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桥梁原因垮塌,现场失效事故分析

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:图11.8纵肋间底板未加劲部分分析模型分别按照两种不同施工工况进行比较:吊装13号梁段前;吊装13号梁段后。按箱梁顶底板全部承担弯矩,腹板全部承担剪力来计算底板压应力,得到吊装前、后底板平均应力分别为126 MPa和 178.4 MPa,均超过失稳临界应力值 94 MPa。垮塌后重建的莱茵河桥还是采用悬拼法,但连接间隙减小且加劲肋与底板密合,最大悬臂长度减小为60 m。

桥梁原因垮塌,现场失效事故分析

经过细致的调査与复核,并且在卡尔斯鲁厄大学研究所进行了一些试验,终于肯定该桥发生事故的主因不是别的,就是其 T 形纵肋接头处有 450 mm 不与底板焊连。曾用 2.0 m见方的、厚11mm的St52号钢钢板,在其一面设置T形纵肋5根,制成试件。纵肋间距取450mm。每根纵肋与板的焊接(角焊缝),两端是连续的,但在中间空出 480 mm 不焊。若按纵肋与板是全长连续焊接推算,试件的破坏荷载当为 13 000 kN,但在中间有 480 mm 空着不焊的情况下,试件的实测破坏荷载只是7630 kN,为前值的59%。

在自重和架桥设备作用下,悬臂承受负弯矩使得底板产生很大的压应力,容易发生屈曲,但该桥屈曲并没有发生在弯矩最大的支承处,而是中跨,原因在于:

(1)在支承处梁截面很高,且存在横隔板和较多加劲肋,尽管弯矩最大,但底板压应力并不是最大。

(2)屈曲位置离支承处 55 m,被认为可能是连续梁桥的零弯矩点,这些位置加劲肋尺寸可能最小。

(3)因焊接工艺需要,底板纵肋连接处(即两个梁段连接处)刚度被极大削弱。

不考虑其他因素影响,没焊接加劲肋的底板纵肋连接区域(纵肋连接处中间有 450 mm空着不焊)可简化为四边简支的均匀受压薄板,如图 11.8 所示,由式(11.1)可得其弹性失稳临界应力:(www.xing528.com)

式中:E和μ为钢板弹性模量泊松比;t、a和b为板件厚度(10 mm)、长度(450 mm)和受压宽度(11 m);K为弹性屈曲系数(m=1)。计算得到的弹性屈曲临界应力值为94 MPa。

图11.8 纵肋间底板未加劲部分分析模型(单位:m)

分别按照两种不同施工工况进行比较:(1)吊装13号梁段前;(2)吊装13号梁段后。按最不利状况,10~12 号梁段质量共270 t,力中心离屈曲位置50 m/2=25 m;13号梁段85 t,离屈曲位置为50 m+16 m/2=58 m;起吊设备 102 t,离屈曲位置50 m。按箱梁顶底板全部承担弯矩,腹板全部承担剪力来计算底板压应力,得到吊装前、后底板平均应力分别为126 MPa和 178.4 MPa,均超过失稳临界应力值 94 MPa。因此,吊装前结构已经处于临界失稳状态,吊装后应力急剧增加,使得底板该区域发生了屈曲并引发整个箱梁截面的破坏。垮塌后重建的莱茵河桥还是采用悬拼法,但连接间隙减小且加劲肋与底板密合,最大悬臂长度减小为60 m。

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