沥心沙大桥桥面被空载集装箱船只撞断，桥面结构怎么这么弱？ ...

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沥心沙大桥桥面被空载集装箱船只撞断，桥面结构怎么这么弱？ ...

2024-2-23 09:33

原作者: 力学Nerd王小胖来自: 力学Nerd王小胖收藏分享邀请

【52监测网讯】沥心沙大桥桥面被空载集装箱船只撞断，桥面结构怎么这么弱？

文章转载自：力学Nerd王小胖

1、引言

今天凌晨（2月22日05时30分左右），一艘集装箱船空载从佛山南海开往广州南沙途中，航经洪奇沥水道时触碰沥心沙大桥桥墩，导致沥心沙大桥桥面断裂。伤亡情况暂时未知，但是根据媒体报道，有车辆（疑似一公交车）落水。事故原因也正在调查中。

央视新闻现场画面

从央视新闻的现场画面可以看到，桥面是“整段”掉落，端口显得有点“整齐”。当我们一眼看到这个画面时，首先想到的是不是这个船只超高了，由此把桥面撞断。央视最早的报道中，只是通报了这个撞断，但是并没有更多的关于如何撞断、撞到哪里的消息。

央视新闻最早的报道

从画面来看，这艘船只似乎并未超高，（更准确的信息，以官方调查为准）。即便是空载，船只吃水线较浅，在过桥时应该心中有数。后续的媒体报道是撞到了桥墩。从画面上也能看到，中间的桥墩明显发生了倾斜。

中间的桥墩歪了

那么问题来了，为何撞的是桥墩，桥墩没倒塌，桥面却发生了断裂？是桥墩太结实了，还是桥面太弱了？这样的桥面，我们能放心使用吗？

2、桥的结构与受力

这座沥心沙大桥结构较为简单，它不像那些大跨度的桥梁，需要利用拉索等柔性结构。其总长约780m，河宽约370m。整座桥梁采用的是较为传统的桥墩+桥面结构。简单来说，桥墩就类似一个立柱，而桥面则是横梁。

沥心沙大桥长度

桥墩桥面结构如下，桥墩竖立，主要承受桥面传过来的载荷，包括桥面自重和车流载荷，这类载荷均是向下的力，桥墩主要用于承压。横梁横卧于桥墩之上，主要用于承受车流载荷，同样它的主要受力也是向下的，垂直于桥面，桥面主要用于承弯。

桥墩桥面示意图

仔细观察这座桥，我们会发现桥墩明显不一样，桥面的厚度也明显不一样。显然，尺寸越大的地方越结实。但实际上，大尺寸的桥墩是21年加固后的结果。为了满足通航的要求，部分区域的跨距较大，跨距的加大，增加了桥面的弯曲载荷和桥墩的压缩载荷，因此桥面的一段厚度增加了，底下的桥墩（虽然被防撞挡住了）尺寸理论上也比普通桥墩更大一些。

主次桥墩与厚薄桥面

从外形上看，整个桥面似乎应该是一个整体。然而，无论是理论上，还是现实上，整体桥面都不可能。理论上，长长的桥面需经历春夏秋冬，温度的变化会引发桥面的热胀冷缩，桥面伸缩缝是必须要考虑的存在。实际施工也不可能整体上现浇筑700多米的路段。通过热胀冷缩的计算，在设计的范围之内，基本上可以确定每一段的长度。

桥面的简化模型

桥面与桥墩的连接，很多同学会认为是完全固定的，但其实并不是。由于桥面的受力特性，如果将桥面与桥墩完全固定死，不允许一点点的相对位移，一方面由于热证冷缩会给桥墩带来额外侧向力，另一方面桥面的厚度将会大大增加。所以，实际的桥面与桥墩的连接是铰链（简化力学模型）：一侧固定铰链，另一侧滑动铰链。这样，桥面就是一个简支梁。

3、事故破坏分析

桥墩建造完成之后，桥面分段施工安装。在安装的过程中，桥墩与桥面的连接处，就采用一侧固定铰链，一侧滑动铰链的形式。对于一些普通的桥梁，桥面的两侧甚至都无需任何辅助的连接件，采用直接放置的形式，依靠桥面重力和两者间的摩擦力来固定桥面和桥墩。

桥墩桥面连接

正是这种桥墩、桥面连接方式，导致事故大桥断面相对平整。大船撞到普通桥墩后，普通桥墩发生倾斜。由于桥面与普通桥墩是直接放置，并未锁定，桥墩的倾斜相对容易，桥墩顶部在摩擦力作用下发生滑移。当滑出这个施工段时，路面失去支撑，仅靠钢筋、缆索无法维持，在重力作用下就发生了整段塌陷。主桥墩右侧的悬空段，则由于固定铰链和左侧桥面的约束，保持了“悬臂梁”的姿态。

4、桥墩的防撞

沥心沙大桥前几年经历了的维修和加固。维修的是桥段箱梁，加固的是桥墩防撞。桥墩的加固中，仅对沥心沙大桥通航孔桥墩（16#、17#、18#、19#桥墩）加装附着式防撞设施，并非全部桥墩都做了加固措施。事故发生的撞击处，正是未加固的普通桥墩。

维修加固历史

桥墩最怕的就是侧向力。虽然桥墩底部有地基来约束桥墩，但是直接受撞，肯定或多或少会发生倾斜。通航段的主桥墩，加装防撞装置后，防撞性能得到了明显的提升。这里的防撞装置，其实并非让原桥墩坚不可摧，而是通过防撞装置在被撞后的破坏变形来吸收撞击能量，就像汽车的防撞梁一样。通过牺牲防撞装置来保护原始桥墩。研究表明：在一定的前提下（撞击能量在设计范围之内），保护效果良好。