3月15日，位於佛羅里達州邁阿密的一座在建人行天橋發生坍塌，造成多人死傷；5月15日，在印度北方邦瓦拉納西地區發生一座在建的立交橋部分垮塌事故，造成至少16人死亡，另有多人被埋；8月14日，意大利熱那亞市一座公路橋莫蘭迪橋突然垮塌，瞬間數十輛汽車墜落，造成至少43人死亡、多人受傷；日前，位於智利中南部湖區的一座大橋發生垮塌，造成1人死亡……
近年來，橋樑垮塌事故屢見諸報端，引起了社會和業內人士的關注。本文通過列舉國內外典型的橋樑倒塌案例，分別從最初設計不足、自然災害、人為破壞3個方面，分析其倒塌的原因，並針對相關原因提出預防措施。同時，也希望藉此提醒橋樑工程師時刻保持警醒。
按時序的排列和劃分，
橋樑倒塌的“三類衝擊”包括先天失誤、
自然災害和人為災害，
他們之間是互相交叉作用在橋樑上（如表1）。
由於認知的缺失、
設計理論不完善和施工手段不完善造成的
橋樑倒塌是可以逐漸改善的，
自然災害不可避免但是可以規避，
人為的失誤卻是各式各樣的。
下面只對可以找出規律的橋樑倒塌
和事故做一些回顧和分析。
失穩
隨著橋樑構件的輕型化，低應力屈曲一直是橋樑倒塌的關鍵。雖然歐拉在18世紀就建立了彈性壓桿屈曲理論，但是實用的屈曲理論直到20世紀上半葉才得以完善。失穩致使橋樑毀塌差不多延續了100多年。
風振至毀
吊橋是大跨橋樑的首選形式，但是其抗風性能較差，由於風振致使吊橋毀壞是19世紀的通病。直到美國華盛頓州塔科馬（Tacoma）橋於1940年11月7日因風振致毀，才引起橋樑和航空界的注意，開始建立橋樑風動理論。該橋主跨長853.4m，全長1810.56m，橋寬11.9m，梁高1.3m，於1940年6月1日通車，才5個月就毀於風振。
T.捷奧多爾森（Theodorsen）用機翼非定常理論開創了吊橋風振研究，由此建立的“低速風洞截斷試驗”沿用至今。從此，橋樑的風動研究進入高潮，至今風力作用及其效應逐漸明朗，粗略歸納於表5。
銷接橋樑潰塌
鋼索出現之前，早期的吊橋主索採用銷接的鏈式結構，帶有銷子和孔眼的鏈條柔順性較好，可以擬合吊索的線形；桁架橋樑也常常採用施工方便的銷接點，軍用鋼橋至今還在使用。但是銷孔周圍的底應力斷裂常常使整座大橋毀塌，一直到工程界認識到應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞理論，才停止使用銷接結構。歐美早期修建的銷接橋樑惡性事故直到20世紀後半葉還有發生。日本有6座跨徑150～200英尺的銷接桁架橋樑在使用35～55年後於1949～1963年也相繼毀壞。
混凝土橋樑的溫度約束裂縫
橋樑上部結構構件一直以薄壁理論為基礎，以至於橋樑設計規範中缺少截面突變混凝土、分階段澆築混凝土、大體積混凝土的溫度裂縫控制的條款。國內直到上世紀90年代末期，發現厚大承臺上的斜拉橋空心塔柱根部開裂並延伸到錨索區下緣時才逐漸認識到問題的嚴重性，而後也發現空心高橋墩根部開裂而廢棄百米高橋墩。
甌江一座斜拉橋大約在底座澆築一個月後發現底座開裂並向上延伸，通過引入壩工設計中基礎約束裂縫的一維解析方法，經仿真模擬確認是基礎約束溫度裂縫，開裂時間大約在24～40天，與觀測基本一致（圖1）。
圖1 空心塔底座溫度開裂仿真分析
此後，在橋樑設計中進一步採用二、三維數值方法計算溫度應力，加強施工現場的溫度控制，採取——（1）用溫度鋼筋分散裂縫，（2）控制混凝土內的時、空溫度梯度，才使問題得以緩解。
但是，混凝土帶翼板箱形梁，截面分層澆築及厚度突變產生的時、空溫度梯度裂縫還常有發生（圖2）。
圖2 截段澆築箱梁的約束溫度裂縫
