李郴娟

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學院)

1 大型橋梁施工事故及分析原因

(1)1999 年1 月4 日，重慶綦江彩虹橋整體垮塌，受傷14 人，死亡40 人造成財產(chǎn)損失無數(shù)，事故調(diào)查結(jié)果，是由于監(jiān)管部門疏忽，導致整個項目從立項開始，到設計施工，到驗收等等環(huán)節(jié)都不符合有關(guān)規(guī)定，具體調(diào)查下來，主要是因為鋼結(jié)構(gòu)之間的焊接問題以及混凝土強度問題，其中混凝土的強度只有國家標準的1/3。

(2)2000 年11 月27 日，深證鹽壩高架橋坍塌，造成大量經(jīng)濟損失與人員傷亡，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，事故原因在于支架設計的問題，對活荷載與荷載分布狀況的估計不足，施工與監(jiān)管部門的早做不利，最終導致事件發(fā)生。

(3)2001 年11 月7 日，重慶南門大橋斷裂，該橋跨度足有500 m，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷裂位置處于主橋于引橋結(jié)合位置，主要事故原因是橋面受力不均，造成雙邊垮塌。

(4)2005 年12 月14 日，貴州省貴陽市開陽縣公路小尖山大橋發(fā)生坍塌，導致5 人死亡，15 人受傷。

(5)2007 年8 月13 日，湖南省鳳凰縣堤溪沱大橋坍塌，坍塌時正在建設，受傷22 人，死亡64 人，屬于重大事故，并造成近4000 萬的經(jīng)濟損失。經(jīng)調(diào)查，起坍塌原因主要是由于石拱橋構(gòu)造施工工序不合理，在拆除腳手架時由于施工單位配合失誤，導致大橋受力不均，最終形成連環(huán)倒塌。

2 大型橋梁施工力學

2.1 施工力學的重要性及意義

在人類發(fā)展歷史中，過去的半個多世紀，技術(shù)帶來的變化是史無前例的，而建筑行業(yè)也順應發(fā)展，在潮流中飛速前進，而在建筑效果上，新奇的造型，創(chuàng)新空間越來越多，隨著技術(shù)的發(fā)展，原本在力學上不可能的結(jié)構(gòu)漸漸變?yōu)榭赡?，由于建筑發(fā)展的需要，結(jié)構(gòu)技術(shù)上的創(chuàng)新也就被帶動，傳統(tǒng)意義上，結(jié)構(gòu)設計與施工是一個工程立項后的不同的兩個步驟，然而在近些年的研究結(jié)果表明，需要有一個理論，將結(jié)構(gòu)設計與施工結(jié)合起來，在結(jié)構(gòu)施工的時候，會產(chǎn)生一些意想不到的力學因素，這些因素有時甚至會導致事故發(fā)生。

結(jié)構(gòu)設計與施工相互影響，施工方法的區(qū)別將很大程度上影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與形變，如果控制不足，則會釀成大禍，因此，在結(jié)構(gòu)設計的同時，也必須考慮到施工時的力學現(xiàn)象，施工力學的意義就被突顯出來。

2.2 主要問題

(1)施工階段的力學的不確定性

在建筑力學中，荷載分為永久荷載與活荷載，永久荷載是包括自重在內(nèi)的一般恒定不變的荷載，大多數(shù)情況下不會產(chǎn)生變化，而活荷載卻是結(jié)構(gòu)計算階段的一個不確定因素，在一般的施工圖設計階段，會根據(jù)經(jīng)驗值來考慮。然而在橋梁施工的時候，活荷載的不確定性被無限放大，導致整個施工過程中施工力學的復雜與不確定。一般具體表現(xiàn)在兩個方面:臨時支架活荷載的不確定性，由于在工人施工時，支架的搭接位置，都著很大的不確定性，支架的自重也具有不確定性，造成活荷載的不確定。

施工過程的不確定性，施工工人數(shù)量區(qū)別導致活荷載區(qū)別，結(jié)構(gòu)體系的區(qū)別導致不確定性，建造材料的不同，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)橋梁的不確定性，構(gòu)造方式不同造成的不確定性等等。

(2)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換

在建筑設計中，常常存在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，有時甚至會設計結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層以保證建筑的使用合理，而在橋梁設計中，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換也是非常常見的一種技術(shù)手段，除了要計算因施工程序不同、荷載不同而產(chǎn)生的不同施工內(nèi)力外，還應計算各項次內(nèi)力，包括施工過程中由于張拉預應力束引起的次應力和由于溫度變化、混凝土收縮徐變等因素所產(chǎn)生的次內(nèi)力。多次體系轉(zhuǎn)換，加上鋼束的預加力沿程分布的變化，計算相當復雜，通常采用等效荷載法，將混凝土與鋼束分開來考慮，最后求得預應力對結(jié)構(gòu)的總效應。而在面對如此復雜的轉(zhuǎn)換工程，轉(zhuǎn)換順序的選擇就顯得尤為重要，其需要達到的效果是讓連續(xù)梁最終的恒荷載內(nèi)力均勻合理的分布，并盡量避免次內(nèi)力造成的不良影響，一般在懸臂施工中，次內(nèi)力對于橋梁的正彎矩有著比較大的影響。

一般的預應力混凝土結(jié)構(gòu)梁，或者桁架梁鋼梁都會有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的問題，施工過程中，橋梁的靜力平衡體系一直處于變化中，結(jié)構(gòu)中的應力重分布后的最終狀態(tài)經(jīng)常不同于最優(yōu)設計分布應力，有時需要調(diào)整橋梁內(nèi)力。以杭州錢江錢江二橋為例，它的轉(zhuǎn)換特點本著將施工誤差盡量移至岸邊處理的原則，首先將相鄰兩個墩上的T 構(gòu)合龍成Π 構(gòu)，然后由中間固定墩按先近后遠的原則對稱順序向兩岸進行Π 構(gòu)之間的合龍，誤差接近岸邊，是操作難度下降。

