[分享]杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!

发表于2019-05-30     1874人浏览     2人跟帖     总热度:649  

事故回放

5月18日晚22:25左右,在杭州市区内一辆沿秋涛北路由南向北行驶、装载了超高大型货物的安徽牌照大货车,迎头撞上了庆春路与秋涛路交叉口人行天桥。天桥东南侧一段桥面主梁被撞垮塌,坍塌的天桥直接压在了大货车上。庆幸的是,事故未造成人员伤亡。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_1

杭州公安交警部门称,肇事的皖SB62**号大型货车是一辆运输设备的平板车。当时,这辆车正从望江隧道的工地,运输盾构设备前往安徽。钱报记者从望江隧道施工方中铁十四局相关负责人那里得到证实,他们与上海鲁重工程机械有限公司签订协议,委托对方运送两台盾构设备前往安徽维修保养基地进行保养。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_2

事后,上海鲁重工程机械有限公司的相关负责人表示,目前正配合杭州交警部门就事件展开调查。

市民责问

不少市民关心,这辆肇事货车的行驶路线有经过相关部门审批吗?运输盾构设备这样大型机械的工程车辆,可以在市区随意行驶吗?

据了解,《城市道路管理条例》第二十八条明文规定:履带车、铁轮车或者超重、超高、超长车辆需要在城市道路上行驶的,事先须征得市政工程行政主管部门同意,并按照公安交通管理部门指定的时间、路线行驶,不得擅自在城市道路上行驶。 而据了解,这辆肇事的工程车在出发之前,确实已经提前申请了城市道路行驶的通行证。但具体是否按照公安交通管理部门指定的时间、路线行驶,目前还在调查中。

我国天桥限高

按照国家桥梁规范要求,人行天桥净高要超过4.5米,一般的桥梁设计师会留些余地,天桥高度一般会在4.7米、4.8米,有些会有5米,这是为了给后面路面出现损坏加铺沥青留余地的。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_3

从图中可以看出,被撞天桥的设计限高是符合相关标准并留有相当空余的。

被撞天桥质量

据业内人士透露,杭州的天桥一般有两种结构:一是铝合金结构,如庆春路中河路天桥;二是钢箱梁结构,发生事故的天桥就是这个结构。

“这座桥的设计和施工质量是没有问题的。”相关业内人士说。从现场看,塌掉箱体与天桥整体脱开的断面平整,断开处是桥梁结构的伸缩缝——本来就是为热胀冷缩而设 计的缝。再看掉下来的箱体,一个30多米长的箱体,损坏很小,整体性完好,“这辆车太高、太重。前面一辆车已擦碰了天桥,后面这辆车超高,直接把天桥的梁 托起来了。再往前一带,直接把天桥拉倒了。”

有网友留言:桥梁一般设计主要是承受纵向荷载,所以水平荷载会很轻易把桥推位移,这就和洪水冲垮桥梁一个道理。该业内人士说:“可以这样理解。”

另一位桥梁专家分析,“桥面主梁是卡在桥墩卡槽里的,本身允许有轻微变形和位移,也有限位块防止震动时滑出桥墩。但经不住超高大吨位大货车这么横向将桥面顶起冲击。一般,人行天桥设计时,更注重桥墩的防撞,而不是像这起事故这样的横向冲击。”

桥梁上部结构研究

随着我国城市规模的不断扩大,城市交通压力与日俱增。于是,大量建设立交桥梁,发展立体交通成为解决该问题的重要途径。但是,由于驾驶人员素质不高,加上监管力度不够,超高车辆-桥梁上部结构碰撞事故屡见不鲜。根据有关统计数据,北京桥梁半数曾被超高车辆撞击,由此损坏的桥梁占已损坏桥梁总数的20%以上。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_4

下列内容是基于精细化非线性有限元模型,对超高车辆撞击桥梁上部结构进行仿真。

我们首先在实验室进行了超高车辆撞击桥梁上部结构的模型试验,制作了油罐车罐体模型,通过摆锤运动撞击混凝土T梁、钢箱梁、钢板梁、FRP梁桥模型,获得了撞击作用下不同桥梁的破坏机理。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_5

