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无锡市 312 高架桥倾覆事故分析

2021-12-29 09:17
原作者: 李翠华 杨利斌 傅志华 梁新亚 彭卫兵 贾学军 来自: 《工程力学》 收藏 分享 邀请

【52监测网讯】无锡市 312 高架桥倾覆事故分析

摘    要:2019年10月10日,无锡市锡山区312国道某3跨混凝土连续箱梁在2辆车辆作用下发生倾覆。首先开展了事故现场调查工作,基于事故现场残骸照片及施工图纸,建立考虑几何非线性的有限元模型,进行倾覆破坏机理研究,提出了基于强度和倾覆稳定效应的超载判定方法。研究结果如下:基于标准车道荷载的倾覆验算结果表明,无锡桥不满足现行 2018 版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的抗倾覆验算要求;上部结构在超载车辆作用下发生先转动、再滑动,最后产生了大幅转动与滑动相结合的倾覆破坏模式;从支座脱空到上部结构发生倾覆,结构仍有一定安全储备;基于强度和倾覆稳定效应的计算结果表明,现场超载车辆产生的倾覆效应大于结构抗倾覆承载力,说明超载是结构发生倾覆的主要原因,但通过进一步计算发现结构抗弯承载力充足,表明结构倾覆破坏早于强度破坏,结构抗倾覆能力与抗弯能力不匹配。

近年来在广东河源、浙江上虞、黑龙江哈尔滨、重庆和江苏无锡等地多座独柱墩梁桥在机动车超载作用下发生横向倾覆破坏,造成严重人员伤亡和经济损失,独柱墩梁桥结构形式遭到严重质疑。其中发生在 2019年10 月10日的无锡 312高架 (以下简称无锡桥) 倾覆事故造成3人死亡,2人受伤,在社会上引起巨大的反响。独柱墩梁桥倾覆研究因此成为近期桥梁工程的研究热点之一。最初大部分研究集中于将上部结构箱梁看作刚体,梁体倾覆以倾覆支座中心连线为转动轴,不考虑支座变形等因素的影响,采用类似于跷跷板的刚体横向转动模型研究桥梁倾覆[1−3]。但随后研究发现,基于理想支承刚体转动的方法会明显高估上部结构的抗倾覆性能。因结构在倾覆过程表现为明显的大位移、大变形以及几何材料双重非线性,该非线性力学行为显著加速了上部结构的整体倾覆,因此近年来很多研究者综合考虑变形体转动、刚体转动及相应的几何非线性对桥梁倾覆的影响,展开了一系列相关理论计算[4 − 9],但该类方法计算结果相对保守。2018 版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[10](以下简称 2018 版新规范) 参考多位研究者的研究成果建立了基于变形体的梁桥倾覆验算规范条文,给出利用有限元计算软件进行桥梁抗倾覆验算的简明、实用的计算方法。之后很多研究者对不同荷载作用下,梁桥的倒塌机理和破坏模式开展了进一步的研究,并针对抗倒塌措施和倒塌预警等提出了建议[11 − 20]。本文针对无锡桥箱梁整体倾覆事故,基于现场残骸照片及官方事故调查报告[21],结合 MIDAS和 ABAQUS 有限元模型,进行了无锡桥倾覆破坏机理研究,同时开展了结构强度与抗倾覆能力的匹配性研究,提出新的超载判定准则,为同类梁桥的事故分析和设计提供参考。

1    事故调查
1.1    工程概况
无锡市锡山区 312 国道 K135 处锡港路上跨桥,全长 761 m,为分离式 Y 型互通立交,双向各两车道,设计时速 80 km/h,按照城—A 级设计,同时满足公路—Ⅰ级设计要求。倾覆部分属于锡港路上跨桥往上海方向 B 匝道,为 22 m+35 m+25 m 的 3 跨预应力连续箱梁桥,总长度 82 m,两边墩设置抗扭双支座,中墩为独墩柱设置单支座,主梁宽度为 9.5 m,桥下净空 5.2 m。桥梁立面图、平面图和典型剖面图如图 1~图 3 所示。


1.2    基于现场残骸照片调查分析

1.2.1    肇事车辆信息

事故现场可见一重型牵引卡车侧翻,如图 4所示。根据无锡市应急管理局事故调查报告中指出事发当晚有 2 辆重型牵引卡车先后驶出货运码头,当两车通过锡港路上跨桥,桥面发生倾覆,车辆信息如表 1 所示




前车挂车 (苏 B2030 挂) 实际载有钢卷 7 卷,总质量 160.545 t,比核定载质量超出 128.545 t, 超载 401.7%。后车挂车 (苏 BG976 挂) 实际载有钢卷 6 卷,总质量 160.855 t,比核定载质量超出131.855 t,超载 454.7%,如图 5 所示。(注:每卷钢卷的规格、质量不一)



1.2.2    事故现场残骸分析

图 6 为箱梁底面划痕出现在箱梁底端一侧,经现场测量箱梁底端垫板中心距离划痕边缘处45 cm 左右,呈现倾覆过程中箱梁发生滑动的迹象,如图 7 所示。




图 8、图 9 为无锡桥侧翻现场桥梁脱落的支座部件,初步判断为橡胶支座。图 8 为两端部脱落的支座,为单向活动支座 (GPZ(KZ)-DX),据现场测量该支座直径为 350 mm,属于端部双支座。据该类型支座型号所示参数所比对,其尺寸直径符合设计图纸要求。图 9 为中间桥墩脱落的支座,



事故发生后,中墩墩顶产生不同程度的破坏,见图 10。中墩 P4 受损痕迹局部放大后可看出,桥梁底面与桥墩一侧相互滑动摩擦后,桥墩墩顶一侧混凝土脱落,受损严重。P3 墩顶端部受损较轻,但箱梁翼缘部分受到冲击向内侧凹陷,见图 11




端部盖梁发生冲切破坏,如图 12 所示。事故车在桥面一侧行驶,造成箱梁偏载作用,集中力全分布于盖梁一端,此时的剪切力远远超过盖梁所能承受的剪切承载能力,造成盖梁冲切破坏。



作者:李翠华 杨利斌 傅志华 梁新亚 彭卫兵 贾学军

机构地区:浙江工业大学土木工程学院 中国建筑第二工程局有限公司华东公司

出处:《工程力学》


附件(详细分析,点击此处下载):2021-无锡市312高架桥倾覆事故分析


(文章源自《工程力学》,作者:李翠华、杨利斌、傅志华、梁新亚、彭卫兵、贾学军、传并发布,此文系转载,仅用来学习及交流,版权归属原作者及原刊载媒体所有,侵权删)

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