獨(dú)柱墩難以約束扭矩
對(duì)于此次事件的具體原因,該教授向南都記者做了詳細(xì)分析。他說(shuō),對(duì)于連續(xù)的曲線橋,即呈一種曲線形狀的多跨梁橋,從理論上講所有橋墩都可以采用獨(dú)柱墩,一般在兩端的橋臺(tái),設(shè)置能抵抗車(chē)輛沿橋梁一側(cè)行走產(chǎn)生偏載的抗扭支座,一般是兩個(gè)支座,中間支承柱可以采用獨(dú)柱橋墩。
粵贛高速這座橋和上虞春暉立交橋,中間都是采用的獨(dú)柱墩。“連續(xù)曲線橋中間采用獨(dú)柱墩,不但可以節(jié)省工程造價(jià),還可以改善橋下視野,因此在立交的匝道中被廣泛采用。”他介紹說(shuō),分析表明,主梁不會(huì)有因?yàn)樵O(shè)計(jì)獨(dú)柱墩而被壓斷的可能性,這也就是這座橋及上虞橋主梁從橋墩上掉下來(lái)也沒(méi)有斷的原因。
該教授繼續(xù)解釋說(shuō),橋梁在彎曲不厲害也就是比較直時(shí),中間采用獨(dú)柱墩與采用雙柱墩,汽車(chē)全走在一邊時(shí)是有明顯區(qū)別的。“彎得不厲害時(shí),偏載的扭轉(zhuǎn)累積作用更大,如果中間都設(shè)獨(dú)柱墩,汽車(chē)偏載所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用大部分傳遞到兩端橋臺(tái),所有中間孔的扭矩最終累積到梁端的雙支座上。較大的扭矩將使某一側(cè)的端支座產(chǎn)生上拔力,如沒(méi)有特殊措施,將使支座脫空。”
因此,在他看來(lái),在曲率半徑較大時(shí)不宜設(shè)計(jì)中間獨(dú)柱墩的多跨連續(xù)梁,尤其是在較寬的直橋上不應(yīng)設(shè)置多跨中間獨(dú)柱墩。這就是為什么70多米的橋,雖然中間有兩個(gè)橋墩,好像很穩(wěn)固,但是中間是獨(dú)柱墩,其實(shí)很容易側(cè)翻。
該教授進(jìn)一步分析說(shuō),近年來(lái)采用獨(dú)柱墩的曲線橋時(shí)常發(fā)生側(cè)傾事故,其主要原因就是由于中間的獨(dú)柱不能約束扭矩,扭矩全部轉(zhuǎn)移到梁端致使一端支座脫空。“按照小位移假定,只要整個(gè)梁的重心沒(méi)有跑出任意兩個(gè)外圍橋墩間的連線,橋墩脫空并不會(huì)造成梁的側(cè)傾。但是,在偏心荷載作用下,主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)角大到一定程度時(shí),支反力的下滑分力將超過(guò)支座側(cè)向的約束能力,此時(shí)主梁就會(huì)下滑,同時(shí)水平分力還會(huì)將墩柱側(cè)向推倒,因此獨(dú)柱橋梁的橋墩需要專(zhuān)門(mén)進(jìn)行側(cè)向抗推驗(yàn)算。”
粵贛高速這座橋與上虞春暉立交橋倒塌非常相似,這座橋也是中間的獨(dú)柱橋墩由于主梁很大的扭轉(zhuǎn)角而從側(cè)向被推倒了,所以梁就塌下來(lái)了。