塌桥事故带给我们哪些启示

图1 哥伦比亚Chirajara在建大桥垮塌现场

图2 哥伦比亚Chirajara Bridge 节点-力的传递

至于意大利的Polcevera Viaduct斜拉桥和美国迈阿密FIU（Florida International University）人行桥的坍塌原因，到现在官方还没有发表正式的报告，为了对事实的尊重，邓院士表示暂时不宜先下结论。因为很多不同的原因，都可能引起一座桥的坍塌，仅从几张照片和一些媒体报道得到的资料，甚至包括实地观察，也不一定能够代表事故的真相，所以，还不能确定坍塌的主因。

不过可以肯定的是，意大利的Polcevera Viaduct是一座已经使用了50年的旧桥，而FIU人行桥和哥伦比亚的斜拉桥的事故都发生在施工阶段，事故的原因应该不相同。

邓院士指出，桥梁的坍塌，可能有以下几个原因：设计错误、施工错误、环境变迁或者维护缺失。

设计错误可能引发桥梁坍塌是很显然的事情，设计包括成桥设计和施工设计。哥伦比亚Chirjara斜拉桥的事故虽然发生在施工阶段，但它的受力情况与成桥后是一样的，可以说是成桥设计的错误；FIU人行桥的事故发生在一个与成桥后的受力状态完全不同的结构形式，应该说是施工设计的错误。

工程师设计桥梁，是根据规范设计的，其实犯错的机会不多。不过，工程规范都是根据过去的经验编写的，经验是不完整的。尤其是细部结构，有不少实际的情况在现行规范里找不到案例，工程师就必须根据工程力学和材料力学的原理小心设计了。发生事故最普遍的就是节点设计的错误。上面谈及的哥伦比亚的Chirajara斜拉桥，就是一个例子。桥梁设计最基本的任务，就是把各部位的重力（包括所有恒载，活载和动力）传递到地基上。例如在一座斜拉桥上，我们要把桥面上的荷载从桥面传递到主梁上，再从主梁传递到拉索，拉索把这些力再传递到桥塔的塔柱，然后由塔柱传递到地基。在这个力的传递过程中，这些力要经过很多节点，就是每两个杆件的连接点，例如拉索与主梁交汇的地方是一个节点，也就是拉索的下锚头，拉索与桥塔连接的地方又是一个节点，就是拉索的上锚头。哥伦比亚Chirajara大桥桥塔塔柱上部，下部和横梁的交接处也是一个节点。在这个节点，塔的横梁不能正确地抵御倾斜的上塔柱和下塔柱的轴力产生的横向分力，所以出事了。

邓院士强调，节点通常是一个结构中的弱点，许多桥梁事故的发生，大都是节点设计不正确。

2018年3月，中国工程院院士周绪红去美国参加迈阿密的一个学术会议，正逢美国FIU人行桥的倒塌，他亲自到现场进行了查看。

事故发生在3月15日，塌桥以后有6人死亡，9人受伤。“我在现场看到的情况是，这座塌桥的桥墩是两块连续的，还有一个桥墩没有修。根据现场的资料视频可以进行分析，这座桥跨度为98米，只有一跨。问题就出在其中一段桥墩，如果这个桥墩修好了，这座桥也修好了。垮塌的时候，并没有成桥，还是一个简支状态。整座桥的设计形态还是比较好的。”

周院士告诉记者，FIU人行桥采用的是快速施工技术，其关键点就是模块化运输车，它能够把预制好的桥整体运到现场，直接安装，和我们现在提倡的装配化施工大同小异。

“这件事情引起了国内外学术界关注，大家都在评论。国内有几种观点，认为原因之一就是在模块车支撑的那个地方有小吊车，吊了一个重物压下来，这是一种观点。我们在现场了解的情况是，没有这种重物，是空吊车。第二个就是一个斜腹杆在简支状态下承受的轴向压力，可能引起下翼缘节点的破坏。另外还有一种观点，是说腹杆弯曲了。我们分析认为，这个杆确实存在问题，但是到底破坏在哪里？是要具体分析的。”周院士说。

