桥梁故障的 9 个常见原因

2021-11-19 13:41:58

桥梁故障可能导致与飞机失事、恐怖袭击和自然灾害相当的伤害、生命损失和财产损失。这就是为什么桥梁设计师、工程师、建筑工人、经理和检查员如此认真地对待他们的工作。他们防止灾难性事故的**方法是了解导致桥梁失效的因素。

在本文中,我们将揭示桥梁严重受损或倒塌的主要原因,以及从因这些因素而失败或幸存下来的桥梁中吸取的教训。 

1. 问题的组合

桥梁失败的首要原因是多种因素,如果它们单独发生,不会导致桥梁倒塌。然而,当它们同时发生时,它们会导致毁灭性的后果。例如,强风可能不足以导致结构倒塌。然而,当它们撞到结构上过于坚硬而无法承受它们的桥梁时,就会导致失败。

I-35W 密西西比河大桥倒塌。

2007 8 月,位于明尼阿波利斯的I-35W 密西西比河大桥突然倒塌。官方原因是由于角撑板太薄,沿铆钉线撕裂。

问题:这些车牌支撑了 40 年的大交通量。另一个因素是当时停在桥上的建筑设备的额外重量,引发了故障。另一个贡献者:由于错过了桥梁检查,因此在施工开始之前没有发现角撑板的磨损。

因此,虽然角撑板被认为是这次毁灭性倒塌的根本原因,但实际上是三个不同的因素共同导致了灾难。 

 2. 基础设施问题

根据美国土木工程师协会的说法,美国的桥梁在维护和安全方面获得了中等的 C+ 评级。该组织报告说,该国每九座桥梁中就有一座被认为存在结构缺陷,而美国桥梁的平均年龄超过 42 年。桥梁的年龄和状况是导致最近许多倒塌的一个因素。

一个积极因素: 现代设备使检查老化的桥梁以寻找潜在的结构问题变得更加容易。

2013 I-5 斯卡吉特河大桥的倒塌被归咎于与基础设施相关的问题。过桥的超大负载是事故的直接原因。然而,由于它已被宣布功能过时,因此对过桥的车辆施加了许多重量限制。这一名称意味着它没有今天建造这座桥所需的冗余结构和系统。如果利用当今更安全的标准,尽快加固或更换过时的桥梁,倒塌是可以避免的。 

3. 洪水

今天不断变化的气候和与之相关的极端天气事件正在对桥梁造成更多与洪水相关的破坏。大多数这种损害不仅仅来自水。在洪水期间,河流会卷起树木和建筑物等杂物,并用力将其推向桥梁,导致其地基被冲走,结构构件断裂。

大多数倒塌发生在很久以前建造的桥梁上,当时设计师无法想象他们今天必须承受什么样的风暴。这对桥梁设计师来说是一个重要的教训。他们必须规划结构和排水系统,以抵御今天的风暴和未来可能发生的更极端的天气事件。

2016 8 月路易斯安那州的大雨对 Tangipahoa 教区的Walsh Road Stein Road 桥梁造成了严重的洪水破坏,需要更换它们。虽然对两座相对较小的当地桥梁的损坏似乎不是一个大问题,但关闭它们超过六个月对从风暴中恢复的地区造成了重大的经济影响。更好的规划,包括安装雨水排放系统或桥梁加固,可以避免这种困难。 

4. 意外事件

谈到桥梁建设,工程师根本不知道他们不知道什么。由于意外的结构或设计相关问题,发生了无数桥梁事故。

好消息:计算机建模和测试使工程师更容易了解不同的桥梁设计如何应对各种意外情况和组合。尽管如此,对他们来说,重要的是要在结构中构建冗余,以涵盖当今瞬息万变的世界中的未知可能性。

香港的青马大桥是世界上最长的悬索桥之一。它建在一个经历过地震、强风、汹涌的水和台风的地方。在 1997 年完工之前,它经历了重要的比例模型、风洞和计算机测试。这导致了创新,改进了这座桥和随后的其他桥梁的设计。 

