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2018-08-15

20180815 Ponte Morandi 倒塌,設計錯誤?


要在紅線處,設置橋墩才行
以及在黃圈處,全數以剛性連結補強所有橋塔

20180814 Morandi Bridge倒塌,設計錯誤?

20180814義大利熱那亞的Ponte Morandi倒塌一橋塔與兩個跨徑,在風雨中。
哀悼死者!

現在情形尚不明朗,但看照片,或許是一個複合式的事故樣態。Ponte Morandi完成於1967年,屬於斜張橋先驅形式之一。它採用了少數吊索(very few stays)形式,日本的尾道大橋與台灣的光復橋,大概是類似。但尾道大橋是鋼構,光復大橋是RC

Ponte Morandi,是少數吊索形式的PC斜張橋,橋塔為A型柱,橋桁為RC三箱桁。設計者Riccardo MorandiRC專長的設計師。此外,還增加了Bracing,再用suspended span的方式增加強度(跨徑)(如蘇格蘭的Forth Bridge, By Andrew Shiva  Wikipedia, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51291330)。

但與其說Ponte Morandi是「PC斜張橋」,不如說是「大偏心PC橋」(日本依據應力方式之稱呼),或稱為以外形稱之為「低塔斜張橋」,或中國的名詞是「脊背橋」(一種只之所以,不知所以然的名稱)。

本橋在2016年維修完成,因此不該是橋桁或吊索老舊劣化。

從影片可知,破壞的基本樣態是橋塔被下墜的橋桁拉毀。顯然是橋桁失去平衡。橋桁失去平衡,問題可能在suspended span墜落。suspended span要墜落,就是接合部(支承)損壞,而最大可能是2016年未予以補強、混凝土劣化,或者左右位移的落橋。

這樣看的話,是設計錯誤吧,我這樣判斷。
從照片看(只能從照片看),Cantilever橋+suspended span的設計來看,關鍵是橋桁最前端(首尾)的支撐,必須是剛性連結,意思是除支撐靜態負荷之外,還要抵抗上揚力。意思是,在斜張橋段的最終端,不可以再設置suspended span。必須有一橋墩實施剛性連結。實際上沒有。


而這斜張橋採用floating橋桁的方式,原本就沒有限制橋桁的位移,這又加重了suspended span的掉落可能性。

設計者,或在剛性結構與柔性結構中,舉棋不定吧?

但這判斷,並無法解釋其他橋桁段,為何不會因為失去平衡而一起坍塌?PC橋塔是有相當強度的。

還要有更詳盡的資料才行。




5 則留言:

  1. By SuSan
    可能是 L=F×d 產生的效應
    結構是否老化事前或事後都可以檢測出來
    台灣的橋樑要引以為戒,不能再偷工減料或推給前朝.

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  2. By Susan
    力矩=作用力×力臂
    這是因為力矩與作用力的大小和施力點有關
    應力和材力都要計算力矩和扭力大小
    橋樑或建物在設計為了美觀,成本和環境因素有時會用minima的安全係數
    用久以後結構會老化,混凝土強度也會不足,風力,震動造成金屬疲乏,還有焊接處造成的應力
    (所以除非必要,應盡可能減少焊接處)都會降低原有的安全值
    加橋墩的目的就是減少力臂,也就是可以抗拒較大的扭力(要用大力才能扭轉)
    原設計者應該有考慮過,可能有其他因素而不用

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    1. OK,也是「細長比」(就是日文,長度與直徑的關係,顯然就是moment與剛性,以及對於彈性效應方面的衝擊)
      令我疑惑的是,雖然細長比很嚇人,但是,落橋的卻不是V Leg部。
      真是的。

      現在又傳出,有混凝土偷工(黑手黨企業)與施工(馬虎)的問題。

      看2016完成的補強,過程中大量以(碳纖維布?來補強,以及過程中的敲除表面劣化,還有整片剝落的痕跡),可見得,施工有很大問題。

      從吊索在橋塔的定著部來看,這是斜張橋,並非大偏心PC橋。
      實際上,這是首波的PC斜張橋(第一座,就是同設計者為委內瑞拉設計的拉法葉橋)

      現在的實務上,這種外掛的定著部,必然要在橋踏內部埋置貫通的鋼構,使吊索應力在橋頂的鋼構部先取得平衡,然後才灌鑄RC,有點像HRC的概念。
      看圖片,似乎不是這樣。
      因此,可以大膽推測:有巨大力量拉扯吊索,以致於強塔定著部脫離,從而造成系統應力不平衡。

      所以,我也懷疑,橋塔部的 V Leg只是頂住橋桁,沒有真正的剛性連結。
      而橋桁內部,可能也缺少橫樑來分散應力,以及連結V Leg之類。

      採取Floating形式,更是令人擔憂。

      Floating,卻無V Leg的連結
      Floating,卻無水平制振機構
      橋塔定著部與橋塔的連結過份單薄
      expended span與主桁(的expansion joint部)未形成有效連結(特別是防制水平位移與上揚力),而在某種振動巧合下落橋(水泥劣化也是可能的原因)
      然後就摧枯拉朽了

      這是我依據照片的看法

      如何善後?
      大問題

      橋塔附近的民宅,要大面積拆除。
      重新在9號pier稍微偏8號pier位置之間,蓋新的9號鋼構(HRC)橋塔,然後二度補強原橋,包括增設V Leg橫樑、強固橋塔定著部、增設橋墩等等。

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  3. 就懸臂橋 Cantilever的FORTH橋來看,本橋是Morandi教授的設計錯誤。

    缺少對「系統失去平衡」時的保障機構,也就是首尾要多「承受上揚力」的橋墩啦。

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