图3 美国迈阿密FIU人行桥坍塌现场

对于意大利Polcevera Viaduct斜拉桥的事故，西南交通大学教授李亚东有着自己的看法。他认为，一座桥梁的管理是否得当，主要看桥梁的养护维修或加固改造，或交通管控是否及时到位。有媒体报道，2006年，意大利政府和高速公路公司曾考虑拆除和重建该桥；2018年4月，管理部门完成了一项2000万欧元的招标，计划在同年9月份对大桥进行结构改造。这说明大家已经认识到该桥有一定的安全隐患。但是，垮桥事故说明，即便在管理上采取了措施，这些措施的有效性也是远远不够的。

从照片（图4）可见，在Polcevera Viaduct桥残存的一跨拉索顶端，曾外包过钢板加固；另一跨的拉索，似乎也正在修复之中。这说明这桥拉索的耐久性较差。一般而言，桥龄越长，耐久性问题越容易诱发安全性问题。据此分析，Polcevera Viaduct桥的垮塌，有可能是拉索断裂导致的。

图4 意大利Polcevera Viaduct斜拉桥

李亚东表示，尽管目前还不知道造成拉索断裂的具体诱因，但大体上可以判断，拉索的耐久性问题是内因，外因则可能是当时恶劣的暴风雨天气，或者是挂孔脱落造成的冲击，或者是其他原因。

李亚东认为，哥伦比亚的在建斜拉桥垮塌，主要与设计有关；美国迈阿密在建人行桥的垮塌，主要与施工有关；而意大利Polcevera Viaduct斜拉桥的垮塌，主要与运营管理有关。这三座桥的垮塌原因，从技术角度看，似乎没有什么明显的相同或相似之处，但从管理角度看，则都是人为失误造成的。若把桥梁垮塌事故原因分为“自然因素”和“人为因素”两大类，大约80%以上的桥梁事故可划归到“人为因素”。因此，加大桥梁全过程（包括决策、勘察、设计、施工以及长期使用）的工程质量管理力度，是减少桥梁事故的有效措施。

桥梁界的自省

2018年接连出现的桥梁垮塌事故，犹如在原本看似平静的湖面投下一块巨石，在世界桥梁界激起了巨大的波澜。

意大利Polcevera Viaduct斜拉桥的垮塌事故发生后，意大利交通部长达尼洛·托尼内利在推特上表示，这是一场“巨大的悲剧”。他说，这是“欧洲10多年来最严重的一次桥梁悲剧”。意内政部长萨尔维尼也称，桥梁失修也应为此事故负责。他说：“负责人必须为这场灾难买单，为此次灾难付出一切代价，付出高昂代价。”

更令人惊心的是，意大利国家研究委员会的数据显示，该国有“上万座”桥梁超过了自然寿命期限。8月14日垮塌的莫兰迪桥的历史可追溯至1960年，许多工程师都曾警告，这座桥的设计已无法承受如今的交通流量和重型卡车。

北京城建集团土木工程总承包部总工程师、北京公路学会副秘书长金奕告诉记者，早在1992～1994年，Polcevera Viaduct桥就进行过一次桥体大修。大修的部分为桥塔塔基，明显就在波尔赛维拉溪的河床边缘，修的正是这次垮塌桥塔。按照当年维修工程的说明文件，维修前发现混凝土支撑整体退化，甚至局部出现断层，混凝土支撑与梁底接触部分出现较大空隙，其中，数条钢绞线完全腐蚀。通过若干非破坏性检测评估，最终采用额外的筋束加固混凝土支撑，解决了结构问题。而且还是在保证桥面交通运行的状态下。

金奕表示，大部分意大利的基础设施和路桥网络都修建于上世纪五六十年代，其中，许多都因年代久远存在安全隐患。这是因为，当时主要采用的建材为钢筋混凝土或预应力混凝土，而这些材料的预期寿命只有50～60年。