施工過程中有一個“先簡支后連續(xù)”的原則，具體來說，就是在簡支梁預支的時候，第一次進行預應力筋張拉錨固，以簡支梁受力狀態(tài)預制，完成后經(jīng)過一系列調(diào)整，再第二次預應力筋張拉錨固，而第二次的終點是完成一系列的混凝土連續(xù)梁施工，與第一次的區(qū)別在于主梁的接頭使用鋼筋混凝土連接，以保證其連續(xù)性，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

(3)準確選定荷載組合分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力及局部應力

大跨度的橋梁，結(jié)構(gòu)非常復雜，例如西班牙建筑師卡拉特拉瓦，他的橋梁設計舉世聞名，同時他的作品的結(jié)構(gòu)也非常復雜，在橋梁的建筑美學中，復雜的結(jié)構(gòu)是體現(xiàn)它美的價值的重要因素，當然，這就需要極高的技術(shù)支持。

在結(jié)構(gòu)的整體剖析中，荷載狀況非常復雜，需要多方面考慮，因為在施工過程中可能會產(chǎn)生兩種甚至以上的不穩(wěn)定因素，或者意外狀況，而這些不穩(wěn)定因素相互疊加，會使得整個應力產(chǎn)生意想不到的變化，很有可能出現(xiàn)意想不到的事故。

根據(jù)最新研究的經(jīng)驗表明，同時考慮恒載，活載，溫度驟降，基礎不均勻沉降是目前比較普遍的方式。恒載是包括整個結(jié)構(gòu)的自重在內(nèi)的一般恒定不變的量，活載的變數(shù)很大，需要同時考慮到施工時期施工設備和人員的重量，還需要考慮到建成以后整個橋梁的極限載重量，并且還需要留下余量，以免發(fā)生問題。大跨徑連續(xù)梁橋在頂板配置有橫向預應力束的情況下，頂板和腹板交接處為控制設計斷面，預應力鋼筋錨固端的兩側(cè)和危險截面要加以驗算。如加拿大格朗梅爾大橋，設計中沒有考慮溫度應力問題，后來在加固階段經(jīng)計算得出10 ℃的溫差在橋梁跨中產(chǎn)生的正彎矩值相當于中跨兩條車道布載所產(chǎn)生的正彎矩，這足以說明準確考慮溫度應力的重要性。溫度驟降會使得結(jié)構(gòu)壓縮，需要考慮到當?shù)貧夂?，在此基礎上，計算出一個余量值，使得結(jié)構(gòu)受溫度影響之后依然能夠發(fā)揮作用。而基礎不均勻沉降是由于活荷載的分布不均，基礎土質(zhì)不同而造成的，在設計之初，基地勘察的時候就需要將其考慮進來，基礎不均勻沉降如果考慮不周，那么在橋梁投入使用之后會產(chǎn)生大量的問題，尤其是橋身容易斷裂的問題。

(4)橋梁結(jié)構(gòu)施工力學的計算

施工力學的計算非常復雜，并具有很大的不確定性，那么在研究的時候，則需要建立施工力學模型，來模擬施工過程，一個大跨度結(jié)構(gòu)的施工過程，其實就是一個結(jié)構(gòu)本身在不斷的變化的過程，換句話說，就是一個動態(tài)的結(jié)構(gòu)力學，有非常多的因素能夠影響這個結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果，比如在施工過程中，構(gòu)件的不斷增加而引起的自重變化，偶然荷載的出現(xiàn)，施工設施的變化產(chǎn)生的自重變化，溫度的驟然變化等等，而為了得到真實有效的結(jié)果，施工力學的計算要采用跟蹤計算的方式，將這些因素都考慮進去，目前比較主流的方法分別是時變單元法，拓撲變化法及有限元法等等。而在這些方法中，有限單元法比較實用，理論嚴謹，并且易于程序化，但是，傳統(tǒng)的有限元法并沒有提供公式，而是以經(jīng)驗值來計算，所以在方法應用上，工程界的說法也兵不統(tǒng)一。

在模型建立上，建立精確的有限元模型在目前依然是大型橋梁結(jié)構(gòu)最優(yōu)施工的基礎方法，有限元結(jié)構(gòu)一般能夠提供較為完整的參數(shù)及以供經(jīng)驗參考，不過，這些經(jīng)驗值常常會與實際值有偏差，這就需要不斷的進行結(jié)構(gòu)模型的調(diào)整和修正，以保證模型參數(shù)與實際參數(shù)的動態(tài)的統(tǒng)一。

模型修正一般有下列方法:矩陣型法，子矩陣修正法和靈敏度法等等。每種方法各有千秋，而在模型修正的過程中，在適當?shù)沫h(huán)境下使用適當?shù)男拚椒ㄊ且粋€亟待解決的問題。

3 結(jié)束語

在整個橋梁項目中，尤其是大跨度橋梁項目，需要做到立項，設計，施工，工程監(jiān)理等等方面嚴格遵守標準，在施工過程中各部門必須認真負責，提高安全效應，避免橋梁塌陷事故的出現(xiàn)，保護人民的財產(chǎn)安全和人身安全，是每個工作者的責任所在。

［1］王鈞利，董旭.大型橋梁施工力學研究［J］.武漢理工大學學報(交通科學與工程版)，2010，(10):949－952.

［2］陳小才，秦文.大跨結(jié)構(gòu)施工力學問題的淺析［J］.科學之友，2011，(5):44－45.