材料力學案例分析

1、實用文檔邁安那斯橋坍塌事故原因分析1. 關鍵詞：橋梁垮塌，組合變形，偏心載荷，設計失誤2. 事件背景時間： 1983 年 6 月 27 日，地點：美國康涅狄格州邁安那斯（mianus）河橋垮塌，造成 4 輛汽車掉落橋下， 3 人死亡，多人受傷。圖 1 垮塌的邁安那斯河橋該橋梁結構屬于鋼結構的多跨靜定梁，建成于 1958 年，橋齡 25 年。大橋雙向各三線車道，每日車流量超過10 萬次。大橋的懸臂式的結構在建橋當時是很流行的樣式： 主跨為兩端外伸梁， 主跨兩側各有一段約30 米長的懸吊梁垮?？逅氖菛|懸吊跨的一段梁， 其西端接在稱為軸臺的支架上，用水平銷連接到中跨梁外伸段的自由端； 東端以銷接吊

2、件連接在東邊懸臂梁的末端，正是此懸吊組件的破壞導致了大橋的坍塌。1983 年春末，大橋邊的居民向當局反映他們聽到橋身發(fā)出尖銳的聲響。過去至少五六年來，這些居民陸續(xù)在河邊檢到橋上掉下來的混凝土碎塊或碎鋼屑， 每次他們都盡責地向公路局報告。而近來在轟隆的車流聲中， 他們又聽到了新增的噪音。一位居民表示：“像是幾千只鳥同時唧喳地發(fā)出刺耳的鳴叫。整個周末，.都可以清楚地聽到這樣的聲音。 ”6 月 27 日星期一凌晨 1：30 左右，大橋在一聲巨響中發(fā)生坍塌。懸吊梁拴銷銷帽腹板吊桿固定螺釘圖 2 懸吊梁的支撐結構3. 事故過程與關鍵性細節(jié)康州公路局長看了現(xiàn)場的殘骸后，表示他發(fā)現(xiàn)了橋梁倒塌的可能線索：把掉

3、下去的橋身和懸臂式鋼梁拴在一起的栓銷少了一個。這個長約18 厘米的栓釘?shù)囊徊糠謿堄辔镒詈笤诤永锉粨破穑?其余的部分還在橋上， 它看起來像是被剪斷的。事故起因是因為栓銷斷裂， 還是另有原因？為了解開謎團， 局長請來了專家，另外還有3 家獨立的工程公司和國家交通安全局的代表以及法院指派的工程師都參與了事故調(diào)查，可是各方都強調(diào)不同的理由并得出不同的結論。事故調(diào)查最終認定了事件是按照如下的過程發(fā)生的。這座橋在過去 25 年里， 由于排水口誤被鋪路面的材料封掉，使得雨水不斷從路面流到支撐橋體的懸吊組 件里，浸入吊板和栓銷中并產(chǎn)生銹蝕和冬季的凍脹；每一次，當汽車駛過橋面時， 都會在吊板上產(chǎn)生側推力， 從而

4、把吊板在栓銷上的位置向外推，道橋與河流的斜交效應（ 540 角）增大了上述側推力；在懸吊跨梁的東南角上，侵蝕力、凍脹力和側推力相疊加而形成了特別大的力，使用于約束栓銷的銷帽向外彎曲直至被推 出去；在倒塌發(fā)生的幾小時前或幾天前， 內(nèi)吊板的下部很可能已經(jīng)脫離開了栓銷， 使整個懸吊跨梁的東南角下傾了一點。隨后外吊板所受到的拉力大幅度增加，且作用方式由原來的軸向拉伸變?yōu)槠睦?。由于偏心載荷產(chǎn)生的杠桿作用使得吊板向外彎曲。橋上不斷駛過的車輛的沖擊力造成了上部栓銷的頂端因為金屬疲勞 作用產(chǎn)生了裂縫， 并有一定的擴展。 事發(fā)時橋面上同時駛過的3 輛汽車壓彎了那根開裂的栓銷， 并使它最終斷裂， 外吊件也隨之

5、掉了下去。 此時東端的橋段僅剩下由東北角的懸吊組件單獨支撐，很快也因承受不住而隨之斷裂，引起整段橋身向下旋轉(zhuǎn)，造成了整體坍塌。圖 3懸吊組件的破壞方式康州公路局負責監(jiān)測的橋梁近2000 座，公路局雇用了6 個兩人小組負責橋梁的安全檢查， 每個小組每個工作日要檢查1 個以上的橋梁。 對邁安那斯河橋的最近一次檢查是在1982 年 9 月。為了檢查大橋的某些關鍵部位，檢察員們通常需要在卡車的折疊吊桿末端連接一個被稱為“探測器snooper”的裝置，該裝置懸掛在橋面板以下以便隊員能看到人員不能進入的部位。但這個裝置已經(jīng)壞了11 個月，所以這次檢測作業(yè)，他們不得不在岸邊用雙筒望遠鏡觀察，他們還用梯子爬到橋墩上去觀察了鋼結構， 并利用懸吊在橋下兩車道中間的通道檢查了橋身。檢查員懷特（ white）將檢查的情況記錄在筆記本上，但并沒有把它附在呈送給公路局的正式報告表里。 事故發(fā)生后， 懷特驚慌失措地把他最后一次的檢查記錄拿出來偷改了20 多處，就怕被認定為“玩忽職守” 。然而，由于修改處用了較細的鉛筆， 還是被發(fā)現(xiàn)了。 不過由于一貫良好的工作業(yè)績， 他只被訓斥了一頓，并處以一年觀察期的處分。4. 疑難問題（1