5. 意外

无论是卡车撞到支柱、火车从轨道上掉下来还是船撞到地基上,事故都是桥梁损坏或倒塌的主要原因之一。桥梁工程师必须为所有类型的事故做好计划,包括由当今存在的车辆以及无人驾驶汽车、大型海洋油轮和游轮等车辆造成的事故,以及可能在近期和遥远的将来影响桥梁的无人驾驶无人机。

早在 1982 年,一架飞机从华盛顿国家机场起飞,30 秒后,坠毁在波托马克河上的第 14 街大桥上。在桥上行驶的七辆汽车被飞机撞到,驶入冰冷的水中。其中四个人死亡。令人惊讶的是,距离桥边只有几百英尺的护栏和墙壁被撕掉了。这证明了在国家国会大厦中心附近建造的结构的强度和耐用性。 

 6、施工事故

有些桥梁永远无法完成。他们在施工过程中失败。从这些事件中吸取的教训是,对于设计师和工程师来说,逐步规划桥梁建设的各个方面,分析新阶段对以前阶段的影响同样重要。

魁北克大桥倒塌

早在 1907 年,魁北克市在施工期间发生了一场史诗般的桥梁故障。设计师们意识到这座桥的重量超过了施工过程中某个阶段的估计值 800 万磅。然而,他们并不认为这是一个足够重要的问题来进行调整。不久之后,一位现场工程师注意到桥梁的框架开始弯曲。然而,其他人并没有认真对待这一观察,声称梁在交付时已经弯曲。不久之后,建筑物倒塌,造成 75 名工人死亡。最后,确定梁不足以承受额外的 800 万磅负载。 

7. 设计缺陷和制造错误

虽然它变得不像过去那么普遍,但由于重大的设计错误或与施工过程中使用的材料相关的问题,一些桥梁在完工后几乎立即失效。整个施工过程中的频繁检查可以提供识别问题和缺陷所需的“新眼睛”。新型升降机和设备使检查员更容易到达难以到达的桥梁区域。

最初的塔科马海峡大桥建于 1940 年,目的是穿越华盛顿州的普吉特海峡。在向公众开放近四个月后,它倒塌到水中。

问题:设计缺陷导致它在风中剧烈摇晃。这座桥,绰号“疾驰的格蒂”,在工程教科书中仍然被引用为如何不在极端风区建造桥梁的例子。 

 8. 火灾

与今天相比,火灾过去是造成桥梁故障的更大因素。原因?更多的桥梁过去是由高度易燃的木材建造的。然而,火灾仍然可以摧毁一座桥梁,特别是当卡车或油罐车碰撞或建筑事故自由桥导致极热的火灾可能会熔化钢铁基础设施部件时。

桥梁设计人员可以采取一个步骤来避免过热的大火:保护桥梁上的公用设施基础设施,使燃气、电力和其他公用设施线路不会引起或助长火灾。

匹兹堡有88 年历史的自由桥因 2016 9 月与建筑相关的火灾而严重受损。焊接工具产生的火花点燃了高度易燃的塑料管和防水布。大火燃烧得如此炽热,将一根 30 英尺长的关键钢梁弯曲了 6 英寸。梁的设计可承受 240 万磅的压力。需要支撑和热处理以使其恢复结构对齐。 

9. 地震

虽然很少见,但地震引起的桥梁倒塌可能是毁灭性的。摇摆的桥梁或倒塌的部分通常是人们与这些强大的自然事件相关联的标志性视频和静止图像。桥梁工程师已经找到了建造更轻的桥梁的方法,并在正确的位置增加了灵活性和刚性,使其更有可能在最猛烈的地震和余震中幸存下来。

谁能忘记1989 年洛马普列塔地震中倒塌的旧金山 - 奥克兰湾大桥部分的照片?幸运的是,毁灭性的倒塌只损失了一条生命。事故发生后,对桥梁进行了重大改进,包括用更坚固的热处理铆钉替换现有铆钉,并增加对角箱梁,以在桥梁左右摇摆时提供更大的稳定性。 

结论

避免桥梁故障的**方法是预期它们会发生并为它们做好计划。这是保护公众免受伤害、生命损失、财产损失和破坏的唯一方法。有兴趣了解提高桥梁设计和施工质量的方法吗?联系经验丰富的供应商以了解更多信息。