10月10日傍晚發生在無錫的高架橋側翻事故,迅速成為全國焦點。如此重大的突發安全事故,也引發了社會各界對事故原因的分析探讨。《橋梁》雜志微信公衆号也随即在第一時間采訪并報道了《無錫高架橋坍塌 禍端之源是超載還是獨柱墩?》一文,超載、獨柱墩設計在此次事故中再次成為人們關注和讨論的焦點,《橋梁》雜志曾經專門就獨柱墩設計約請了全國權威專家和設計大師做了系列專題讨論。時隔經年,再次發表出來希望文中的專業性觀點能對讀者提供參考。
車宇琳(中國工程設計大師):
公路或城市道路上的立體交叉已是屢見不鮮,有立交就會有跨線橋,這些橋梁設計的相對簡單之處在于一般沒有水下工程,基礎較好處理,橋梁高度也不大。但複雜的是橋梁的平面線形,跨越道路的交角均完全決定于路線,橋墩的位置和型式也往往受地面道路或建築物位置的制約,加上城市道路還有橋下通透、景觀等要求,常會設計一些有獨柱墩的橋梁。這些橋梁除為橋下景觀要求有意設計為獨柱墩者外,還有不少是因橋下允許設置橋墩的位置過于狹窄,不得不設計為獨柱墩的。另外,公路上也有個别跨越水流的斜交橋梁采用了獨柱墩,為的是減少橋墩的阻水面積。
韓大章(江蘇省交通規劃設計院股份有限公司總工):
獨柱墩橋梁在路口行車視線的幹擾較小、通透美觀,并且獨柱墩工程量相對較小、特别是跨線斜交時可采用較小跨徑跨越,較經濟。
獨柱墩墩頂不具備抗扭能力,除非墩梁固結。但一聯橋梁上部結構的整體抗傾覆安全性,可通過梁端支座的布置來保證,不同的主梁自重特性(混凝土、鋼、鋼混)對支座布置的要求也不同。相同的主梁自重特性,不同橋寬、獨柱支承跨總長、荷載類别、橋梁平面形态,對支座布置的要求也不同。這種結構形式存在的安全隐患正是梁端支座布置的不合理性,或者說未有足夠的預見性而造成的。
在當今道路交通飽和、超載嚴重的狀态下,應特别重視其橫向抗傾覆體系(橫向剛體傾覆安全度、支座脫空情況、支座抗壓承載力、橫向擋塊)的設計。這種結構在橋跨較多、聯長較長的情況下,橫向扭轉變形也應引起足夠的重視。
獨柱墩既然在以往城市橋梁中運用廣泛,那就足以說明此種橋型的優勢和合理性。如果說獨柱墩設計存在先天不足,就要在今後的設計上确保先天優良。城市橋梁中修建什麼結構的橋梁最為合理,這個和周邊的建設條件有關,視地塊利用、管線布置、交通組織、城市景觀等綜合而定,而不能絕對地判定哪種結構的橋梁最為合理。
塌橋事故發生後,應加強交通狀況的調研工作,對現有橋梁的抗傾覆驗算,以及支座的使用狀況進行檢測,對于抗傾覆安全系數較低的橋梁可采用壓重、設置支座抗拉裝置甚至支座重新布置設計等方式。設計規範中補充完善相關橋梁抗傾覆計算條文,對目前的交通狀況應予以适當的考慮。橋梁養護過程中加強對支座使用狀況的檢測。後期加固方面,結合橋梁本身情況,選取多種增強橋梁橫向抗傾覆的措施。
建設橋梁選取哪種結構型式應根據具體條件确定,獨柱墩哪裡合适哪裡就可繼續采用,而不能因噎廢食,好的設計是不會有問題的。當然,獨柱墩如何布設,如何設計,橋梁設計者應更加重視,根據具體情況,提供一個可靠的設計方案。需要關注的是:
1.對獨柱支承橋梁,應高度重視結構分析,直線橋更為危險,應加強抗傾覆驗算,曲線橋應使用空間分析程序進行全面計算分析,使設計可靠并留有足夠的安全度。
