54[爆卦] 中國完成南方澳大橋事故分析

作者：czqs2000 (青山)
時間：2019-10-03 13:15:08

剛剛看到的，主要是這兩位進行的分析：

彭衛兵，工學博士、教授、博士生導師，長期致力于橋梁倒塌事故分析和新型橋梁結構研
究，提出了典型的獨柱墩梁橋傾覆破壞模式，提出并建立了基于剛體和變形體轉動的梁橋
傾覆計算方法。主持國家自然科學基金3項、主持浙江省省自然科學基金、浙江省科技廳
和交通部西部課題分項課題多項。

戴飛，博士、教授、博士生導師，長期致力于建設工程信息化、安全與健康風險等方面
的基礎理論、技術、及應用研究，并在工程視覺傳感研究領域做了一些國際有影響力的
工作。目前擔任美國土木工程師協會建設工程與管理雜志（Journal of Construction
Engineering and Management）編委，及美國土木工程師協會可視化信息建模與仿真委
員會秘書。

全文鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s/6UXWYorMNMWCdB-DSqUiMQ

以下是分析全文，圖自己點上門鏈接去看。

一、事故概況

2019年10月1日上午9時許，臺灣宜蘭縣南方澳跨港大橋發生意外垮塌事故，一輛油罐車
隨橋掉落水中，事故已造成10人受傷5人失蹤。該事故引發了國內外廣泛討論與關注。本
文通過現場監控視頻和現場殘骸照片，對事故進行初步分析。

臺灣南方澳跨港大橋為亞洲第一座雙叉式單拱橋，橋長140米，橋寬15米，橋下至海面高
度18.5米，橋面至拱頂25.27米。主體鋼材為耐候性高強度低合金鋼，鋼板總重1535噸，
支承型式為750T單向活動鋼支座，該橋于1998年6月20日完工。橋梁為系桿拱結構，主梁
采用斜桿與主拱圈相連，形成尼爾森體系，鋼主梁受拉自平衡的水平推力。這一結構特
點可從倒塌前現場照片中得到驗證，如圖1所示。
[圖1 澳跨港大橋（圖片來源：蘇奧觀光旅游網）]

二、倒塌過程分析

2.1 確定初始破壞位置
根據東森新聞和來自網頁（https://haokan.baidu.com/v?vid=1064371237825553162&pd
=bjh&fr=bjhauthor&type=video）的兩個視頻，均可發現，在油罐車駛過跨中后不久，跨
中靠右側第一根吊桿與拱圈連接部位最先發生斷裂，為本起事故的起始破壞點，如圖2所
示。
[圖2 初始斷裂吊桿]

2.2 剩余吊桿的連續斷裂
第一根吊桿斷裂后，左側吊桿幾乎在同一時間發生與拱圈連接部分的斷裂，而右側吊桿
則發生與橋面連接的失效，如圖3所示。在正常橋梁設計中，一般會保留一定的安全儲備
，即使其中一根吊桿的失效后，其余吊桿仍可保持結構正常工作。而在本事故中，首根
吊桿失效后產生的內力重新分布，導致剩余吊桿受力增加，并引發吊桿連續斷裂失效，
可以推斷吊桿與拱圈或橋面的連接部位發生了一定程度的損傷。
[圖3 吊桿連續破壞過程示意圖]

2.3 主梁倒塌及殘骸分析
根據現場殘骸照片，推斷主梁為鋼梁，如圖4所示。
[圖4 主梁結構形式推斷]

由視頻中可見，主梁在吊桿破壞后，由于彎矩持續增加，主梁撓度立刻增大；變形增大到
一定程度在跨中產生塑性鉸，主梁出現裂縫；隨著撓度繼續增加，裂縫開展；撓度增大到
一定程度主梁突然發生斷裂，結構在斷裂處發生不連續相對轉動變形；主梁斷裂后，結構
變成可變體系，發生連續倒塌，如圖5所示。
[圖5 主梁變形過程示意圖]

2.4 主拱圈倒塌過程分析
在倒塌前，從視頻中可以看出，主拱圈在倒塌過程中，發生的變形并表現出了拱頂和拱
腳的相對位移，但拱圈未發生強度破壞；在系桿拱整體滑落后，拱與橋面連接的交叉桿
受到沖擊發生斷裂。

