陽明灘大橋
引橋坍塌事故分析報告
1、工程簡介（資料）
1.1概述
陽明灘大橋位於哈爾濱市西部松花江幹流上，因主橋穿越松花江陽明灘島而得名，大橋連線松花江北岸松北區和松花江南岸道里區群力新區。工程於2023年12月5日開工建設，2023年11月6日正式竣工通車，估算總投資18.82億元。
陽明灘大橋為哈爾濱市首座懸索橋，大橋全長7133公尺，其中橋梁部分長6464公尺，接線道路長669公尺，每小時車流量可達9800輛，橋面寬度41.5公尺，雙向8車道，主橋跨度427公尺，主塔高80公尺，橋下通航淨高不小於10公尺，可滿足松花江**航道通航要求。
1.2 設計
陽明灘大橋全長7130公尺，其中橋梁長度6464公尺。哈市建委西部路網工程建設指揮部的技術人員表示[1] ，陽明灘大橋之所以建設得如此長，是因為在北面有個松北的防洪大堤，南岸有個群力的防洪大堤，堤外是灘塗地和松花江，必須高架過去，跨過兩個大堤，全線是高架形式，因此，陽明灘大橋全長達7130公尺。
橋寬包括雙向八車道和兩側各2公尺行人路共計41公尺，橋面總面積23.6萬平方公尺，相當於33個標準足球場面積。
全橋共使用混凝土近40萬立方公尺，使用各種鋼材6萬多噸，鋼梁6600噸，纜索1450噸。
陽明灘大橋是自錨式懸索橋，主橋為雙塔五跨自錨式懸索橋鋼-砼組合梁結構，南北引橋為簡支轉連續預應力混凝土連續梁和多箱室預應力混凝土現澆連續梁[1] ，其超大規模和多種複雜結構並存的形式是中國跨江橋梁中的代表。大橋兩座主塔巍然矗立，兩條主纜分別與橋體連線，從側面看呈現「m」型。在主纜與橋面之間，垂直的設定98對、196根吊索，將自重達2萬餘噸的陽明灘大橋拽起來。
自錨式懸索橋在橋面上需要很大的水平力。經過科學計算、論證和實驗，採用鋼混疊合樑當承擔水平力的橋面梁，很好地解決了橋面瀝青混凝土和橋面之間的關係。此外，橋梁防洪能力達300年一遇，設計最高及最低通航水位分別為120.
3公尺和113.1公尺，滿足**航道通航要求，市民無需擔心陽明灘大橋的質量。
1.3施工
松花江公路大橋於2023年5月動工修建，2023年8月30日竣工，橋長為1565公尺。與之相比，陽明灘大橋從建設到貫通僅僅用了14個月的時間[1] 。從建設歷程看，陽明灘大橋經歷了幾個重要的建設節點：
2023年，施工人員利用冬天在零下30℃以下的溫度條件下，完成了主塔的80根樁；
2023年5月至11月，實現了四個塔的主塔封頂；
在隨後的冬季，主橋6600噸鋼梁在拼裝平台上完成了栓接的拼裝和頂推，並利用冰面將水中臨時墩堪固，利用松花江的冰面將鋼梁從北側推到南岸，將夏天預製完的預製梁安裝了三分之一。「攻克冬季施工難題，大大縮短了施工週期[1] 。」
1.4建成意義
陽明灘大橋是哈爾濱市繼松浦大橋之後自行組織建設的又一座跨江大型橋梁工程，北起松北區三環路與世茂大道相交處，南下跨越江北防洪堤、陽明灘島、松花江主航道、江南群力防洪堤後，在群力新區與陽明灘大橋疏解工程連線。
陽明灘大橋為雙向八車道，設計時速80公里，車輛從江南到江北只需6分鐘，且大橋通行能力最高可達9800輛每小時。
通車後將與已建成的松浦大橋，哈爾濱松花江公路大橋一道，有效疏解大容量的過江車流。
作為城市跨越松花江的重要通道，可有效減輕松花江公路大橋的交通壓力，促進松北新區和群力新區的交通聯絡，進一步完善哈爾濱市過江道路交通體系。
二、垮塌事件(資料)
