探讨哈尔滨阳明滩大桥引桥坍塌的原因

不爱吱声

最近新浪微博上一个热炒的新闻之一就是哈尔滨阳明滩大桥引桥坍塌导致的上网事件。目前网络对于导致引桥坍塌的原因众说纷纭，哈市政府已经组成专家小组对事故进行分析，他们的分析结果不得而知。

这里我只是根据自己看到的有限资料，主要是对网上的图片的分析，结合一些简单的力学和工程原理，谈谈我自己对这个事件的看法。

首先说明的是，我并不是桥梁设计专家，因此对于桥梁设计的一些行业准则我并不清楚，这里的分析主要尝试在力学原理范畴内，仅仅代表我个人观点。

这次的事故，根据我从新闻中看到的事实如下：
1。四辆货车严重超载，并同一时间在双车道桥梁的一侧车道行驶；
2。此双车道引桥采用比较罕见的单支柱支撑方式；
3。桥面侧翻，但是桥面本身结构完整表面无裂痕；
4。桥支柱有轻微倾斜，但是无局部弯曲，连接处未见钢筋，因此连接支点抗扭能力比较弱
5。不同桥面连接处显示有钢框架加固，但事故中失效

对于第一点，这个事实，没什么可说的，我主要想讨论的是此时事故是否有其他的技术原因，对以后的桥梁设计是否有什么借鉴。

为了让大家看清楚我以上说的2-5点，我特意制作了以下几张图，并进行分析如下：

注意事故发生的事引桥，而此引桥与众不同之处在于采用单支柱支撑方式，图中我已经表示出，同样与引桥并行的主桥部分采用的是通常的双支撑方式，而更为不利的是引桥为双车道，这是事故发生技术上的主要原因，我下面会详细说明。


这张图显示出，桥面是侧翻，侧翻后桥面整体完整，无可见裂缝。桥面连接处，断面齐整，说明桥面与桥面之见可能是搭接，并无连接加固迹象，但这点大部分桥梁应该都如此，猜测应该符合设计规范。另一方面，桥面整体完整，无可见裂缝，说明此桥面即便在车辆严重超载的情况下，其桥面本身的抗弯强度也是够大的。


第三张图，更进一步说明，支柱与桥面之间连接处未见钢筋，因此支柱与桥面的连接节点为弱连接。而桥面边缘，与另一桥面的连接处发现钢框架连接，但是个人认为此桥面连接基本是连接部件，而非承力（扭矩）部件。其的作用主要是保证桥梁的整体性，特别是在桥梁震动时候，限制其相对位移。支柱有倾斜，但应该是倾斜桥面倚靠所致，就是说桥面侧翻在前，支柱倾斜在后。

综上，有人说是施工问题，在没有看到其他证据的情况下，单纯对于桥梁的损毁图片观察，我看不出来施工问题，个人觉得主要是设计缺陷。

为什么说主要是设计缺陷呢？特意制作了以下一张受力分析示意图。


此示意图中，我特别比较了哈引桥单柱支撑与普通使用的双柱支撑的受力不同。

大家应该可以看到，双车道采用单柱支撑，一旦出现严重的载荷偏心，所有的扭矩都有支柱和桥面的支点（单点）来提供，而这个支点在传统双支柱支撑方案中，并不主要设计为抗拒扭转部件，支点为弱连接。双支柱支撑时候，节点的弱连接没问题，因为下面的图表明，双车道只要是双支柱，即便车辆全部行驶在一侧车道，桥面载荷对于下面的承重柱来说并不偏心，而节点并不需要承受大的扭矩。因此，估计在设计规范中，对于节点可能不会有大的承扭要求。但是由于此引桥，采用单支柱，同时又没有对于支点的承扭能力不足采用其他的加固措施，因此悲剧就在这种情况下发生了。

通过以上分析，我觉得桥梁设计还是安全第一。对于此引桥采用非常规的单柱设计的原因我不得而知，如果是为了节省材料，也说不太过去，因为多一根柱子对于桥梁整个工程来说也没节省很多材料，为什么要在这地方省材料呢？

以上是我个人的看法，大家觉得呢？

============================
补充说明：

我这篇文章并不是说设计者有责任，因为我不知道设计准则，在严重超载的前提下，我也不打算去对设计进行演算，我也无权对责任进行认定。我的意思是这种设计本身在力学上有缺陷，即便符合设计准则，以后也应该尽量避免采用。希望大家不要误解。

设计缺陷和责任事故最好分开，如果是设计缺陷，而这种属于行业规范允许的，设计人员没考虑到极端情况，那么设计人员属于水平有限，但是不是责任事故，需要修改行业规范。但如果是设计不符合行业规范那就是责任事故，设计人员需要承担法律责任的。

老芒

不一定是节省材料吧，还是现在国内玩设计的太大胆，太草率，有时候想的太少，所以在遇到极端状况的时候就出问题了。
这座桥的设计师估计也没想到会有这么重的几辆车一起走单边吧？

橡树村

老芒 发表于 2012-8-27 00:33
不一定是节省材料吧，还是现在国内玩设计的太大胆，太草率，有时候想的太少，所以在遇到极端状况的时候就出 ...

