再谈阳明滩大桥“侧滑”之谜

孙恺钜 2012年8月30日

 

2012年8月27日，恺钜公布了自己对哈尔滨阳明滩大桥“侧滑”事故的思考，详见拙文《阳明滩大桥“侧滑”之谜》，但由于篇幅的原因，对于其中受力分析的模型的建立，并没有过多着墨。因此对我在文中得出的结论，不少人还抱有怀疑。

只要学过物理学，没有不知道受力分析的，学过工程力学，受力分析更是基本功。但是，书本上的知识，都是非常典型的，而实际情况则千变万化。

在错综复杂的千丝万缕中综合、归纳，建立起构件的受力模型，这不仅是一个工程设计人员的设计依据，更是事故分析的切入点。

那么，恺钜是怎么得出这次事故与超载无关而是盖梁的剪切强度不够这个结论的呢？

首先，我们要建立大桥的受力模型。

根据网上新闻，大桥“侧滑”段长约130米，共涉及四个桥墩。桥面上共有四辆卡车。

大桥毫无疑问是三维的，但我们为了能建立可以计算的模型，先把桥上的载荷简化成二个二维的平面，即纵向平面和横向平面。

在纵向平面（桥面上车道方向），事故段的桥梁属于简支连续梁。这个平面上的弯曲力矩的最大值位于卡车所停的位置，其所造成的破坏将使桥面拦腰折断。

这次事故中，整个桥面整体滑下，并没有在卡车位置发生断裂，因此，这次事故不是由于纵向的载荷而造成，这已经可以定论。

在《阳明滩大桥“侧滑”之谜》一文中，已经计算出，四辆大卡车，总重500吨，每个桥墩受力为125吨。

这个载荷，是根据纵向受力情况得出的。

由于四个桥墩有两种支承形式，所以，在横向（垂直于桥面车道方向）它们的受力情况也有不同。

中间的两个桥墩上没有横向的盖梁，所以，他们只承受垂直向下的力而不承担横向的由偏载引起的弯曲力矩。注意，这种支承方式在正常情况下是无可挑剔的。等会儿我们再谈意外情况。

“侧滑”桥面两端的桥墩支承虽然也同样承受125吨载荷，由于结构的原因，横向的弯曲力矩就是由盖梁来承担的。因此，相对于中间的两个桥墩，它们的受力情况也就相对复杂一些。

从事故现场的照片上看，这两个桥墩是T字形的，从力学模型的角度来说，称为悬臂梁，俗称“牛腿”。

这里的关键就是断裂的位置。

如果断裂点在悬臂梁的根部，这里是弯曲力矩也就是所谓的倾覆力矩的最大值所在，这才能说这次的事故是由于偏载造成的。

但事故的描述和照片中可以很清楚的看到，悬臂梁的根部好好的，断裂破坏的位置在T字形横梁外端2米处，而这里正是卡车停车的位置，在这里的弯曲力矩等于0！

也就是说，事故和偏载造成的弯矩（倾覆力）毫无关系！

这里，我们还可以做个简单的实验，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。

通过以上层层简化，建立了纵向、横向的力学模型，将复杂的三维的受力分析简化为二维的受力分析，从而在《阳明滩大桥“侧滑”之谜》一文中，得出了这四辆大卡车所造成的剪切力，是压不垮大桥的结论。

当然，这个“压不垮”的前提是大桥的设计和建造都必须合符规范。

事实上，大桥确实垮了，“侧滑”了。

事故现场的报道已经明确地告诉我们，盖梁外端2米处，发生了断裂。

请注意，上文已经说到了，整个桥面的偏载，是由两端的盖梁承担的，与中间的两个桥墩无关。

所以，一旦两端的盖梁发生断裂，那么，整个桥面结构成千上万吨的重量的一半，在霎那间失去了支承，一下子侧翻下来了。而在这时候，中间的两个桥墩所能提供的帮助仅仅为0。在这霎那间，四辆超载的大卡车区区500吨的重量，已经是微不足道了。

恺钜对整个事故的分析，通过这两篇短文，到此告一段落。

工程中，当一个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，使构件达不到应有的强度。（建造公司主要责任）

4，    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（这是不可避免的）而造成瞬间的脆性断裂。

如果最终调查结论是上述的第4种情况，那完全是设计公司的责任了。由于这涉及更高深的力学计算，在这篇类似于科普的短文里，请恕恺钜不再详解。

但这也是最可怕的，这意味着这家设计公司所设计的同类桥梁均有重大隐患。

就目前来说，恺钜没有看过设计文件，也没有看到断裂处的细节，只是根据新闻报道而谈点自己粗浅的看法。好在调查报告很快就会公布，到时候，再来检验恺钜所说是否正确吧。