2.4.1 吊桿失效，拱頂向上回彈，拱腳發生相向位移
由視頻中可見，主拱圈在事故過程中拱頂上拱，拱腳向跨中方向發生位移。

就拱頂變形看，第一根吊桿斷裂時，吊桿拉力釋放后，作用在主拱圈的拉力消失后，主
拱圈出現輕微回彈，略微向上拱起；吊桿連續斷裂，主拱圈繼續向上拱起，幅度增大，
但無論是拱腳還是拱頂，結構位移較小，如圖6所示。
[圖6 拱頂變形過程示意圖]

2.4.2 主梁向下變形，拱腳繼續發生相向位移
主梁形成塑性鉸后，并繼續垮塌時，主拱圈明顯向上拱起，結構發生破壞。在所有吊桿
都發生斷裂瞬間，拱頂豎向變形較小，但當跨中產生塑性鉸時，可以看出拱頂發生明顯
的向上位移，同時拱腳位移迅速增大，隨后主拱圈整體垮塌，如圖7所示。
[圖7 拱腳變形過程示意圖]

由此可以得出，拱圈的出現落梁的主要原因：
（1）吊桿釋放后拱頂回彈，在拱圈長度不變的情況下，拱腳發生相向位移
（2）主梁受彎出現塑性鉸后，主梁跨中位移引起主梁與拱連接處進一步發生相向位移。
上述兩個位移的疊加導致系桿（主梁）和拱整體從支座上滑落。

三、倒塌過程總結
通過上述視頻圖分析，本團隊將倒塌過程通過示意圖更好的展示，見圖8。澳跨港
大橋坍塌可分為以下4個階段：1.第一根吊桿發生斷裂，內力發生重分布，超出剩余吊桿
承載能力，導致吊桿連續破壞；2.吊桿破壞后導致作用在拱圈上的內力釋放，主拱圈拱
頂發生較大的向上恢復變形，拱頂向上回彈，由于拱圈軸向變形可以忽略，因此，拱頂向
上回彈必然導致拱腳向跨中方向收縮；3.吊桿破壞后，主梁無法承受自重而發生彎曲變形
，撓度大大增加，導致拱腳處受到較大拉應力向跨中收縮。4.主梁變形到一定程度產生塑
性鉸，在跨中開裂；同時拱腳明顯相對位移，系桿拱發生落梁，進而整體坍塌。
[圖8 橋梁倒塌過程示意圖]

四、基于虛位移原理的系桿拱拱腳相對位移分析
根據虛位移原理，有式1。
[圖9 拱頂位移引發拱腳相對位移示意圖]
[式1]

從式1中可以看出，在拱頂位移方向單位力作用下，在忽略軸向變形和剪切變形的前提下，
拱頂位移將引發結構彎曲變形和拱腳位移。同理，當主梁發生一定彎曲變形后，跨中的撓
度將引發兩拱腳發生水平的相向位移。因此，可以認為在保持系桿拉力不變的前提下，系
桿拱在吊桿斷裂和主梁彎曲后，系桿拱拱腳有內生的發生相向位移的趨勢，這個趨勢可能
導致系桿拱整體落梁。

五、結論與建議
（1）澳跨港大橋坍塌，可初步推斷是大部分吊桿存在損傷，某一吊桿斷裂后，損傷后的
吊桿無法承擔主梁自重引發的各吊桿內力重分布帶來的各桿內力的增加，進而引發連續
倒塌。
（2）包含系桿的上部結構的落梁是在吊桿發生破壞的條件下，三個原因導致上部結構滑
落，拱頂向上位移和主梁向下撓度均會引發拱腳發生相向位移，導致上部結構在支座上
移動，第三，當結構變成機構后，進一步從支座上滑落，引發結構整體發生坍塌。
（3）由于系桿拱在倒塌過程中，在發生吊桿連續斷裂后，系桿主梁僅形成塑性鉸，不發
生徹底斷裂的前提下，具有天生的拱腳發生相向位移的特點，建議加強系桿主梁與相鄰
跨主梁的連接，避免系桿拱上部結構整體滑落。
（4）建議加強吊桿與拱圈和主梁連接處的強度檢查，及時發現吊桿鋼結構銹蝕或疲勞引
發的強度損失。

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