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_6

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_7

开展的超高车辆撞击模型试验

而后我们通过有限元分析,验证了研发的有限元模型可以很好的模拟超高车辆撞击模型试验的结果。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_8

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_9

建立有限元模型,模拟撞击试验结果

基于已经验证的碰撞有限元模型,我们开展了不同车型、不同桥型的超高车辆撞击模拟研究,包括与杭州事故类似的落梁破坏模式模拟。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_10

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_11

不同车型、不同桥型的超高车辆撞击模拟研究

而后,我们就可以明确撞击导致的破坏模式,包括整体破坏模式和局部破坏模式。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_12

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_13

撞击引起的破坏模式

并发现,整体破坏模式主要和撞击过程的冲量大小有关,局部破坏模式主要和撞击过程中的最大撞击力有关。于是,就要设法提出撞击过程中总冲量和最大撞击力的计算方法。为此,我们首先建立了超高车撞击桥梁上部结构的理论模型。根据超高车撞击桥梁过程中的运动学特征,通过大量参数讨论论证可以进行如下简化(1)忽略车厢-桥梁摩擦力;(2)忽略车轮-路面摩擦力;(3)忽略车辆重力;(4)桥梁简化成刚性墙。得到相应的简化模型和运动微分方程。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_14

撞击过程中的运动学特征

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_15

撞击过程的简化模型和运动微分方程

求解该运动方程,就可以很好的模拟超高车辆撞击过程,且无需使用复杂的非线性有限元分析,为提出工程设计方法奠定了基础。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_16

简化模型和精细有限元模型结果对比

基于简化模型的运动微分方程,通过将撞击力简化成半正弦曲线

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_17

撞击力简化模型

基于动量守恒原理和动能守恒原理

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_18

由动量守恒原理和动能守恒原理获得撞击力的工程设计表达式

就可以给出撞击荷载的工程设计公式,其中主要参数取值我们也编制了计算表格,查表就可以进行工程计算,不必进行复杂的非线性有限元建模、微分方程求解,非常适合工程人员的需求。且精度也满足工程需要。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_19

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_20

撞击荷载的工程设计公式

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_21

公式参数表格

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_22

设计公式的精度验证

针对既有桥梁防护车辆撞击的需要,我们还发明了一种高效轻质的耗能防护装置并获得了发明专利,并通过撞击模型试验验证了该装置的有效性。

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_23

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!_24

结论

本文基于精细化非线性有限元,结合事故案例仿真及其参数讨论,对超高车辆撞击桥梁上部结构的损坏机理与撞击荷载计算进行了分析,得到如下结论:

1)本文所述精细化有限元建模分析方法为研究超高车辆-桥梁上部结构碰撞机理提供了有力工具,仿真结果与实际事故吻合良好。

2)超高车辆撞击使桥梁上部结构产生整体变形损伤,并可能发生局部破坏和落梁破坏,因此桥梁上部结构 设计应对超高车辆撞击予以考虑。

3)撞击荷载设计需要考虑撞击冲量和局部冲击力,桥梁参数对撞击荷载影响很小,车辆参数对撞击荷载影响较大,厢式车的撞击力较小,自卸车和罐车的撞击力较大。

素材来源:网络、清华大学土木工程系,清华大学结构工程与振动教育部重点实验室、作者:陆新征 张炎圣 何水涛 卢啸


微信公众号    道路瞭望

扫码加入筑龙学社  ·  路桥市政微信群 为您优选精品资料,扫码免费领取
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2019-05-30   |  只看该作者      

2

杭州天桥被撞,主梁坍塌!超高车辆撞击桥梁上部结构研究!

 发表于2019-05-31   |  只看该作者       筑龙币+20

3

我想说把桥造好是要等着车来撞吗?不能提高限高不被车撞吗

愚旧

  | 路桥市政

3 关注

32 粉丝

0 发帖

0 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
入群
扫码入群
马上领取免费资料包
2/20