美国迈阿密人行天桥坍塌事故原因分析及建议

易晨阳文子曈汪思佟武柏宏陈亮杜娟

(东南大学成贤学院，江苏南京 210088)

2018年3月15日，美国迈阿密一座新建的重达千吨的人行天桥发生了坍塌。该天桥为桁架结构，上下弦采用预应力混凝土构件，斜腹杆采用变角度的混凝土杆件，全桥长97.5 m，跨径为30 m+50 m，宽度为9.5 m。主跨和边跨均为简支桁架，两者并不连续。下翼缘处施加纵向和横向的预应力，上翼缘只施加纵向预应力，受拉腹杆也施加预应力。桥梁所跨越道路段53.3 m，中央主塔高出地面32.9 m，自重950 t。

桥梁施工过程主要分为：1)在现场浇筑主跨桁架；2)浇筑混凝土桥台；3)使用自驱动桥梁顶升模块(SPMT)移动主跨上支座；4)现浇边跨桁架。

1 破坏点

事故发生时，主跨桁架已经上墩，结合事故发生时车载行车记录仪所拍摄的影像，视频的前5 s桁架未产生明显变形。通过视频发现结构破坏是从图1中框内部分开始，则以下对这部分进行分析，为分析方便对节点和杆件进行编号，如图1所示。

进入第6 s时，桥体发生了如下一系列变形：

阶段1：如图2所示，吊车作业处节点(图1中①节点)发生轻微下移。

由图可见，腹杆1发生了S型的微小弯曲，而其他杆件未发现明显变化。

阶段2：如图3所示，①节点处位移增大，且图示圈内部分腹杆1出现明显的塑性变形，桥体已发生破坏。

阶段3：如图4所示，①节点位移进一步增大，结构破坏愈发明显。

综上判断，腹杆1发生了失稳或者拉压破坏。对此，采用软件建立事故段主跨桁架模型，撤去腹杆1，对事故结构竖向变形进行计算，如图5所示，并与视频中桥体发生破坏瞬间(如图6所示)进行比较，两者变形规律几乎一致，可以判断腹杆1号破坏并退出工作，导致了桁架结构整体的破坏。

2 破坏原因

针对腹杆1号的破坏原因，以下从两个方面对事故原因进行分析。按照事故现场图及相关资料估算构件尺寸，腹杆1截面取400 mm×400 mm,长8 466 mm，采用Midas建立主跨桁架模型。

由于现有资料中缺乏杆件混凝土强度数据，故分别用C40,C45,C50的强度等级对腹杆1进行试算。由于C40材料的腹杆1所受压力4 322.9 kN，略大于其抗压强度标准值26.8 MPa对应的压力4 288 kN，而C45及C50对应的压力则小于抗压强度标准值，故选择C45进行检算。

对于压杆，考虑其稳定性，欧拉临界力公式为:

计算得出腹杆1的失稳临界力为9 841 kN，远大于抗压强度标准值29.6 MPa对应的压力4 736 kN，故推测腹杆1出现压碎破坏的可能性要比失稳破坏的可能性更高。

2.1 压力测试导致破坏

通过视频可知吊车正进行作业，且当地议员在推特上表示当时桥梁在进行压力测试。则设置工况组合：自重+节点荷载(50 t)，如图7所示，经计算得腹杆1的压应力为39 MPa，如图8所示，若考虑吊车的加荷导致桥体振动，使杆件压应力扩大2 倍，则存在使腹杆1破坏的可能性。

2.2 预应力施工不当

在3月17日发布的一份声明中，佛罗里达国际大学称，15日当天上午9时，施工现场曾举行了相关会议，讨论桥梁上出现的一个裂缝。依据监控视频可判断，工人在事故发生前对1号杆进行了某些施工。桥体在施工过程中处于施工支撑上时(见图9)，腹杆1拉力为677.6 kN(见图10)，超出抗拉强度标准值2.51 MPa对应的拉力401.6 kN，考虑受压混凝土杆件配置了适量钢筋，故杆件可能出现开裂但裂缝宽度未超限，符合现场实际情况。