王梦恕：义昌大桥简支梁结构是导致垮塌关键

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■我们的记者魏刚

2月1日上午9点左右，一辆满载烟花爆竹的卡车从西向东行驶至连霍高速公路741公里+900米(河南省三门峡市渑池县)红阳镇宜昌大桥时突然发生爆炸，造成大桥南半部被炸，北半部松动。几辆汽车在30米的桥下相撞。

同样，2009年1月14日，一辆载有6吨多“火箭”烟花的卡车在芜湖长江大桥1公里处爆炸，但大桥没有受损。虽然芜湖长江大桥暂时停运，但当天交通恢复。

由于这个原因，许多人质疑为什么在设计一级公路(设计速度为100公里/小时的坚固公路桥)时，很难抵抗烟花爆竹汽车的爆炸。

爆炸炸开了桥的死洞。

"如果是连续梁结构，它不会倒塌."据中国工程院院士、桥隧专家王介绍，宜昌大桥简支梁结构是导致该桥坍塌的主要原因。爆炸只击中了桥的软肋。

连霍高速公路是河南省一条极其重要的公路。其河南段于2001年建成通车，全长610公里。当时，它被设计成双向四车道。宜昌大桥也于2001年竣工，后来在2010年被改造成一座双向8车道大桥。它于2011年上半年竣工并投入使用，平均每天有超过40，000辆汽车通过。

然而，它是一座如此重要的桥梁，位于一条主要的交通干线上，使用相对经济的简支梁结构。什么是简支梁？西南交通大学桥梁工程系专家许曾指出，简支梁是梁体支承在桥墩上的静定结构。然而，在桥的两端有两个支撑，一个是固定铰链支撑，另一个是滑动铰链支撑。固定铰链支撑限制了桥的纵向变形，而滑动铰链支撑允许桥的一端在纵向方向上*滑动。

王告诉记者，这种结构在建筑中很常见，如房屋的横梁和楼板。它也是最早和最广泛使用的梁桥类型。它结构简单，安装方便。同时，梁的一端可以*滑动，这有助于消除由于热膨胀和收缩引起的梁本身的内力。然而，在桥梁的应用中，也出现了桥梁强度不足、施工应力不均匀等问题。

此次宜昌大桥的倒塌可能是由于爆炸冲击波造成梁的纵向滑动范围过大，导致梁从支架上脱落，形成事故。

一位从事土木工程的专家也认为，从现场照片来看，中间桥墩的倒塌并不是由爆炸直接造成的。爆炸后，桥面的左端开始脱落，整个桥面倾斜。当时，一辆卡车正穿过两块桥板。这时，桥板从中间的桥墩滑落。因此，在倒塌过程中，卡车和下落的桥板在中墩上产生水平剪应力，中墩被推下。然后，右边的桥面滑了下来。

先天缺陷导致频繁的桥梁问题

王告诉记者，简支梁结构在我国公路桥梁中应用广泛，且相对容易建造。

首先是打好基础，这也是桥梁建设中最关键的一环。桥梁基础和基础的设计和施工质量是关系到整个桥梁质量的根本问题。因为基础工程是隐蔽工程，如果有缺陷，就更难发现，也更难修补。这些缺陷往往直接影响整个桥梁的使用甚至安全。

桩基由多个桩和承台组成，桩可以在平面上排成一排或几排，所有桩的顶部通过承台连接成一个整体。桥墩或桥台和上部结构应建在承重平台上。

沉井基础是一种历史悠久的施工方法。适用于表层差、深度较好的地层。它既可以在陆地上使用，也可以在深水中使用。所谓的沉井基础是利用预先建造的混凝土竖井作为基础，靠自身重力不断挖掘下沉直至达到设计标高而完成的。

基础打好后，要做承台。承台是指设置在基桩顶部连接桩顶的钢筋混凝土平台，用以承受和分配墩身传递的荷载。

然后在承台上搭建桥墩，根据受力情况分为刚性桥墩和柔性桥墩。根据结构，分为实心墩、空心墩、柱式墩和框架墩。按截面分为矩形墩、圆形墩、圆形端墩和端墩。

之后，在桥墩顶部设置横梁，支撑桥梁上部结构，并将所有荷载转移至下部结构。然后在梁上建造混凝土梁，在梁之间留有伸缩缝以防止热膨胀和冷收缩。

为防止主梁被雨水侵蚀，分散车辆荷载，其上应铺设桥面铺装层和防水层。

虽然简支梁桥的结构尺寸易于串联设计和标准化，有利于大规模预制生产的组织，但简支梁桥固有的缺陷导致公路桥梁的倒塌时有发生。

从王的观点来看，我国早期的公路桥梁简支梁结构应尽快改造，全部改造为实体连续梁结构。

至于悬索桥和斜拉桥，王也建议不要推广。悬索桥是以承受张力的缆索或链索为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚具、吊杆、桥面系统等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，悬索主要承受拉力，通常由高抗拉强度的钢(钢丝、钢索等)制成。)。

由于悬索桥能充分利用材料的强度，并具有节省材料和重量轻的特点，悬索桥在各种体系桥梁中具有最大的跨越能力，跨度可达1500米，远远超过150米的钢箱梁桥。吊桥可以建得比较高，允许船只从下面通过。在建桥时，没有必要在桥的中心建临时桥墩，所以吊桥可以建在更深或更急的水流上。悬索桥也相对灵活，所以它们适合多风和地震地区的需要。

然而，悬索桥不仅刚度弱，在荷载作用下容易产生大的挠度和振动，而且缆索寿命也很短。因为钢缆很容易生锈，而且寿命只有10年，所以拆卸和更换钢缆需要做大量的工作。可以说，吊桥和斜拉桥没有百年老桥应有的结构。目前，我国铁路不允许使用悬索桥。

新材料需要时间验证

目前，随着科学技术的发展，一些新技术也在桥梁建设中得到应用。

尼尔桥位于美国缅因州南部，车辆呼啸而过。这座桥有两条车道宽，长10.4米，横跨一条小溪。黑色沥青和光滑的护栏可以表明这座桥还是比较新的。然而，真正让这座桥与众不同的是它的结构。

它的桥不是由钢或混凝土制成，而是由23块碳和玻璃纤维织物组成的拱形结构。这些直径约30厘米的管子被膨胀，弯曲成适当的形状，用塑料树脂硬化，并排安装后填充混凝土，就像意大利面一样。最后，铺设桥面和压实土，拱形结构可以支撑标准砂和沥青路面。

纤维增强塑料最初用于冲浪板和游艇，最近被用于飞机机翼和其他部件。20世纪80年代，纤维增强塑料首次用于桥梁建设。土木工程师被其高强度、轻质和耐腐蚀的优良特性所吸引。

使用纤维增强塑料材料的主要功能是形成混凝土框架结构。管道可以保护混凝土免受除冰化学品的影响，因此降低了维护成本，并且重量更轻可以承受更高的车辆载荷。

然而，在王看来，虽然玻璃纤维代替钢管节约了施工成本，但桥梁的强度和使用寿命将会降低。

目前，在桥梁建设中，就强度和使用寿命而言，没有一种材料可以替代钢。

由于桥梁在安全性、适用性、耐久性、施工要求和维护要求等方面的结构要求，与其他建筑结构相比，桥梁结构具有不重复、荷载复杂、使用环境极端、使用寿命长、限制因素多、体积大等特点。因此，新材料和新工艺的应用面临挑战。

然而，我相信有一天，新材料和新技术会建造更坚固的桥梁，让人类跨越更大的自然障碍，到达更远的地方。

《中国科学日报》(第11版调查，2013年2月22日)