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连霍高速义昌断桥事故的力学推断 ·作者：尚阳 ·时间：2013-02-14 22:30:49 义昌大桥属于多段简支梁结构，多段均由π形结构的桥墩支撑着各段桥梁，对桥梁而言，在受到分布或集中载荷时，桥梁两端部承受着桥墩反力形成的剪切力，中部承受的是弯曲力矩，弯曲力矩可导致梁体两端部的桡度形变并发生转角，对桥墩而言，承受着梁体自身重力和设计载荷的正压力外，并承受因各种外力晃动而产生的纵向和横向弯曲力矩，设计时，对这些力学参数都必须精细计算后，再考虑一定的强度安全系数，方可进行桥墩和桥梁梁体的截面强度设计和校核。 一车花炮的燃烧爆炸，是否足以炸塌80米桥梁？这应该有桥梁设计的力学数据和破坏力产生的可能性及其破坏特征分析来论证。 据报道，花炮的药量在1吨左右，其爆炸力是可以计算的，依据报道，花炮是在桥面上的车辆上爆炸的，其破坏力型式应该是爆炸冲击波，如果按东西南北和上下六个维度考虑，冲击波就有五个维度的无阻碍释放空间，只有向下一个维度是作用在桥面上的，其对桥面的瞬时作用力是全部冲击波能量的六分之一，那么厚实的桥面，六分之一的冲击波能量是否可以炸断，只需要一经计算就可以结论，无须争议和任由专家胡乱评说。 计算梁体的抗冲击能力，关键是测量爆炸点位置，作为简支梁，一旦确定了爆炸位置，就很容易确定出其破坏力的后果来，也无须什么质疑。如果是在某段桥梁的中段爆炸，可视同梁体瞬时中间集中载荷，根据冲击波能量可计算这种瞬时中间集中载荷是否超过了桥梁的最大设计弯矩？果如此，其破坏型式应是桥梁的中间断裂现象来印证。如果是在某段桥梁的近桥墩处爆炸，可根据爆炸力计算这种瞬时集中载荷是否超过了梁体的最大设计剪切力？果如此，其破坏型式应是梁体的近桥墩处的断裂现象来印证。我看过报道的那些专家判断说辞，没有看出有任何力学依据和力学破坏特征能够证明是花炮爆炸而造成80米桥梁垮塌的道理。 究竟是先爆炸还是先塌桥？似乎这种互为因果关系的判断成为本案焦点，知名爆破专家王百姓认定的先爆炸表态有一定道理，他的理由很简单，一是说在桥面有散落的爆炸碎屑，二是北半幅水泥隔离带上有炸开的豁口，由此推理说先垮桥就不会是这种现象，但他的推理明显忽视了“瞬时”的短暂性逻辑，可以想象，在桥断裂的那个时刻，车辆并不立刻就掉下去，爆炸是比垮塌更快速的一个反应过程，再说那些向上的气浪，怎么不会把花炮的碎屑散落在桥面呢？所以，爆破专家王百姓的认定，仍属于非逻辑性推理。作为爆破专家，他没有说明白引燃花炮爆炸的原因来。据我推断，爆炸应该在先，引燃花炮爆炸的可能性是“静电”，从技术角度讲，运载易燃物的车辆，必须采取防“静电”技术措施，本案货运方只知道装载的是百货，没有采取防“静电”技术措施，导致了“静电”引燃花炮爆炸的恶果。 其实，讨论先爆炸还是先塌桥，没有太多的实质意义，这一认定只是对垮桥事故的表象分析，不是垮桥事故的本质分析，这么巨大的事故，不可能简单到就这么一个单一的因素来定论，应该力求面对整体系统，深入研究多种造成垮塌的因素。 常识告诉我们，产生破坏现象，那是力的作用结果，力是讲大小，方向和作用点的，抛开花炮燃烧爆炸力的大小、方向和作用对象说事，是不可能说清真相的。 本案中花炮燃烧爆炸力的作用对象是一座160米长度的桥，究竟桥梁有没有设计和施工质量问题？理所当然决定着破坏的程度。那位河南省交通厅总工程师李强的介绍颇耐人寻味，他在肯定桥梁质量没有问题的同时，却道出了一个爆炸后果真相，他说“由于冲击波，防撞墙发生位移，南侧的防撞墙裂了长约7.5米的口子，北侧的防撞墙也外移了10厘米，下沉了5厘米”，这就客观的反映出冲击波对近距离的防撞墙的直接破坏力并不是那么强大。应该说，火药燃烧，完全不同于人为的那种定向爆破，面对钢筋混凝土这类刚性和柔性兼备的桥梁体构造，绝对比防撞墙厚实得多，花炮爆炸产生的那个六分之一的冲击波经车辆箱体底板阻挡后，对桥梁面的直接破坏作用是很有限的，花炮爆炸充其量是桥梁垮塌的一个外因，也肯定不是唯一的外因。