2.1陽明灘大橋引橋坍塌
8月24日5時30分，通車不到1年的哈爾濱陽明灘大橋（引橋處）發生坍塌，一段往江北方向引橋整體向行人路方向傾倒。
2.2深度分析陽明灘大橋坍塌原因
建成不足一年的陽明灘大橋引橋坍塌事故引起了業內人士高度關注、深度反思，以下幾點或將成為誘發事故主因：
1、未能形成有效支撐，具體表現在橫向支座布置不合理、縱向連線長度不夠，容易導致支座脫空和落梁破壞，這是細節設計上的問題，至少考慮不周全；
2、上部結構採用鋼－砼組合簡支箱梁，跨間連線設計存在問題，橋面系本身未能有效參與（分配）橫向整體受力，主體抗傾由支撐體系承擔（此舉風險著實不小）；
3、鋼箱梁（或組合箱梁）本身重量相對砼箱梁要輕，對於支撐（支座）而言，活載所點比例較大，此時，結構本身就更容易導致另側支座承載力出現負值或儲備較小；
4、圖中提到四輛貨車，載荷較大，然而傾覆時似乎只有一輛貨車（見上圖），而且該車應該未達驗算車輛荷載軸重，如此情況下導致傾覆，可以說設計上應沒有進行有效的橫向穩定性（抗傾覆）驗算。實際上，在國外，包括編制部頒通用圖時，都會充分考慮超載、特載、以及橋面系（包括護欄）的作用大小以及安全係數，如歐洲標準規定了多達十餘種活載、規定了護欄等二期恆載在進行不同驗算時，要乘以不同的安全係數，進行綜合評判；
5、大部分設計院在設計時，往往側重於縱向分析（如採用杆系），且習慣於將上、下部分別進行計算分析，而未能從「空間」、「整體」角度進行全面分析，各種因素或受力行為未能系統加以考慮。
除上述外，也不排除施工或管理上的一些其它問題，以及超載的可能性，行業人士認為主要問題應當歸結為設計方案考慮不周、結構方案不合理。
3、傾覆事故成因力學模型分析暨橫向傾覆穩定性**
3.1 前言
當前，我國城市立交、高速匝道等曲線橋梁多採用獨柱現澆連續箱梁的結構形式。該種結構具有減少占用土地、改善下部結構布局、增加視野和橋型美觀的優點。但由於其在汽車偏載作用下，對結構抗橫向傾覆穩定非常不利。
目前，該種結構形式的橋梁在使用過程中已發生多起傾覆事故。
目前我國載重車輛普遍存在超載現象，個別車輛超載甚至達到200% ～ 300%，導致多數橋梁處於超負荷工作狀態。我國的橋梁設計工作者關注的重點在於橋梁的抗彎、抗剪承載能力方面，對於偏心偶然超載作用關注不足。
圖1 陽明灘大橋（引橋）傾覆事故現場**
3.2 現行規範中有關橫向傾覆穩定性的檢算方法
3.2.1 現行鐵路橋樑規範橫向穩定性的檢算方法
《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規範》(tb10002.3- 2005) 中的4.1.1 條對橫向傾覆穩定性檢算的規定: 在計
算荷載的最不利組合作用下, 橋跨結構的橫向傾覆穩定係數不應小於1.3。
4.1.1 條的條文說明:
檢算傾覆穩定性時, 可將支座看成是剛體, 穩定力距及傾覆力矩沿橫向指對支座邊緣(圖2 中的a 點和b 點)而言, 沿縱向指對支座鉸中心(圖2中的c 點)而言, 計算公式如下:
(1- 1)
: 穩定力距,: 傾覆力距
3.2.2 現行公路橋梁規範在傾覆穩定性以及支座脫空方面的描述
《公路橋涵設計通用規範》(jtgd60- 2004)中3.5.8 條和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》(jtg d62- 2004) 中9.