2.現行規範應增加抗傾覆驗算的明确條款和指導意見,一定程度上适當考慮活載的超載因素,留有适當的安全系數,但也不能走向另一個極端。
包琦玮(全國工程勘察設計大師):
獨柱墩連續梁結構,特别是直線和大曲率半徑的獨柱墩橋,對偏載且超載條件下的橫向穩定非常敏感,幾起橋梁事故均是在此條件下發生的。
在城市中由于管線密布、場地條件、行車軌迹優化等限制因素,确實有采用獨柱墩連續梁橋的需求,也有追求橋梁外觀簡潔通透的成分。橋梁設計不應當要求“必須”或者“不允許”采用某種結構型式,而是應針對橋位環境、場地條件選擇合适的結構型式。
鑒于目前超載現象依然存在的現實,當選擇獨柱連續梁橋時,應适度加大橫向穩定安全度,在此基礎上再儲備一些抗傾覆措施,以保障橋梁和行駛者的安全。
對于已建的獨柱橋梁,建議進行普查核算,橫向穩定安全系數偏小的橋梁,應當采取抗傾覆措施。如邊支座加設抗拔設施、中墩與主梁固結、中墩加設蓋梁設雙支點等等,也可幾種措施同時采用。需要注意的是,不論采取何種措施,均需對改變後的結構進行重新計算,特别需核算各個構件在橫向傾覆不利工況下的強度。
對于超載問題,毫無疑問,必須采取有效的措施加以控制,正常使用是保證橋梁耐久性的重要方面之一。
甯平華(廣州市市政工程設計研究院總工程師):
獨柱墩在跨線橋、立交、高架中确實有存在的必要,可以同時保證幾個方向的交通需求。盡管獨柱墩在受力方面缺乏優勢,但隻要設計考慮周到,一樣能保證各種安全條件,不存在安全隐患的問題。
“塌橋事件”并不能說明獨柱墩的“先天不足”,獨柱墩是城市橋梁常用的結構型式之一。合理的結構應該是力學和美學、安全與經濟、功能與環境最完美的統一,應因地制宜,利用現有的技術條件選擇适當的結構型式。
而對于現有的獨柱墩應根據具體結構具體分析,對于超載時抗傾覆較弱的結構應予以加固,一般而言應加強超載的管制,發現超載車輛應強令卸載并處罰。貨車行駛速度慢,靠外側(最右側)行駛,是我國交通規則和駕駛習慣确定的,超載和獨柱墩都不應該影響此規則和習慣,結構工程師也應遵循此規則設計。
對于超載的問題,不但影響獨柱墩橋梁的安全,對多柱墩橋梁的影響也是嚴重的,特别是對疲勞壽命和結構耐久性影響很大。所以橋梁管理養護部門應加強對超載的限制,同時結構工程師也應考慮超載時抗傾覆的安全儲備,避免這種颠覆性和脆性的破壞。
胡達和(北京市市政專業設計院有限公司顧問):
獨柱墩一般是指獨柱頂設有單支座或獨柱頂與梁固結,同時在一定長度範圍内設有雙柱,其頂部設有蓋梁(其上設有雙支座)的橋墩。不應包括獨墩頂部設有大蓋梁及多支座的寬橋橋墩。墩的水平剛度相對于多柱式墩較小,可以有效地降低地震作用力。獨柱墩常用于預應力混凝土、鋼筋混凝土,有時也用于鋼-混結合梁橋的匝道橋(窄、直,或彎的橋梁)。
獨柱墩受力較為複雜,對于梁除去受彎、剪外,還有較大的扭矩,此外還需要對于橫向整體穩定進行驗算,從抗橫向整體穩定來講,寬橋比窄橋強、彎橋比直橋強、長橋比短橋強、混凝土橋比鋼-混橋強。為了減小梁的扭矩與梁端的翹曲變形,對于預應力彎橋需要對橋墩進行偏移(對于預應力混凝土連梁外移,預應力鋼-混梁内移),在分界墩處的梁端還要設有防止徑向位移的約束(彎橋),加長端橫梁以及設有壓重等措施,以防止梁端産生扭轉變形及支座脫空。