不仅意大利如此，整个欧洲的桥梁都处于“临界状态”，亟需引起相关部门的高度重视。据统计，法国共有26.6万座桥梁，法国交通部长近日就警告称，该国三分之一的公路桥需要维修，其中841座还有潜在风险。另外有7%的桥梁破坏较严重，存在垮塌风险，因此强烈建议这些桥梁对重型货车或所有车辆实行预防性关闭。在德国，联邦公路研究所2017年出炉的一份报告披露，虽然仅有12.4%的道路桥梁状况不佳，但状况良好的也只有12.5%。保加利亚政府则于8月16日宣布了翻修逾200座桥梁的计划，这些桥大部分建于35～40年前，状况不佳。

“使用50年的混凝土桥梁突然、粉碎性的垮塌，给工程界敲响了警钟。”金奕说，“尽管混凝土具有非常优良的耐久性，是人类历史上非常伟大的发明创造，目前很难有替代产品，大量的桥梁采用混凝土制造，即使是钢结构的桥梁，竖向受力结构也是采用混凝土。但不同时期的混凝土品质，尤其是30年前混凝土的制造、检验和实验标准，值得我们进行全面、系统的研究。比如，混凝土性能的递减性、疲劳荷载的影响，受环境腐蚀、侵蚀影响，等等。此外，对既有混凝土结构的检验、鉴定问题，随着时间的推移，混凝土的承载能力会降低，降低多少？如何鉴定？值得研究。近年来，业界正在研究各种混凝土的改进措施，如添加剂、高强混凝土、特种混凝土、大流动性混凝土等，这些新产品的耐久性该如何鉴定？如何检验、评定？也是业界需要深思的问题。”

欧美国家大规模的桥梁建设是在二战之后，50～60年代基本完成，这与我国刚刚进入建设高峰期有所不同。因此，欧美地区的桥梁事故，尤其是因时间产生的耐久性、衰减性的事故，对我国桥梁工程有很好的借鉴、参考作用，有助于汲取经验教训，做好我国的桥梁建设、养护工作。

邓文中院士认为，从意大利Polcevera大桥坍塌的情况可以看出，有一点值得我们在设计多跨长桥时考虑，就是要避免结构连续失稳的情况。Polcevera大桥其中一跨坍塌了，但其余部分并没有坍塌，是坏事中的一件好事。在设计加拿大的Confederate Bridge的时候，这也是一个设计要求。

同时，对既有桥梁进行及时的检验、加固，也引起了桥梁界的重视。中交公路规划设计院有限公司副总工程师李正熔认为，2018年接连发生的三起塌桥事件，虽然事故原因各不相同，且目前还没有一个明确的定论，但专业人员及决策人员肯定存在失职的嫌疑。尤其是对于服役期比较长的老桥，要力争做到精准的核查、评估和维护。目前，我国大批桥梁步入养护期，许多问题还并不明显，但我们必须未雨绸缪，做好预防措施。作为桥梁的主人，我们不仅要懂得如何建造它们、使用它们，更要了解它们、爱护它们，并采取相应的措施。另外，需要培养专业的“桥梁医生”，对桥梁进行有效的检测，确保养护工作更专业、可持续。

李亚东教授认为，桥梁安全事故也给业界再次敲响警钟：桥梁对于社会的稳定和有效运行具有很大作用，而其损毁则会导致巨大的生命和财产损失。因此，确保桥梁结构的安全和耐久，是重中之重。据统计，从1990年到2012年，我国有大大小小近140座桥梁因各种原因损毁，这不应该被淡忘。近几年来，随着国家的重视和投入，情况虽有所好转，但还有近8万座危桥在带病服役，容不得半点乐观。建设好新桥，维护好旧桥，是桥梁工作者面临的两项长期的、艰巨的任务。

