工程事故分析13章桥梁工程事故及处理.ppt

13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 事故分析 1) 设计方面： 本桥的上部结构为带挂孔的悬臂式钢桁粱，其伸臂端与悬挂跨用连杆与铰来连接(图13-49a)。在采用一级桥梁的设计标准荷载DL18与货车设计荷载DB18进行验算之后，可以确定主桁大部分杆件的设计是安全的，仅有少数杆件的应力稍微有一点超过容许应力。而当采用现行的一级桥梁设计标准荷载DL24和DB24来验算时，主桁跨中大部分杆件的应力超过容许值，但竖杆(带铰的竖吊杆)的应力并没有超过，因此，根据验算结果，可以判定原设计在计算方面不存在严重的问题。 13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 2) 施工方面： 施工方面的主要问题是：虽然铰接板与竖杆之间设计的是X型的对接焊缝，但母材的槽口开得不合适，焊缝没有完全熔透母材的全部截面（见图13-49b)。采用超声波探测方法对铰接竖杆与铰接板之间全部槽口焊接面进行熔透深度的检查后发现，在18mm厚的竖杆翼板上，未焊透深度高达16mm(有效焊深仅2mm)，并且大部分焊缝段的未焊透深度都超过5mm(有效焊深小于13mm)。由于焊缝未熔透，大大地削弱了有效面积，应力超过容许值，使原设计的有效承载能力在施工后大大降低，因此，焊接质量低劣被认为是导致倒塌的直接原因之一。 13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 图13-49 圣水大桥的悬臂吊挂结构示意 13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 施工方面引起倒塌的另外一个重要原因是制造上的错误。原设计中铰接板应以1/10的斜坡减薄到18mm，再与竖杆的翼板作对接焊，但制造时22~23mm厚的铰接板却以1/2.5～1/3的斜坡减薄到18mm，这种制造误差使得焊缝处产生了比原设计大40% 的应力集中。 13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 在采用因焊接不良而削弱的有效截面来验算竖杆的应力时，设计荷载DL18与DB18所产生的应力大大超过材料的容许值，虽然没有超过极限应力，但使桥梁始终处于危险状态，因此焊接不良被认为是倒塌的一个主要因素，且同时伴随杆件制造误差的影响时，出现焊缝处出现过大的应力集中，大大削减了杆件的疲劳寿命，在倒塌前只通过相当于2 800万次的货车，而在完好的焊接条件下，桥梁的疲劳寿命估算为可供通过相当于3亿2 650万次货车。 13.4 钢材疲劳脆断造成的事故 3) 管理方面： 在养护管理方面造成桥梁倒塌的次要原因可列举如下：①检查不足与缺乏系统的养护方法；②由于钢桥养护工程师们缺乏技术知识，不能早期探测与防止铰接竖杆的焊接处出现疲劳裂缝与破坏；③对超载卡车的通过缺乏有效的交通控制；④没有评估交通超载对结构安全的影响。 总体来说，圣水大桥的倒塌，虽然在设计、施工和管理方面都有问题，但最直接最主要的原因，还是由于吊杆销轴连接处的不等厚焊接未熔透。圣水大桥在发生意外后不久进行修葺，重新制作了挂孔，加固了焊缝，于1997年8月15日重新开放。 13.5 设计施工不规范造成的事故 例13-8重庆綦江彩虹桥设计不合理引起的垮塌事故 事故概况 该桥为中承式钢管混凝土提篮拱桥，桥长140米，主拱净跨120米，桥面总宽6米，净宽5.5米，见图13-50。该桥在未向有关部门申请立项的情况下，于1994年11月5日开工，1996年2月竣工，施工中将原设计沉井基础改为扩大基础，基础均嵌入基石中。主拱钢管由重庆通用机械厂劳动服务部加工成8米长的标准节段，全拱钢管在标准节段没有任何质量保证资料且未经验收的情况下焊接拼装合拢。桥面由吊杆、横梁及门架支承。1996年3月15日该桥未经法定机构验收核定即投入使用，建设耗资418万元。 13.5 设计施工不规范造成的事故 图13-50 垮塌之前的重庆綦江彩虹桥 13.3对大跨度柔性桥梁空气动力性能认识不足引起的事故 塔科玛桥建成4个月后，于1940年11月7日碰到了一场远低于设计风速的19m/s (相当于八级大风)的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大(接近9米)，持续了70min振幅不断增大的反对称扭转振动，直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断，导致桥面钢梁折断而塌毁，坠落到峡谷之中（见图13-36）。当时正好有一支好莱坞电影队在以该桥为外景拍摄影片，记录了桥梁从开始振动到最后毁坏的全过程，它后来成为美国联邦公路局调查事故原因的珍贵资料。人们在调查这一事故收集历史资料时，惊异地发现：从1818年到19世纪末，由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。 13.3对大跨度柔性桥梁空气动力性能认识不足引起的事故 (a) 大桥坍塌 (b) 断裂的拉索 图13-36 风致共振而毁的Tacoma Narrows Bridge 13.3对大跨度柔性桥梁空气动力性能认识不足引起的事故 事故分析