桥梁施工案例分析 美国桥梁倒塌案例分析与启示.docx

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桥梁施工案例分析美国桥梁倒塌案例分析与启示

　　４６

　　世界桥梁

　　２００９年第３期

　　２０００～２００８年美国桥梁倒塌案例分析与启示

　　孙

　　莉，刘钊

　　（东南大学土木工程学院，江苏南京２１００９６）

　　摘

　　要给出２０００～２００８年美周发生的１６起桥梁倒塌事故的相关数据，并对其中的典型案例进行具体介绍。

　　在１６起事故中，１０例是偶然事件或超载等外部原因引发的；３例是桥梁运行了约四、五十年后因损伤累积、耐久性低下而发生坍塌；另外３例是设计或施工过程中的失误导致的。

从这些事故中。

得到关于桥梁设计、施工和管养工

　　作的几点启示。

　　关键词美国桥梁；倒塌；钢桥；耐久性；案例分析中图分类号Ｕ４４７

　　文献标志码Ａ

　　文章编号１６７１—７７６７（２００９）０３－－００４６—０４

　　１前言

　　根据美国联邦公路管理局（ＦＨｗＡ）全国桥梁数据库提供的统计数据，截止２００７年底，美国已建

　　桥梁总数为５９９１７７座，缺陷桥梁总数为１５１８１３

　　调查报告、期刊杂志、新闻报道以及相关的桥梁网站，每座桥的信息都至少有２个来源。

　　２０００～２００８年美国发生的桥梁倒塌事故主要

　　有１６起Ｌ１’“５１，如表１所示。

　　座，缺陷桥梁约占２５．４％【１］。

除缺陷桥梁外，还有一些桥梁因为功能退化或遭遇偶然事件而发生倒塌，危害出行者的生命安全，这类事故一发生，在社会上总是引起强烈反响。

文献Ｅ２］统计了１９５１～１９８８年在美国发生的１１４起桥梁倒塌事故；文献［３］对１９８９～２０００年的桥梁倒塌情况做了统计，由于这期间发生过几次大地震和洪水，倒塌桥梁达到了５０３座。