图5 意大利的Polcevera Viaduct斜拉桥垮塌现场

图6 意大利Polcevera Viaduct斜拉桥垮塌后救援现场

没有永恒的桥梁 只有不变的定律

“通常来说，对多塔斜拉桥结构体系，增大整体刚度的办法主要包括：增大塔柱截面尺寸，增大梁刚度或塔梁固结，增设倾斜、水平、重叠或下拉索，设辅助墩，以及矮塔斜拉桥等。当时，意大利桥梁大师李嘉图·莫兰迪（Ricardo Morandi）选择的就是增大塔柱截面尺寸的办法，并开创了莫兰迪桥梁结构体系。”金奕表示，莫兰迪在桥体结构上炫技了一把，没有简单地加大加粗塔柱与基础，而是通过几个“V”字形交错，完成力学简化，同时兼顾美感。简单来说，就是用“人”字形结构确保桥塔能够“站住”，再用V形刚性塔、X形框架墩与带挂梁的主梁固结，最后形成精美的极简斜拉结构。

李亚东认为，从结构上看，莫兰迪设计的斜拉桥造型简洁，但安全冗余度低，所采用的预应力混凝土包裹的拉索构造，也从未被广泛采用。因混凝土容易开裂，里面被包裹的钢丝就难免锈蚀，一旦拉索断裂，就可能会导致致命后果。莫兰迪设计的委内瑞拉马拉开波湖桥，在1979年曾发生过拉索破损事故，这迫使业主在80年代初花费了很大气力加以替换（在塔顶另设鞍座，张拉新索，割除旧索）。

由此可见，桥梁的安全性，是桥梁美学的基础。只有在保证安全的情况下，才能追求美学的观感。而力学则是桥梁美学的基础，一切违反力学基础，对桥梁进行美学的设计，都是不长久的。

金奕表示，由于经济的增长，在很多桥梁，尤其是城市桥梁建设中，人们更需要审美的感受，因此建造了很多造型差异较大的桥梁。桥梁美学的表现、实现，成为桥梁发展面临的重要问题。如何在实现差异性的审美需求的前提下，最大程度地满足桥梁的安全性、耐久性，成为新的课题。对此，住建部最近完成的课题《城市高架桥建设体系研究》，对城市桥梁美学的应用进行了研究，希望在研究桥梁美学的同时，更加注重桥梁的安全性、耐久性，保证桥梁的基本功能。

湖南路桥集团技术总监欧阳钢认为，要做好对现有桥梁重大安全风险的防范，有几个问题需要引起重视。首先，以钢绞线斜拉桥为突出代表的悬吊类桥梁的防火问题，必须引起高度重视，从规范、设计、材料、工艺，到管养，均要进行修改、加强和完善。此外，对于既有的预应力混凝土结构的桥梁，由于历史原因，施工质量均不是很理想，必须作为重点，严密监控。另外，要彻底整治超载现象。

欧阳钢认为，对于在建桥梁，更要从源头上控制重大安全风险的发生。尤其是PPP项目建设的桥梁，存在很大的质量、结构及施工的安全风险。从宏观上看，PPP项目存在投资规模失控的风险；从微观上看，存在投资效率低下、施工质量失控、施工安全失控的可能性，万不可掉以轻心。在进行桥梁设计时，应正确处理好对桥梁美学的追求与结构安全的关系，将安全放在首位。建议将受力结构与装饰结构分离，尽可能不影响受力结构。

图7 马拉开波湖桥

当然，我们也应该清醒地认识到，没有永恒坚固的桥梁，就像没有永世长存的人，一切都是正常的循环，技术只是一种暂时维持某种状态的手段。从哲学角度来讲，一切都是过程，最终将归于初始状态。因此，桥梁也是一个过程，而桥梁的垮塌是永恒的主题。桥梁工程师所能做的，是使这一过程持续更长时间。随着桥梁年龄的增加，桥梁的承载能力、抗变形能力均在下降，需要不断地维护，才能让人们放心地使用桥梁、享受桥梁。

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2018年 第5期 总第85期

本刊记者 / 陈晨

责编 / 王硕

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