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重庆鹅公岩轨道大桥吊杆断裂,究竟什么原因?会影响大桥安全吗?

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2022年1月18日下午,一张桥梁悬挂吊杆断裂的照片出现在网上,迅速被推上热搜,一根看起来碗口粗的钢质吊杆断裂,这究竟得多大力量?又是什么原因导致了吊杆断裂,到底会不会影响大桥的安全?

左侧是轨道大桥


重庆鹅公岩轨道大桥悬挂吊杆断裂

据封面新闻报道,2022年1月18日下午1点左右,重庆鹅公岩跨江轨道桥梁悬挂吊杆出现断裂,位置在重庆轨道交通环线奥体中心经谢家湾至海峡路区段,断裂的吊杆是桥梁拉索的弯曲的最低端,因此站在检修便道上即可很清晰看到断裂的痕迹。

出问题的是右侧轨道桥梁


事故发生后,重庆轨道交通立即发布该信息和致歉信,并同时在该路段开行公交接驳,引导乘客进行出行路线调整。目前该段设备设施隐患仍在排查整治中


看上去实在有些吓人,一根如此粗的吊杆被硬生生拉断,这到底是多大的力量呢,而整座大桥少了根吊杆,看上去顿时就不安全了,站在桥上,感觉桥立马就会出危险一样,那么从科学的角度来看,少了这个根吊杆真的马上就会有倒塌吗?


答案是不会,因为桥梁的冗余设计不至于在一根吊杆出现断裂时导致整座桥梁倒塌,真吊杆断裂后的形变后会将重量分散到其它吊杆上,因此在一般情况下,一根吊杆的断裂并不会造成整个悬索桥崩溃,但假如在继续在同一侧断裂第二个第三个就不一定了。

到底多大的力量才能把那么粗一根吊杆拉断?

简单的举个例,普通圆钢的现代标准抗拉强度是300kg/mm²,假设这根吊杆圆钢的直径是80毫米,那么其面积大约是5,026.548mm²,那么其抗拉强度约为1,507.964吨,也就是说在这根吊杆下挂一个1500吨的重物,仍然在它的抗拉强度极限内。


当然超过抗拉强度后并不定会马上断裂,只是到达这个极限后,吊杆就到了金属均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界状态,也就是说达到这个极限后很快就会出现直径变细,伸长变形。


不过距离断裂还是会有一段距离,金属材料到达抗拉强度再到断裂与金属材料的性质有关,比如国内常见的的45号优质碳素结构钢仍具有一定的塑形变形能力,但如果是铸钢或者铸铁的话,几乎就不会存在塑形变形,会突然断裂。


因此这种吊杆用一般情况下都会用锻造的符合抗拉强度的金属材料,很少会用铸造的材料,也有采用高强度钢丝绳捆扎后用作吊杆,这种抗拉强度以及抗断裂能力比圆钢吊杆会更高,但相对成本也会比较高,两者并没有优劣之分,只要满足要求,都是合格的建材。

究竟是什么原因让吊杆断裂?

从公布的照片来看,是吊索叉耳螺杆出现断裂,这个位置是一个调整距离的巨型螺栓,


断面看上去有一个非常明显的平整断裂痕迹,之后则是硬生生拉断的断裂口,如下图:


标注为1和2的区域明显不一样,2断面非常平整,似乎是从一道裂纹开始断裂,但到了1区域没有应力缺陷,但当该螺栓断裂超过1/3直径时已经无法支撑桥体的拉伸,结果整根吊索叉耳螺杆断裂。


并且在断裂面没有看到锈蚀的痕迹,而在螺栓周围则能看到积水造成的轻微锈迹,这属于正常锈迹,并非是裂痕的锈迹,因此按一般判断,应该是螺杆的缺陷所致,这个原因包括锻造时的缺陷与热处理时的缺陷,具体是如何产生的,估计要金属热处理或者材料学专家来做出判断了,种花家也就吃个瓜,各位专业人士不妨留言。

鹅公岩跨江轨道桥的隐患

一个吊索叉耳螺杆的断裂不会让桥梁倒塌,但却可能引发一系列的问题,螺杆断裂后,桥面已经下沉,桥梁的气动弹性变形已经改变,在正常不会引发涡振的风速下可能会引发振动,一旦出现这种方式的“共振”,那么会增加桥梁其它吊杆的负担,可能会发生进一步的危险。


因此当吊杆螺栓断裂后,应该在第一时间内予以抢修,这里位于长江上,江面风速比较高,很难确定什么时候会发生类似的事件。

延伸阅读:虎门大桥的“钢缆”锈迹事件

2020年5月5日14时许,虎门大桥出现比较明显的波浪形抖动现象,随后大桥双向车道及通航水域被封闭通行,此后网上曝出虎门大桥“38号吊索钢丝绳索断裂”“主缆腐蚀严重”等相关图片,舆论一片哗然。


网友纷纷指责这每年都在检修的桥梁上怎么会发生如此低级事故?并且还造成了桥面抖动这种公众事件。但事实上网传的图片是2019年2月检修时发现的问题,早就已经更换,已经排除隐患。


并且虎门大桥钢梁设计者之一、西南交通大学土木工程学院教授郑凯锋表示悬索桥吊索使用一定时间后需要更换是正常的。因此对于虎门大桥的悬索更换属于正常范围,并非网传的造成振动的原因。

虎门大桥振动的原因

据多位桥梁专家的确认,虎门大桥的振动是摆放了横向风阻很高的水马所引起,在桥面上整齐摆放水马后改变了桥梁的空气动力学结构,气流在经过桥梁后会引起一个涡旋,这个涡旋脱落的频率和大桥固有频率谐振时就会引起涡振现象。



水马拆除后振幅逐渐降低,最后消失,5月7日16时30分,虎门大桥通航水域恢复通航。5月10日,虎门大桥悬索桥已通过结构安全评估,5月15日大桥恢复通行。

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