獨柱墩橋樑的側傾
獨柱墩高架橋（包括雙支座窄墩寬橋）以其開闊的橋下空間和簡潔的下部造型備受青睞，特別是在城市中為利用有限的空間構成立體交通是一個絕妙的方案。但是，對橋面車輛的行駛路線“超限靠邊”的適應能力很低，而“載重超限”多多少少還有一個材料強度利用率的緩衝區間，特別是這兩種超限相疊加時安全度更低。
施工的不平衡也可以造成獨柱墩橋樑傾斜，下面有兩個示例。一座橋因為鋼樑太輕而翻落。另一座混凝土連續箱梁較重，只是箱梁扭轉，兩端雙支座翹起的一邊脫空達4cm，經仿真分析在上翹的一側壓重恢復，這一側混凝土防撞護欄分段與壓重等量替換澆築（圖5）。
圖3 上海中環滬太路高架
圖4 昆明小莊立交
圖5 裕溪路高架澆築一側護欄傾斜仿真分析
在地震區域也不宜修建獨柱墩橋樑，阪神大地震就是教訓。
現行橋樑設計規範中已經增加了傾覆驗算，設定了傾覆安全係數，使超限靠邊和載重超限都有了一個較寬的緩衝區間。隨著事故的頻發，獨柱墩高架橋樑在交通管理上也更加嚴格了，高架橋上限高通行是一個有效的手段。
腹板豎向預應力
腹板豎向預應力鋼筋很多年來一直是一個問題，孔道佔據腹板空間過大，張拉、灌漿監控手段不可靠。圖6就是灌漿不飽滿，鋼筋下部鏽蝕、斷裂、射出的現象。雖然少見，對橋樑安全不利，對行駛車輛非常危險。
圖6 豎向預應力鋼筋射出
工廠製作預應力棒雖然成本高，可以有效解決張拉缺失問題，但是灌漿缺失和其他縱向預應力鋼筋一樣，還是得不到有效控制。灌漿監控是後張法預應力的通病，至今仍然無有效解決辦法。
中下承式柔性吊杆拱橋
帶有柔性吊杆的中下承式拱橋由於結構本身存在的固有特徵，短吊杆下錨容易過早損壞。
（1）長索不長，短索太短，橋面系不重，張拉力太小。用常規千斤頂油壓系統不容易控制吊杆張拉力的精度，預應力錨固損失也不易控制。如果某一根吊杆預加力過大，加上汽車荷載後就會首先拉斷；如果某一根吊杆預加力過小，相鄰吊杆受力過大，只要斷一根吊杆，就會產生“多米諾效應”連續斷杆。
（2）從吊杆懸吊的柔性體系，過渡到拱腳支承的剛性體系，剛柔過渡不協調，所以短杆是首先被破壞之處。
（3）吊杆下錨頭管道積水，鋼絲過早鏽蝕。一般在下錨頭管道底部都不設排水孔，積水致使下錨頭內高碳鋼絲過早鏽蝕，導致所有拱橋吊杆都斷裂在下錨頭處。
橋樑老化
橋樑老化是正常現象，問題在於如何掌握老化的部位和程度。對於大江、大河的重要橋樑反而不是多大問題，橋樑的觀測維護一直在工作日程。而千千萬萬野外大、中、小橋樑的老化卻是一個棘手的問題。此外，橋樑上部結構老化尚可發現，水下和地下的下部結構卻無法知道。因此，橋樑的老化觀測和維護工作很緊迫，也不要再去建造易老化的橋樑。
根據美國聯邦公路管理局的資料，據2006年全國橋樑資料，倒塌的明尼蘇達I-35W橋安全度評價是50%，低於這個標準的橋樑才是危橋。危橋定義為有“結構性缺陷”“可能需要更換”。 美國還有20座橋低於這個標準,但是現在仍在繼續使用中。
據2005年調查美國州際公路的55129座橋樑中有2779座“結構性缺陷”橋樑，佔總數的5%。這些橋樑的橋面、主體結構或基礎，被認為是在惡劣的條件下工作，更糟的是構件老化或損壞。
根據2005年美國公路管理局的報告，超過75000座橋樑佔總數600000座的13.1% 被評為“結構性缺陷”。雖然不一定是不安全，但在結構上有缺陷，往往是指需要限制行車速度和載重，以減輕倒塌的危險。
作者 / 劉效堯
作者單位 / 安徽省公路學會
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