重建的第四桥垮塌分析：钢桥失效事故分析

在当天晚上就能够对严重损坏的结构状态作出可靠的分析，这应该说是这一不幸事件中的大幸。这一分析使人们能在第二天就在适当地点采用最恰当的方法作了安全布置。对于在随后几天中所拟订的修整方案及所修订的全桥安装计划，在其后几个月当中也并没有感到需要作什么重大的变更。

首先，对压溃的具体点不需要采取什么重大行动。箱梁在其发生压溃的两点业已丧失抗弯承载力（残余的抗弯承载力可以不计）。为了防止桥梁下坠，保持该两点传递剪力的能力是必要的。为此，需要对压溃点日夜监视。从压溃的板和肋发展开来的裂纹，要立刻用钻孔法将它们消除（即用钻孔代替开裂）。经过几天监测后，一切归于安宁。在温度有相当升降的情况下，没发现新裂纹。

明显地，桥的薄弱环节是在合龙处，那里还未完成的截面（只包括连带小片翼缘的 4块腹板）已经发生严重塑性变形。为了结构安全，迅速采取措施是至关重要的。为了克服这一危险局势，若干 45 号工字钢被运到损坏了的上翼缘之上［图9.4（c）］。借助千斤顶，将这些工字钢先用来调直扭曲失稳的上翼缘；而在翼缘调直后，立即用焊接将工字钢与翼缘连接起来。也就是说，将用于调直的工具梁同时也用于加固，这样，就能在增添很少重量的情况下，在安全方面得到很好的效果。

在 4 片上翼缘各焊3根工字钢之后，紧急的危险消除了，就能将该处 14 m 地段内的两箱梁的底板，还有两箱之间的桥面板拼装上去，如图9.4（d）所示。这就使这一段的截面加强到能经受随后的安装工序。将两箱的上翼板（面板）暂时不装上去，让两箱敞着口，却是为了其后要用新的翼缘来替换那损坏了的。

为了能进行随后的工序，梁的各个支承点需要调整好。在桥台设置临时支承，并设置能控制桥梁纵向移动的液压千斤顶，这没有什么困难。但是，因下翼板（底板）压溃、下缘缩短，左桥墩上的 4 m 高的钢排柱（支承反力是26 000 kN）已向河心方向移动了一段距离。具有摆柱作用的钢排柱因为偏心受压而在其一侧已经出现明显的屈服。随着冷天的到来，这情况很难自然改善。作为第一步，将液压千斤顶的压力作了调整，使钢排柱所受到的重力尽可能均匀分布。但这一措施就堵塞了最后落低桥梁所需的活动途径。在这种情况下，采用结构措施将钢排拄变为可靠的摆柱，既不是好主意，也难于实现。因此，决定在不锈钢钢板当中夹聚四氟乙烯板，并将它塞在钢排柱之下，再将钢排柱与大梁连到一起，借使在桥墩之上能获得一有效的滑动支承。经过两夜工作，克服不少困难，夹聚四氟乙烯的板终于塞进去了。

于是，这就进入了降落箱梁和整修梁身压溃部分的阶段。梁的压溃是发生在其最薄弱截面——靠近恒载弯矩是零的截面。为使该两处的板的置换能在不加外力的条件下进行，先要将箱梁落低到其设计位置，使压溃点所受弯矩为零。因为已压溃的底板不可能恢复原状，在将箱梁落低之前就得先将它们切除。压溃处的巨大剪力——在左侧压溃处是 4 000 kN，右侧压溃处是 11 800 kN——必须用一辅助结构承受，且该结构应能在梁的放落之中使各“铰”的转动受到控制。

为此，在每一压溃处的上翼之上设置了四根辅助大梁，将它们分别与其下的箱梁腹板对齐。用这些辅助大梁跨越所要切除的压溃地段。各辅助大梁均是用一拉杆将它牢固地锚于箱体，另在其一端通过液压千斤顶支承在箱梁之上，如图9.10。这样，剪力分配就得到双重控制，一是辅助大梁的挠度，一是千斤顶的液压。于是压溃处可以切除。在这过程中，剪力将转为由辅助大梁承受。千斤顶的加载曾经正确计算。因此，在剪力的转移中没有发生多大晃动。但因切除的后果是将理想中的铰的位置移到靠近千斤顶处，小的影响是不可避免的。为了使梁在降落中不致在腹板发生新裂纹，同时也是为了使（只是经历了弹性变形的）桥面板及（只是轻度弯曲的）上半部分腹板在梁降落中匀顺地展直，经在压溃处的腹板下半部分（紧靠中性轴处）先切开一个半圆槽［其位置如图9.10（b）所示意］，成功实现了这一目的。(www.xing528.com)

图9.10　落梁过程示意

这一降落过程必须很仔细地控制。在钢排柱处的每一次下降，都要在压溃处产生角变位。由于压溃处并没有真正的铰，由千斤顶所调整的角变位就得根据辅助大梁的挠度和桥面板展直的变形来决定。

此外，在阳光照晒下的箱梁和辅助大梁曾经对于整个结构系统产生了相当大的温度影响。但降落工序还是按计划顺利完成了。在其最终位置之上，经将箱梁压溃处按图 9.10（b）所示的矩形切口将损坏部分完全切除。在替换部件插入之前，为了精确调整的需要，桥的两端还需作少量的抬高。左侧的所以要抬高，是由于压溃处并不恰好是恒载弯矩的零点。右侧的所以要抬高，则是因为中点已发生的塑性变形需要全梁挠度曲线来作一个调整。将替换部件焊连于箱梁，这仍是一个涉及温度的问题。但在这一阶段，箱梁不再是处在承受大应力的状态，工作的困难不大。而在这一工作完成之后，两箱梁曾经压溃处的原有性能就完全恢复了。

剩下来的是桥的中部的修整。桥梁中部的上翼缘曾经承受过超出弹性极限的应力，腹板紧邻上缘的部分严重变形，在修整中需要热矫，也有可能进行局部切除。若要在消除荷载应力的情况下进行置换，那就要将梁抬高到曾经发生压溃的那一位置，这是不可能的。为使修整工作能自由进行，将能够全部代替受损翼缘受力的杆件置于桥面板及底板处，并用腹杆将这些杆件组成桁架，使能代替腹板受剪［桁架置于各腹板旁，如图9.4（e）所示］。翼缘和腹板的修整工作就在这一情况下进行，对箱梁在当时的应力状态也就不再注意。

这样，大梁就竣工了。但桥梁中部上翼缘的塑性压缩变形（因事故而造成者）终究使线路纵坡与设计有少许偏离。要校正这个偏差，或者要在河中设置临时墩架（有碍通航），或者要将大梁抬高（左墩抬高 4 m，右墩抬高 3 m，回到安装过程中一个最紧张的阶段），或者要设置提升力是几万千牛的液压系统。只是为纠正一个小的几何偏差而要作这样大的努力，看来是毫无说服力的。因此，决定用其他方法来改善这一视觉上的缺陷；将人行道托架、边纵梁、栏杆、灯柱用来遮挡桥面纵坡上的缺陷，使纵坡与设计值的偏差只能从桥下观察到，而且，也只是了解事件真相的人从某些特殊位置才能观察到所说的偏差。

多瑙河第四桥钢结构就这样完成了。没有设临时墩架，遭遇严重破坏的钢结构已经修整并建成。由于桥头引线尚未完成，这一事故没有使通车计划受延误。修整费是由保险业支付，它占钢结构费用的12%；对多瑙河桥总造价讲，占3.5%。