２０００年以后，美国的桥梁倒塌事故仍不断发生，而且事故的原因各不相同。

因此，旧桥的现状引起了美国桥梁界的普遍担忧，认为服役桥梁亟待进行检测、维修与加固。

　　本文对２０００～２００８年美国倒塌的１６座桥梁进行了数据统计和分析，以期给我国桥梁工程的建设带来一些启示。

　　文献［３］把引发桥梁倒塌的原因分为６大类，分别为设计失误、构造尺寸不当、施工失误、材料质量低下、养护不足和外部诱因。

根据这些原因，把２０００～２００８年美国发生的１６起桥梁倒塌事故进行分类（见表２）。

从表２可以看出，引发桥梁倒塌的原因涵盖了设计与施工失误、养护不足和外部诱因。

其中外部诱因（１０例，占６２．５％）是导致桥梁倒塌的主要原因。

这一统计结果与文献［２］给出的１９８９～２０００年美国桥梁倒塌原因总结的规律较为接近，在其统计结果中，约８３％的倒塌事故都是由外因诱

　　发的。

　　３典型桥梁倒塌案例分析

　　３．１利罗伊赛尔蒙桥

　　利罗伊赛尔蒙桥位于佛罗里达州坦帕市的一个穿越城区的快速路上，桥梁上部结构箱梁采用预制节段拼装施工，原计划于２００５年夏天完工。

２００４年４月１３日，位于第５０号大道出口附近的２跨梁突然坍塌，倒塌示意如图１所示。

事发时，其中一跨梁还在施工中，用于支撑箱梁节段的下行式桁架还

　　未拆除［６ｊ。

　　２

　　２０００＂－－２００８年美国倒塌的１６座桥梁数据统计

　　１９６７年，美国西弗吉尼亚州的锡尔弗（Ｓｉｌｖｅｒ）桥在交通高峰时段突然倒塌，夺走了４６人的生命。

这一事故促使ＦＨＷＡ建立了全国桥梁数据库，记录全美桥梁的基本信息，但该数据库并没有提供以往发生的桥梁倒塌事故的详细信息。

目前，美国还没有一个对桥梁倒塌事故进行详细记录的数据库。

本文的数据来自于ＦＨＷＡ的网站、各州运输部的网站、美国国家交通安全委员会的通告、事故的官方

　　起初分析认为，局部地基土不稳定和额外的桁架重量导致桥墩下沉了约４．６ｍ，进而引发上部梁体坍塌。

但调查发现，引发事故的真正原因是设计

　　收稿日期２００９一Ｏｌ－－０５

　　作者简介孙莉（１９８５一），女，２００６年毕业于河海大学交通工程々业．工学学士。

２００９年毕业于东南大学桥梁与隧道专业。

工学硕士（Ｅ—

　　ｍａｉｌｓｕｎｌｉ８５８６＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ）。

　　２０００～２００８年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊４７

　　失误。

设计单位设计的桩长普遍不够，在地基土条件原本就很差的情况下，桥墩不能承受上部结构传递下来的荷载。

　　表２

　　２０００～２００８年美国１６起桥梁倒塌原因

　　围１利罗伊蚕尔蒙桥倒塌示意

　　在事故发生时，全线的桥墩已基本施工完毕。

在这种情况下，再更改设计方案已经不可能，只能开展桥墩加固工作。

整个工程因此推迟了１年才竣工，这给业主造成了巨大的经济损失。

３．２跨越州际公路Ｉ一７０的ＳＲｌ０１４桥

　　跨越州际公路Ｉ一７０的ＳＲｌ０１４桥位于宾夕法尼亚州的华盛顿县，建于１９６０年，是一座跨线简支斜交桥，斜交角５１。

。

该桥跨径布置为（１７＋２７＋２７＋

　　４８

　　１３）ｍ，主梁由８片小箱梁组成。

　　２００５年１２月２７日傍晚，在没有任何征兆的情

　　况下，第３跨的边梁突然倒塌Ⅲ，倒塌现场如图２所

　　示。

随后的调查发现①由于灌浆不密实，预应力筋的腐蚀情况严重；②桥面漏水严重；③各片主梁之间的横向联系失效，已不能共同受力；④除冰盐等造成了混凝土的腐蚀。

可见，在倒塌之前，桥梁的功能已严重退化。

　　图２跨越州际公路Ｉ－７０的ＳＲｌ０１４桥倒塌现场

　　３．３明尼苏达州Ｉ一３５Ｗ桥

　　１－３５Ｗ桥连接明尼阿波利斯和圣保罗２座城市，建成于１９６７年。

全桥共１４跨，总长５８１ｍ。

主桥为三跨连续钢桁架桥，跨越密西西比河，跨径分布为（９３＋１３９＋９３）ｍ。

桥面宽３２ｍ，双向８车道，但横向只采用了２片主桁，主桥立面布置及截面尺寸

　　如图３所示。

　　．．７×１１５９＝８

　　１１３．

　　１２×１

　　１５９＝１３９０８

　　．７×１１５９＝－８

　　１１３．．

　　１

　　２３０．２

　　一

　　ｌ

　　２３ｄ．２

　　卜—』！

塑Ｌ—Ｉ

　　（ａ）立面

　　卜一—ｊ堕型．＿——叫

　　（ｃ）支点处截面

　　单位ｃｍ

　　图３主桥立面布置及截面尺寸

　　２００７年８月１Ｅｌ晚６时０５分左右，在没有任

　　何征兆的情况下桥梁突然垮塌，导致１３人死亡、１４５人受伤，事故引起了世界范围内的广泛关注［１］。

据录像显示，垮塌最先发生在主桥的中跨，随后边跨向河岸方向倾倒。

　　事故后的调查认为，垮塌是从中跨１０号上节点板［如图３（ａ）中圆圈所示位置］断裂开始。

资料显示，本桥在１９７７年和１９９８年经历了２次大修，混凝土面板平均厚度增加了５ｃｍ，桥面护栏的尺寸也有所增加。

多个节点板的尺寸在当初设计制造中有严

　　世界桥梁

　　２００９年第３期

　　重的误差，厚度只有设计要求的一半左右，大大降低了其承载能力。

经过多年运营，杆件的腐蚀情况较严重。

事故发生时，桥梁正处于一次维修状态，大型施工机械设备都已就位，而下班高峰期的拥挤车辆将剩余的车道排满，造成严重偏载。

综合以上的多种因素，最终导致悲剧的发生。

３．４麦克阿瑟梅兹立交

　　麦克阿瑟梅兹立交是加利福尼亚州奥克兰一个非常大的立交桥群，连接奥克兰、伯克利和旧金山的５条高速公路在这里交汇，是当地重要的交通节点。

