误导故意。

而这种故意的背后，不应该是王专家没有专家应有的知识，而是一个不可言说的“谜”。

不可想象，一座大桥，在130米范围内，如果单侧车辆总重量达到150吨就要倾覆的话，那么，中国除了没有按国标设计的赵州桥之外，还有安全的桥吗？

由于没有看过设计图，仅根据网络新闻为判断依据，谬误在所难免，请各位斧正。

 

 

参考文献链接

*《当地专家：桥梁质量合格 货车重量超出承载设计8倍》http://news.ifeng.com/mainland/special/yangmingtandaqiao/content-3/detail_2012_08/25/17078192_0.shtml

*《哈尔滨断裂桥梁所用混凝土内混有木头编织袋》http://www.ce.cn/cysc/jtys/csjt/201208/25/t20120825_21239658.shtml

 

[wjsun]

当构件因强度不够而断裂，有几个原因：
1，设计计算出错，导致构件没有达到应有的强度。（设计公司主要责任）
2，设计计算没有错误，建造工艺错误，导致构件达不到应有的强度。（设计建造监理都有责任）
3，偷工减料，使构件到不到应有的强度。（建造公司主要责任）
还有一种情况不能排除，那就是结构设计不合理，造成局部应力过大，尽管设计强度足够，在动载荷情况下，因内部微小缺陷而造成瞬间脆性断裂。如果是这种情况，完全是设计公司的责任。这是设计人员的水平问题了。
我没有看过设计文件，也没有看到断裂处的细节，不能说是谁的责任。我只是根据受力分析，指出这不是超载的责任。

[wjsun]

力的分析需要层层简化，在桥的纵向，是简支梁，把力分到支座上以后，再从桥的横截面分析，就是我说的悬臂梁了。

卡车重500吨，分到桥墩，就是125吨，这125吨形成悬臂梁的载荷，再分析它的破坏形式。由于这125吨没有超过额定载荷，所以，超载没有问题。桥墩的支撑有点问题，桥面整体滑落与此有关，但还不是最大的问题，最大的问题是剪切力造成破坏，说明横梁的抗剪切能力不足，这有两种可能，1，设计计算出错，安全系数不够，2，偷工减料。第一种可能性很小，第二种可能性很大。

[wjsun]

关键是看断裂位置，如果断裂位置在牛臂根部，这是倾覆力矩的结果，现在的断裂位置是在卡车停的地方，倾覆力矩为零，就不是倾覆力矩造成的破坏。

可以做个实验，如果你把一根筷子用台虎钳夹住，用手去折断这根筷子，筷子绝不会断在手握住的地方，而是断在台虎钳夹住的根部，这是同样的道理。