现在设计师是终身负责制，责任追究到个人，有刑事责任的，对于可以在图纸上就能查出来的问题，设计师才不会拿自己后半辈子的幸福去冒险。质量问题一般处在施工和监理上，一些隐蔽的不好查的地方。

设计师是需要严格遵守设计规范要求来设计的，只要符合设计规范，设计者就没有责任。所以出现的这个情况，很大可能是实际使用超出了设计的范围所出的事情。比如查相关的设计规范，对于五十吨的车辆，一道梁只允许通过一辆车，而且需要有相关部门进行监督。出事情的时候是四辆总重五百吨的车停在道路的一侧。这个设计余量已经是不少倍了。

事情毕竟出了，说明设计规范并不能满足实际使用要求。那么就需要考虑是不是更改设计规范。更改设计规范设计的面就非常广了，因为规范是全国都使用的。提高设计标准必然带来成本上升，但是即便提高了设计标准，能不能应付想象力无限的超重者也很难说。这是一个经济问题，决策者需要在增加在桥梁道路建设方面面的投资，以及增加抓超载方面的投资两个方法之间进行权衡。

老芒

橡树村 发表于 2012-8-27 00:55
现在设计师是终身负责制，责任追究到个人，有刑事责任的，对于可以在图纸上就能查出来的问题，设计师才不 ...

所以说是没考虑极端问题的出现，这次应该就属于极端现象。估计设计师也没想到会有4辆超载车同时走单边。
交通设计这事，宁可保守一点，也不要玩技术。因为中国的路上什么极端情况都可能出现的。

橡树村

老芒 发表于 2012-8-27 00:59
所以说是没考虑极端问题的出现，这次应该就属于极端现象。估计设计师也没想到会有4辆超载车同时走单边。
...

你这个思路不对的。

设计规范总是需要给出一个数据的，不可能考虑任何极端情况。这次是五百吨出事，那好，改规范，改成耐一千吨。那么下次来个两千吨呢？还是要塌。而提高成本几十个百分点就应对极个别的完全可以通过其他方法避免的情况，值不值呢？

老芒

橡树村 发表于 2012-8-27 01:02
你这个思路不对的。

设计规范总是需要给出一个数据的，不可能考虑任何极端情况。这次是五百吨出事，那好 ...

给出规范那是必须的，但在中国，极端情况太多了，所以设计的时候在规范内选择相对安全的设计应该是没错的。比如这次的桥如果选择比较保守的双桥墩，会不会出事呢？

橡树村

老芒 发表于 2012-8-27 01:07
给出规范那是必须的，但在中国，极端情况太多了，所以设计的时候在规范内选择相对安全的设计应该是没错的 ...

难说。可能不会翻，但是仍然可能出现其他问题。反正超载到了这个程度了，你怎么提高设计标准都会出事情的。

橡树村

还有个好玩的事情，出事的根本不是阳明摊大桥引桥。闹了两天新闻媒体连出事的主体就弄错。

http://www.northnews.cn/2012/0826/899964.shtml

整个事件的新闻报道非常混乱，倒是国内目前媒体水平的准确反映。

老芒

橡树村 发表于 2012-8-27 01:10
难说。可能不会翻，但是仍然可能出现其他问题。反正超载到了这个程度了，你怎么提高设计标准都会出事情的 ...

按理说这样的车是不能上路的，尤其是这样的桥，但中国的问题嘛，那就说不好了。

橡树村

老芒 发表于 2012-8-27 01:13
按理说这样的车是不能上路的，尤其是这样的桥，但中国的问题嘛，那就说不好了。 ...

国内对超载抓的动力不足。这是最大问题。

国内的物流费用实在太高，超载抓太严了，物流成本增加太大，直接会对物价造成压力，会惹出其他问题。所以虽然超载也在抓，但是效果并不好。

出了很惹眼球的事件，倒是一个做一点改动的机会。一段时间内抓超载肯定会很严。

类似的还有不安全的卧铺长途，非要等到烧死三十六个人了才全面禁止，不过也需要等几年的时间等待慢慢淘汰。

老芒

橡树村 发表于 2012-8-27 01:20
国内对超载抓的动力不足。这是最大问题。

国内的物流费用实在太高，超载抓太严了，物流成本增加太大，直 ...

中国很多事情都是等出大问题才有动力改的。

不爱吱声

橡树村 发表于 2012-8-26 10:55
现在设计师是终身负责制，责任追究到个人，有刑事责任的，对于可以在图纸上就能查出来的问题，设计师才不 ...

