在钢桁梁架设过程中,工人发现一些弦杆出现明显挠曲。当试图铆接这些弦杆时,发现钻孔排列并不在直线上,而且最不利受压杆件也出现了明显的弯曲变形,其挠度随时间的推移不断增加,桥梁倒塌前的最后一张照片如图 4.2 所示。节间编号从悬臂最外端开始到桥墩止,从1到10,锚臂跨采用符号“A”,例如符号 A9L 弦杆是位于锚臂跨第9节间左侧(或西侧)的弦杆。一些关键弦杆实测变形结果如表4.3所示。
表4.3 桥梁构件变形
1907年6月中旬就有人发现杆件挠度,并报告给库珀。因为压杆有预拱度,大部分杆件被强行铆接在一起,但仍然有一些无法铆接。库珀等人都认为相对小的挠度问题不大。8 月,变形的弦杆越来越多,于是库珀就弦杆7L和8L变形问题,询问凤凰桥梁公司总工程师,没有得到满意的回复。
凤凰桥梁公司总设计工程师彼得·兹拉普卡(Peter Szlapka),认为弦杆弯曲产生于制造工厂,他后来承认从没看到这些变形的弦杆。马可鲁尔(Norman McLure)认为弦杆是受压后弯曲。关于弦杆7L和8L弯曲的争论还没结束,马可鲁尔又向库珀报告弦杆8L和9L也发生了类似的弯曲变形。这些变形杆件都是桥墩附近负弯矩区的下弦杆件,压力荷载很大。情况不断恶化,受压构件弯曲变形不断增加。这些杆件都是采用缀条连接腹板的组合杆件。当腹板应力增加后,缀条及铆钉的受力也不断增大。库珀认为弦杆在架设过程中产生了弯曲,但现场没有证据支持这一点。现场的工程师则认为情况不严重。杆件制造商坚称杆件出厂前都是符合要求的。1905 年施工期间 A9L 架设前发现变形,经修复后架设到桥上,但后来调查发现正是A9L引发了全桥垮塌。
库珀虽然很有经验,但似乎也对面临的问题很困惑。他60岁接受了魁北克大桥工程咨询工程师的工作,也接受了钢构件制造和安装的监理工作。因健康原因,他无法到现场工作,只能基于其他人报告的信息来做决定。库珀依赖在施工现场的年轻工程师马可鲁尔,很难准确、及时做出决策。
马可鲁尔坚持认为,杆件弯曲变形是架设后受力过大造成的。一些工人也观察到弦杆变形,但没报告。然而,当马可鲁尔和库珀对变形原因的看法不一致时,马可鲁尔没有足够信心去质疑库珀,施工继续进行。其间出现罢工,一些工人不满工作条件辞职了,工人数量大幅度减少。有人担心暂时停工会有更多工人离开,导致工期延误,因此不敢停工。(www.xing528.com)
经过常规检查后,弦杆 A9L 的挠度在两周内由 19 mm增至 57 mm。相应的弦杆A9R也在同一方向上发生弯曲变形,挠度问题日益严重。一个工头决定暂停工作,直到问题解决。8月27日,当天施工被叫停。马可鲁尔告诉库珀,请他复核此事,然后才能重新开工。第二天马可鲁尔还到纽约向库珀征求意见。
魁北克大桥公司总工程师爱德华·霍尔说服工头重新开工。霍尔给库珀的解释是:“停工对各个方面影响很坏,可能导致人手不够而施工完全停止。两天后,此事传到凤凰桥梁公司高层,经讨论决定重新开工,因为他们已经在某种程度上默认弦杆在架设前已经发生弯曲变形,且凤凰桥梁公司总工程师曾表示,弦杆安全系数很高。
与此同时,马可鲁尔正在纽约与库珀会晤,两人都不知道已经重新开工。8月29日两人简短讨论后,库珀打电话给位于凤凰城的凤凰桥梁公司办公室,要求暂时不要加载,等马可鲁尔到现场处理。库珀认为这样做比直接通知施工现场更迅速。马可鲁尔向库珀保证,他在去凤凰城的路上将指令传给施工现场,而实际上赶路途中他并没有发送指令。
下午 1:15,库珀的指令到达凤凰桥梁公司办公室,因总工程师不在场,指令被耽搁了。下午 3 时许,凤凰桥梁公司总工程师回到办公室,看到消息后,等马可鲁尔到达后他就安排了一个小组会议。下午5:15左右马可鲁尔到达,他们简要讨论了情况,决定等第二天早上再采取措施。在工程师们研究对策时,下午 5:30,魁北克大桥倒塌了,声音传到 10 km外的魁北克。整个南跨约19 000 t钢材 15 s内全落到河里,当时86个施工工人,仅11人幸存。已经弯曲的下弦杆A9L,在桥梁荷载不断增加的情况下屈曲了,荷载马上转移到对面的 A9R杆件,A9R 也随之屈曲,然后全桥垮塌,只有桥墩完好无损,如图4.5所示。
图4.5 桥梁垮塌
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