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为钢板弹性模量和泊松比;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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