桥面运行车辆载重累积是否过载？是否发生运行追尾？都有可能形成垮塌的不确定因素。 爆破专家王百姓有一句话，实际已经道明了造成80米长度桥梁垮塌的真相,他说“义昌大桥是简支梁…..如果上部结构垮掉,会把另一个桥墩拉倒…”， 这个所谓“拉倒”现象，才是80米长度桥梁垮塌的真相。 这里告诉读者，所谓“简支梁”，就是梁体与桥墩不是刚性连接，梁体要考虑物理性收缩变化，是以桥墩支承方式架设在桥墩顶面的。 为什么会发生“拉倒”现象呢？我估计确切的垮塌过程可能不是拉倒，而是推倒。分析桥墩倒塌的原因，才是本案事故判断的本质所在，我们分析事故，目的是寻找真正原因，并从事故中吸取教训，总结经验，完善设计和施工质量，而不是只简单的追究责任。 笔者没有看到具体现场，仅从报道的图片推断，这个高度23.6米的大桥，在桥墩结构设计上，明显没有足够的纵向抗弯矩设计结构，这么高的桥墩，明显存在力学强度设计上的“压杆稳定”问题，一旦发生局部梁体断裂，就会产生稳定失衡，垮梁对桥墩上端产生的侧向力，将会对桥墩形成巨大的弯曲力矩，这个力矩在数值上等于这个力乘以力臂，这个23.6米的力臂，是足够长的啊，由此会形成巨大的弯曲力矩，足以将桥墩推倒,并以衰减的方式到不能推倒时为止，于是，才有80米长度内的数个桥墩顺着同一个方向倒下去的现象发生。因此我认为，桥墩设计的结构缺陷是明摆着的，对高跨度桥墩的设计，必须考虑一旦稳定失衡后，具有足够的纵向抗弯强度性能。 还有一个问题，就是桥梁的梁体怎么会发生垮塌的问题？以笔者力学推断，假设桥梁体的钢筋混凝土没有质量问题，花炮爆炸的冲击波充其量只会直接损伤桥面，最多是炸个坑，不可能会造成80米垮塌。从报道中没有看到爆炸致裂的那个梁体断面是什么形状，无法断定其断裂的力学性质，更无法判断钢筋混凝土有没有质量问题，但笔者可以做这么一个猜测：是爆炸的冲击波，作用在防撞墙后，造成了桥梁的纵向和横向整体晃动，这种晃动带动了桥墩的晃动，晃动波先为增幅，达到峰值后再为减幅，桥墩的纵向峰值晃动，让简支梁的梁体闪空掉落，掉落梁体对桥墩产生纵向侧力，将第一个桥墩推倒，其后如同多米若骨牌那样，直到衰减到推不倒时为止，就这么垮塌了80米，相当于全长的一半，这个多米若骨牌效应，本质上就是桥墩稳定性失衡效应。 不要小看那个冲击波，那是一种“动量能”，其加速度很高，这种动量冲击能与加速度成正比关系，所以，据报道，距近花炮车辆的其它车，都被掀翻了。 最后再讨论一个“桥墩倒向”问题，桥墩倒向与车辆行进方向推断是相反的方向，为什么相反？那张后轮悬空的照片，让我看出桥梁整体是向行车前进的反方向倒下的，常识告诉我们，车辆前行的拖动力，是车轮受到路面的阻力而形成的，路面阻力来自路面与轮胎之间的摩擦力，显然，这个路面阻力的方向与车辆前行的方向是相反的，那么多前行车辆，必然对大桥施加着巨大的后坐力，爆炸的冲击能与后坐力形成叠加合力，才将桥墩向后搬到了。 本案假设排除工程施工质量因素，可以断定，桥墩的纵向抗弯矩能力设计不足是造成垮塌的内在原因，花炮爆炸只是个外因而已。 客观理性的认知事故原因，比胡乱追究责任更有意义。笔者以为：一车花炮就能搞倒一座桥的结论，万万做不得，也万万不能成立，一切脱离力学原则的结论，会是荒谬的，荒谬会让我们这个民族更愚昧。 这个惨痛事故告戒我们的桥梁专家，对于高跨度、大长度的桥梁设计，不能照搬照套一般桥梁的设计标准，必须要有新思路，提醒桥梁设计专家特别重视，高跨度桥梁的桥墩设计，必须考虑桥墩的稳定性意外失衡而发生的抗弯矩不足问题！建议间隔一定距离做上个加强桥墩。 中国的桥梁事故已经不止一次，再次发生义昌断桥事故，凸显出我国桥梁领域设计与施工技术的严重不足。 此观点供网友明辨事故真相参考。 |
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