河南义昌大桥事故引起广泛关注,本博根据照片粗略判断了事故原因http://blog.sciencenet.cn/blog-664850-658552.html
同时有一种声音是质疑简支梁有落梁风险,是否还应该采用。还有人认为大桥中不会采用简支梁。
实际上桥梁工程的规模“大小”衡量有两个指标,一个是单跨跨径(大于等于40m),一个是桥梁全长(大于等于100m)。任何一个指标达到一定时,都可以称之为大桥。
义昌大桥之所以成为大桥,是因为他总长度比较长,而单跨跨径只有40m,刚刚达到大桥标准,其实还是属于很常规的桥梁。
简支梁是桥梁结构中最常见也是最简单的桥型,我估计在桥梁中,简支梁比例超过2/3,国内外都是这样。
简支梁最大的优点就是受力简单,明确,施工方便快捷。
值得一提的是这个受力简单明确,对于一个系统来说,越简单越明确,出事风险就越小。
同时施工简单也可以更好的保证桥梁质量。任何设计都要通过施工来实现,任何好的设计都要考虑施工的方便。
而大跨度桥梁包括:拱桥,斜拉桥,悬索桥,大跨度的连续(刚构)梁桥,受力都不如简支梁简单。或多或少都还存在一些理论上尚未解决的问题或很难解决的问题或者许多局部位置存在应力计算很不准确的情况。
简支梁是一个静定结构,释放了所有冗余自由度。
首先,梁体搁置在桥墩上的支座上。
桥梁两端有两个支座,一个为固定铰支座,一个为滑动铰支座。
这两个支座都只约束了线位移,而释放所有转动约束。
支座肯定是要约束桥梁的竖向变形,给竖向提供支撑的。
固定铰支座是指桥梁在纵向的变形也被约束,而滑动铰支座则意味着桥梁一段纵向可以自由滑动。
由于有这两种支座的存在,正常情况下,桥梁不会有刚体位移,而在内力作用下,一端可以自由变形,因此不会产生多余的次内力(约束多了,未必是个好事情,因为桥梁在温度、沉降等因素作用下,是要发生变形的,这个变形如果被约束,是会产生巨大的次内力,相对爆炸与地震而言这两种荷载常见多了,而且效应也不小)。
这是简支梁的很大的一个优点。
但恰恰是这个优点,会使简支梁在地震中有落梁的风险,就是类似此次事故中,自由滑动端,由于地震中相对变形过大,而从支座中滑落,掉下来。
为了避免这个缺点,自然想到的就是设置个东西给他挡住,平时水平荷载小,小变形的时候,挡块与梁体不接触,不发挥作用。变形大的时候,梁体与挡块接触,阻止梁体下落。
但鱼和熊掌不可得兼,如果地震中,挡块很强,那么巨大的地震力会通过挡块传递到桥墩上,桥墩顶端的水平力,会使桥墩底部产生巨大的弯矩,导致桥墩的破坏。
而一个桥梁桥墩的破坏,无论从后果还是从抢修难度上来说,都比梁体破坏更致命。所以挡块的强度或刚度设计,就有一个平衡的问题,不可能做到非常强。
在设计的地震荷载下,通过恰当的支座容许变形量与抗震挡块,尽可能的避免落梁事故。
但桥上发生爆炸,确实是设计中无法考虑的因素。而且原位爆炸与地震,谁的效应大,我估计没有详细分析计算,谁也不能说个准确的答案吧。
PS:义昌大桥可能是一种叫做简支变连续大桥桥型,主要受力结构的梁体是简支梁,每一跨之间相互断开,但为了行车平顺,在铺装层(大概20cm)将各跨连成一个整体,这铺装层中会有一些构造钢筋。
报道中,交通厅总工说了行车舒适就是这个铺装层,其意思是,这个钢筋是为了行车舒适设置的铺装层的钢筋,但不知道为啥新闻稿好像大变样,完全让人误解钢筋是为了行车舒适了。
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