獨柱墩雖然存在設計與構造的一些特殊問題,考慮不周可能出現一些病害,但不應當因此就不采用此種墩型,而應當慎重對待,防止事故發生,更好地發揮獨柱墩的優勢。
原則在城市橋梁設計規範中已經提到,任何一種結構都有其适用範圍,不能一概而論。預應力混凝土鋼-混結構以及鋼-混結構還是有廣泛應用前途的。由于空心闆鉸的退化問題不好解決,應當慎重對待,如果采用,應當保證其有效性,防止出現單闆受力現象。由于預應力混凝土連續小箱梁,在支點處實現體系轉化(現澆橫梁、支點預應力數錨固在頂闆處),對于耐久性有影響。連續梁一聯梁的長度不宜過長,水平力的分配跨數也不宜過多。
匝道橋主要是采用獨柱墩、其超載是橫橋整體穩定失效的主要問題,對于這個問題應當從管理、設計、養護等方面進行綜合治理,确保其穩定性。
對于已建獨柱墩橋梁應展開安全隐患排查活動,至于如何加固,應當分别情況、區别對待、綜合治理。建議由部裡組成專家組對于獨柱墩橋梁的事故進行充分的調查、分析,并提出對于獨墩橋梁的設計、施工、管理、維護的規定,确保獨柱墩橋梁的安全。
我國建成了大量的橋梁,取得了很大的成績,但也出現了一些事故,有些事故是人為的,有些事故是對于有關的技術問題認識不足,對于事故應當及時予以總結,制定一些相關規定,不斷提高橋梁的規劃、設計、管理、養護水平,不要等到修改規範時一并解決。應當将教訓作為全體橋梁工作者的财富,不要出現一些事故就停止使用了事,如鳳凰橋的石拱橋出現了事故,就停止石拱橋的采用,這不利于橋梁事業的發展。暫停一下是可以,但總結後應當放開。
顧安邦(重慶交通大學教授):
獨柱墩具有節約地面空間、美觀、經濟等優點而受到設計者的青睐,特别是城市橋梁中使用較多。近年來發生了幾起獨柱墩橋梁側向傾覆垮塌事故,引起了社會對獨柱墩橋梁的廣泛關注。
發生傾覆事故的原因是多方面的,最主要的有:獨柱墩橋梁的傾覆安全系數不夠,達不到“橋規”規定的≥2.5的要求,獨柱墩特别是單支承在大懸臂偏載作用下确實存在上部結構傾覆的安全隐患;嚴重超載也是造成傾覆的重要原因,例如哈爾濱三環路高架橋是連續四輛超重貨車作用于主橋一側,其重量三倍于橋梁的設計載重。
要避免獨柱墩橋梁的傾覆事故,首先要改進獨柱墩的構造、上部結構的構造,以及獨柱墩與上部橋梁的連接構造。例如:增加墩頂寬度變單支承為雙支承、上部結構采用抗扭剛度大及抗傾覆能力強的連續箱梁結構、主梁與獨柱墩在縱向一定位置布設墩梁固結構造等,使主梁的傾覆安全系數≥3.0,對于高墩還應加強獨柱墩身的強度和剛度。
嚴重超載是橋梁的最大殺手,一定要采取有效措施治超,在目前治超不力的情況下,盡量少修獨柱墩,但禁止修建也是不恰當的,隻要在設計和施工中采取有效措施,使傾覆安全系數達到要求,是可以修建的,國外有大量成功實例。
對現有的獨柱墩進行檢測和檢算是必要的,首先确定其抗傾覆的安全度,如安全度不夠則應進行加固,對于高度不大的獨柱墩,增加墩頂寬度,是有效的加固方案。
本文刊載 /《橋梁》雜志 2013年 第2期 總第52期
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