超载＋偏载，为何能成为独柱墩桥不可承受之重？

时间：2019-10-12 15:02:10 来源：作者：cdf520

10月10日，江苏无锡312国道上海方向锡港路上跨桥路段出现桥面垮塌。据新华社10月11日早间报道，事故造成3人死亡，2人受伤。经初步分析，事故发生的直接原因是运输车辆超载。
无锡市审计局公开的信息显示，事发路段所属的312国道无锡段曾在2003年-2005年期间进行过一次扩建改造。发生垮塌的高架桥属于新建桥涵，这意味着，该桥建成不足15年。
这座高架桥采用的是独柱墩桥梁结构设计，而其他采用这种桥梁的高架桥也发生过多起侧翻事故。澎湃新闻（www.thepaper.cn）整理以往记录发现，从2007年至今，至少出现了6起类似事故。

独柱墩桥梁是中国乃至全球范围内都比较常见的一种桥梁结构。《对哈尔滨阳明滩大桥倒塌的思考》提到，采用连续箱梁的高架桥，其桥墩一般采用独柱墩和双柱墩两种方式，对于三车道以下的窄桥，一般采用独柱墩。这种桥梁的优点很多：结构简单、占地面积小、适应性强、经济性好。
但独柱墩桥梁存在着一定的安全隐患。《独柱墩桥梁倾覆原因分析与加固设计探究》一文指出，由于独柱墩结构为单点支撑，所以其抗倾覆能力差。以往事故原因显示，当下列两个条件都被满足时，这种桥梁很可能发生事故。
（1）超载
超载是桥梁发生坍塌或倾覆的重要诱因之一。
经此次事故调查组初步分析，货车严重超载或为此次无锡高架桥事故的直接原因。澎湃新闻记者此前从知情人士处获悉，经调查，涉事货车限载40吨，但当时已超载四倍。
要知道，按照现行的国家强制标准《GB 1589-2016汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》，即使是最长的六轴卡车外加一个最长的三周半挂车，最大允许总质量也就是89吨。
无锡审计局的审计公告显示，312国道无锡段新建桥涵采用了汽超-20，挂-120的建设标准，即这条路上，汽车不能超过20吨，挂车不能超过120吨。
无独有偶，以往的两起事故中，事故车辆同样不仅本身超重，而且大多超过了桥梁本身的设计承重。
2011年浙江上虞春晖立交桥
桥梁设计承重：每辆车限载55吨
事故车辆承重：四辆车分别为28.52吨、124.44吨、125.6吨、110.73吨。
2012年哈尔滨阳明滩大桥
桥梁设计承重：每辆车限载55吨
事故车辆承重：四辆车分别为18.62吨、153.29吨、163.59吨、149.68吨。
不过，2012年发表的《对哈尔滨阳明滩大桥倒塌的思考》一文提到，一般桥梁的设计安全系数都比较大，就算超出设计值2.45倍的重量也不一定能压垮桥梁。
但是，如果桥梁同时遭遇偏载，发生事故的可能性将变大。比如在2012年的哈尔滨阳明滩大桥事故中，专家组确认，事故的直接原因是3辆超载货车在121.96米的长梁体范围内同时集中靠右行驶，造成桥梁一侧偏载，严重超载负荷，从而倾覆。
（2）偏载
偏载是什么？《四川建材》今年发表的一篇论文中，作者还原了近年独柱墩桥梁事故现场的普遍情景：多辆严重超载货车或重型车辆一起沿着独柱墩桥梁的单侧行驶，从而引起桥梁严重偏载，使桥梁支座出现了单边脱空，导致桥梁梁体横向侧翻。
通俗一点的解释就是，“在一艘船上，一个特别重的胖子，坐在船的最外侧，而另外一侧坐着一个瘦子，那么这艘船，就会侧翻。”从事桥梁设计建设多年的杨瑞接受封面新闻采访时比喻道。
相较于直线桥梁，曲线梁桥的受力更为复杂，因为后者独有的“弯扭耦合”效应，即在超载和偏载的双重作用下，桥梁梁体会产生扭矩而发生扭转。刚开始桥梁的自重可以抵抗这一部分的扭转，但随着荷载的不断增大，就会出现支座脱空，达到负载极限后，桥梁就会发生倾覆。
如下图所示，南方都市报曾针对2015年的粤赣高速垮塌事件做了一幅立体图，三辆货车都在弯道外侧行驶，最终压力导致桥梁倾覆。