对于设计规范是否应该修改，我主张修改。

单独对这次偶然事件来说，尽管存在以下两种可能性，
1。在严重超载的情况下，即便采用双柱支撑桥没准仍然会毁坏；
2。超载不是极端严重，即便采用单柱支撑，桥也不会毁坏。

但是，桥梁设计准则应该使用worst case scenario(最坏情况准则）。

我以上分析已经指出，把单柱方案和双柱方案比较，双车道桥面单柱支撑比较双柱支撑有明显的受力缺陷，而单柱支撑有并没有显著的经济效益。因为桥梁设计应该把安全因素放在首位，而单柱设计方案相比较双柱支撑方案属于系统缺陷，是可以消除和避免的。

那么以后应该在规范上就禁止双车道桥面采用单柱支撑设计。

晨枫

不爱吱声 发表于 2012-8-26 12:16
对于设计规范是否应该修改，我主张修改。

单独对这次偶然事件来说，尽管存在以下两种可能性，

worst case scenario是一个说起来容易做起来难的问题。福岛核电站和哈尔滨引桥都是对最坏情况估计不足的情况。事实上，北京暴雨成灾也是对最坏情况估计不足的缘故。应该怎样才能估计充分，只有事后诸葛亮。如果哈尔滨已经是400%超限的话，个人认为不是规范的问题，而是国人严重无视基本安全规则的问题。明知故犯，而且是“没事的，一直都是这么干的，哪有那么巧的事呢？”

不爱吱声

晨枫 发表于 2012-8-26 16:28
worst case scenario是一个说起来容易做起来难的问题。福岛核电站和哈尔滨引桥都是对最坏情况估计不足的 ...

国人对于超载的无视,确认让人非常无奈.单就这次事件来看,我承认超载是主因.

但是不是还有那句话么"不能让别的错误来惩罚自己",因此作为一名优秀的工程师,还是应该尽量把系统隐患尽量提前排除,尽管可能按照规范设计,出了事情也不应该承担责任,但是安全优先的设计理念还是应该提倡的.那么在单柱与双柱比明显有安全隐患的情况下,还是应该优先考虑双柱设计方案,我想如果这次事故能给工程师们一个提醒,那么就可能把坏事变成好事.

工程设计的行业准则其实也是在不断经历各种意外事故后调整,完善的.

晨枫

不爱吱声 发表于 2012-8-26 20:26
国人对于超载的无视,确认让人非常无奈.单就这次事件来看,我承认超载是主因.

但是不是还有那句话么"不能 ...

那如果引道采用双柱，主道是否应该考虑更多车道的承重而采用三柱呢？个人估计引道采用单柱有可能是减少下方占地，容易安排地面车道。猜想而已。

不爱吱声

晨枫 发表于 2012-8-26 20:42
那如果引道采用双柱，主道是否应该考虑更多车道的承重而采用三柱呢？个人估计引道采用单柱有可能是减少下 ...

双柱就已经能解决侧翻问题了,从安全角度来讲,三柱是选项却不是必须了.

单柱也不是不可以采用,如果采用的话需要额外的加固方式来防侧翻隐患,这也应该是"修改"行业规范时候可以考虑的

晨枫

不爱吱声 发表于 2012-8-26 20:46
双柱就已经能解决侧翻问题了,从安全角度来讲,三柱是选项却不是必须了.

单柱也不是不可以采用,如果采用的 ...

双柱不能保证横向不会在过度超重下出现凹陷啊。如果只有双车道那没有问题，三车道可能也行，好多高架高速公路都是四车道甚至六车道啊。同意单柱加强连接部应该成为标准，单柱本来就有平衡问题，除非单柱顶上固定横托，然后路床直接架在横托上。

Highway

似曾相识。



看看这首船。倾斜的原因据说是左舱有一位超级裸模，然后。。。

橡树村

不爱吱声 发表于 2012-8-27 02:16
对于设计规范是否应该修改，我主张修改。

单独对这次偶然事件来说，尽管存在以下两种可能性，

这个问题已经在谈了。

http://www.moc.gov.cn/st2010/zhe ... 0101123_869129.html

说是浙江已经不允许这种单柱结构，已有的也需要加固。不过还没有形成全国范围的标准。类似事故全国已经不少起了。

huolu

独柱墩设计方式在桥梁尤其是引桥部分是非常普遍的，你们出去随便去一个大桥看看就知道了。这个是绝对符合设计规范的，可能一个问题是在桥墩上没加盖梁，照片看好像是没全加，要是加上盖梁，盖梁上有两个点支撑，情况就会好多辆。但是这些都是符合规范的。
至于说木方，袋子什么的，没看现场不知道，但是大桥的引桥是相对稳定的，是固定在地面 的。而主桥是相对不稳定的，所以引桥和主桥直接都会有个缓冲带，类似后浇带或者变形伸缩缝。这个区域是添加一些填充物的，为了美观上面会覆盖混凝土。有可能那些东西是从那个地方发现的，但是没看到照片，不敢说是不是，至少有一点，现在的桥梁施工质量不会太差的。这样的重载车辆过去啥样质量的桥也悬，
简单一点就知道，一辆坦克也就是60吨，还是履带式的，对桥面压强已经很高了。这样的两倍三倍于坦克的大车，靠着十个八个轮胎的面积。没压坏桥面已经说明桥面施工质量不错了。这几年为什么经常有大桥刚做好没几年就修桥面，好多人都说是质量问题，其实都说超载车辆压得。