其中南向的１－８８０州际公路从东向的Ｉ一５８０下

　　穿行。

　　２００７年４月２９日凌晨４时左右，一辆行驶在１－８８０上的汽油运输车在变道时翻车，汽油外漏并引

　　发大火，而事故地点就在Ｉ一８８０与１－５８０相交处。

大火导致Ｉ一５８０高架桥的钢盖梁受高温软化并垮塌（见图４），进一步导致上部结构２跨倒塌¨］。

　　图４大火后的桥梁倒塌状况

　　１－８８０修建于１９９８年，主梁为预应力混凝土箱梁；Ｉ一５８０建于１９５５年，主梁为钢一混叠合梁，桥墩盖梁也采用了钢结构。

事故后的调查表明，Ｉ一８８０虽然是事故发生地，并且经历上部梁体坍落时的冲击，

　　却损坏不严重。

通过进行一些简单的修复和在梁底

　　加支撑（见图５），约８ｄ后即恢复了交通。

２００４年３

　　月２５日，在康涅狄格州布里奇波特也发生了一起因油罐车起火而引发桥梁倒塌的事故。

在该事故中，桥面板下的钢主梁在高温下软化，导致桥梁严重下挠。

从这２个案例的对比可看出，混凝土梁的耐火

　　性较钢梁好。

　　４结语

　　从上述美国桥梁倒塌事故中，可以得到以下几点启示

　　（１）对意外事故的防范。

根据本文、文献［１］和

　　文献Ｅｚ］的统计，因外部诱因（如船撞、火灾、飓风、地

　　２０００～２００８年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊４９

　　因此，桥梁运营时间越长，发生倒塌的可能性也越大。

对数以万计的在役桥梁，如何从管理和技术的角度进行有效的检测和评估，对于防范桥梁倒塌事

　　故极为重要。

　　参考文献

　　［１］ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｆｈｗａ．ｄｏｔ．ｇｏｖ，ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｎｔｓｂ．ｇｏｖ；

　　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｂｒｉｄｇｅｆｏｒｕｍ．ｃｏｒｎ；ｈｔｔｐ／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．

　　图５

　　Ｉ。

８８０桥修复现场

　　ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｌｉｓｔ＿ｏｆ＿ｂｒｉｄｇｅ＿ｄｉｓａｓｔｅｒｓ．

　　震等）而倒塌的桥梁分别占倒塌桥梁总数的６２．５％、９０％和８３％。

可见，这些外部诱因足导致桥梁倒塌的主要原因。

目前，各国对桥梁抗震的研究相对较多，并且均有抗震设计规范。

在桥墩防撞、飓风、火灾等问题上虽有认识，但在实际工程中的考虑还明

　　显不足。

　　［２］Ｉ

　　ＥＨａｒｉｋ，ＡＭＳｈａａｂａｎ。

ＨＧｅｓｕｎｄ．ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ

　　ｏｆ

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　　ｏｆＣｏｎ—

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　　ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＦａｃｉｌｉｔｉｅｓ，２００３，

　　（８）１４４—１５０．

　　（２）对耐久性问题的重视。

美国的钢桥数量相比我国要多很多，从这些倒塌事故可以看出，虽然钢桥与混凝土桥的耐久性问题侧重点不一样，但问题都很突出。

钢桥存在钢材腐蚀、疲劳、低温脆断和耐火性差等问题；混凝土桥则存在钢筋腐蚀、混凝土劣化等现象。

目前在我国桥梁工程界，提高耐久性的意识还不强，规范中相应措施的可操作性还不够好，研究与实践均需要加强。

　　（３）对检测、评估工作的要求。

一般来说，桥梁的抗力随服役时间的增长而逐渐退化，但实际运营中对桥梁的服役要求却在不断提高。

在本文列举的

　　１

　　［４］Ｈｉｇｈｗａｙ／Ｍａｒｉｎｅ

　　［Ｒ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ［５］Ｓｈｅｒｉｆ

　　ＡｃｃｉｄｅｎｔＲｅｐｏｒｔＮＴＳＢ／ＨＡＲ－－０４／０５

　　ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳａｆｅｔｙＢｏａｒｄ．２００４．

　　Ｅｌ—Ｔａｗｉｌ．ＶｅｈｉｃｌｅＣｏｌｌｉｓｉｏｎｗｉｔｈＢｒｉｄｇｅＰｉｅｒｓ，Ｆｉ－

　　ｍｌＲｅｐｏｒｔ［ＲＪ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ２００４．

　　ｏｆ

　　Ｍｉｃｈｉｇａｎ，Ａｎｎ

　　Ａｒｂｏｒ．

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　　［７３

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　　Ｂｒｉｄｇｅｓ［ＤＢ／ＯＬ］ｈｔｔｐ／ｗｗｗ．ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ，

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　　［８］ＡｒｌｏｎＦｒａｎｋｌｉｎ。

Ｍａｚｅ