7.4 條中均只有禁止支座脫空的描述。可見我國現行的公路橋梁規範對橫向傾覆穩定性沒有相關的規定, 處於空白狀態。
3.2.3 計算橫向傾覆穩定性時現行公路和鐵路橋規的不足之處
由於現行的公路橋規在橫向傾覆穩定性方面處於空白, 所以在遇到相關的問題的時候只能參照鐵路橋規的相關規定。將鐵路橋規的抗傾覆條文應用於公路橋梁, 有以下幾點不足之處:
1) 鐵路橋樑上車道少, 車道位置固定; 公路橋梁車道數較多, 由於其車道設定比較寬(3.0~3.75m), 而行駛車輛寬度相對較窄, 在
交通擁堵時原來設定的車道內將湧入比原來預計更多排的車輛, 偏載情況更加嚴重。
2) 鐵路橋樑寬度窄, 梁高大, 道渣和鐵軌的自重較大, 這些對抗傾覆有利; 公路橋梁截面形式扁平, 自重低, 對抗傾覆不利。
3) 城市高架橋由於美觀需要及橋下空間的限制而設定獨柱墩, 墩頂支座橫向間距小。按照鐵路橋規的橫向傾覆穩定性檢算方法能通
過, 不能保證不會發生區域性支座脫空的情況。
4) 鐵路橋規中的傾覆穩定係數為1.3, 我們可以將其理解為汽車偏載時超載時30%傾覆力矩達到臨界值。在現階段汽車超載現象十分嚴重, 只考慮超載30%偏不安全。
5) 鐵路橋規中的傾覆穩定性規定和檢算方法並沒有簡支梁橋和連續梁橋的區別。
3.2.4 問題的提出及分析
中墩採用獨柱墩, 設單支座, 橋台處則採用雙支座, 現在需要解決的問題是,在極端偏載的情況下, 橋梁的抗傾覆安全度怎樣, 和哪些因素相關, 怎樣計算和評價這一安全度指標。
橋梁在乙個平面內, 由若干個支座支承, 要發生側翻或傾覆, 總是存在乙個翻轉軸, 在外力的變化下, 這個翻轉軸的乙個方向翻轉的力矩不斷增大, 達到並超過了整個結構對於這個翻轉軸所能承受的抵抗翻轉力矩, 整體結構就會發生翻轉並傾覆。如, 兩橋台同側支座的連線就構成乙個翻轉軸, 當該側的偏載過大, 超過箱梁自重所能承受的抵抗力矩後, 箱梁整體將向偏載一側翻轉。對於直線橋來說, 通過力學及幾何的關係, 我們不難發現對於同一荷載標準, 橋梁橫向抗傾覆能力主要取決於橋寬b 和支座間距c。
b 越大, c 越小,橋梁更容易傾覆; 反之則更安全。通過後文的分析,我們發現另外的影響因素則還有橋長l , 而且對於曲率不同的橋梁, 其影響因素和抗傾覆特性也有很大不同。
為了分析橋梁橫向抗傾覆能力和以上幾個因素的關係, 我們先做出以下假設, 以簡化問題:
(1) 橋梁整體簡化為乙個平面結構;
(2) 橋梁的重量在整個橋面範圍內均勻分布;
(3) 橋梁縱橫向強度、剛度滿足要求, 即不會發生除橫向傾覆失穩以外的其他破壞形式;
(4) 計算受力時, 不考慮橋梁變形對受力的影響。
3.2.5評價指標計算式的推求
1.抗傾覆指標
可以以抗傾覆度作為評價連續梁橋抗傾覆能力的指標。
對於抗傾覆扭轉力矩, 主要有箱梁翻轉軸扭轉方向異側的結構重力; 對於傾覆扭轉力矩, 則主要有箱梁翻轉軸扭轉方向同側的結構重力和偏載的活載力矩。
2.計算模式分類
圖3 某橋平面布置示意
對於翻轉軸的確定, 我們發現應根據如圖3所示的橋面的曲率狀態區別對待。因此, 對於橋梁平面, 可分為以下3 種情況:
(1) 圖3(1) 所示的直線橋, 橋軸線為直線, 翻轉軸為橋台同側支座的連線;
(2) 圖3(2) 所示的微彎曲線橋, 橋軸線為大半徑曲線, 其特徵是其翻轉軸不穿過橋梁的外邊緣線,介於圖3(1) 和圖3(3) 之間的情況, 都屬於微彎橋;
(3) 圖3(3) 所示的大彎曲線橋, 橋軸線為小半徑曲線, 其特徵是翻轉軸穿過橋梁的外邊緣線, 曲率大於圖3(3) 的屬於大彎橋。
3.計算過程
直線橋（適用於陽明灘大橋引橋垮塌段計算）
直線橋受力特點: 翻轉軸為兩橋台一側支座的連線。
其中，；
式中:抗傾覆度;
翻轉軸扭轉方向異側的橋面面積();
翻轉軸扭轉方向同側的橋面面積();
橋寬();
橋台支座間距();
橋梁全長();
上部構造單位面積重量();
橫向最不利布載時距離外邊緣距離(m);
集中荷載標準值(), 根據跨徑不同按規範選取;
車道荷載標準值()。
微彎曲線橋（略）
大彎曲線橋（略）
四、關於獨柱墩連續橋梁傾覆問題的幾點看法
在建設條件約束或特殊要求的情況下，我國的城市立交、跨線或高速匝道橋梁多採用獨柱連續箱梁結構形式，尤其以小半徑曲線形布置居多。獨柱連續箱梁結構形式優勢在於，減少占用土地、改善下部結構布局、開闊視野、增加橋型美觀等等。但是，實際應用中，存在一些偶然的不利因素，超限偏心荷載的作用，引發部分橋梁發生傾覆事故，造成重大人身財產損失，教訓十分深刻。
一些科技工作者，作了大量的科學研究，得出了很多有價值的結論，使得該類事件概率大為降低。
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