科罗尔大桥坍塌原因及教训的探讨

罗胜

重庆达力索缆科技有限公司 401331

摘要：科罗尔大桥建于1996年，在通车19年后坍塌，本文从设计，施工等方面对桥梁倒塌的原因进行探讨，旨在希望结构工程界能从事故中接受经验教训。

关键字：科罗尔大桥；桥梁加固；桥梁下挠；

1 科罗尔大桥概况

科罗尔大桥，连接帕劳共和国的科罗尔岛和巴伯尔图阿普岛。桥梁的设计始于1974年，为悬臂梁，单格箱梁桥，主跨241米，材料为预应力混凝土，采用悬臂法施工。1977年4月，科罗尔大桥通车时，它是世界上最长的混凝土大梁跨度。几年后，这座桥的挠度开始超出预期。业主于1985年委托日本一家工程公司，然后于1993年委托一家美国工程公司对结构进行深入研究。两家公司得出的结论是，桥梁在结构上是安全的，而且过度挠曲是无法解释的现象。不过，为了提高桥面的行驶质量，车主决定对桥进行维修。修复方案改变了结构系统，悬臂结构转变为连续梁，并为桥梁增加体外预应力。不幸的是，在修复后不到三个月的时间里，即1996年9月26日下午，即通车十九年半后，这座桥坍塌了。此后，由于各方之间的诉讼，大多数文件都被密封了，桥梁碎片被清除了。长期以来，不可能研究围绕桥梁倒塌的事实。直到2014年前后，通过一组工程师的不断探索，这些文件才被研究人员所使用。

2 坍塌原因

梁体上翼缘有多达四层的钢筋，其中也包括横向预应力。腹板中还存在竖向预应力。建成后，这座桥一直保持着18年不变。在此期间，悬臂梁由于徐变、收缩和预应力损失而偏转。到1990年，中线下陷已达1.2m，影响了桥梁的外观，给道路使用者带来了不适，对磨损面造成了破坏。有人担心，这两个悬臂的尖端可能很快接触，从而导致额外的和不受控制的应力。因此，作出了招标补救工程的决定，以纠正一些凹陷并防止进一步偏斜。

2.1 最初设计过程中的问题

带有两个悬臂构件的结构非常敏感和脆弱，显然，设计者们在设计中没有慎重考虑，只依赖于很少参数的安全系数。建筑材料的质量不达标也是导致这场事故主要因素之一，尤其是混凝土的刚度，对桥梁梁体收缩徐变关系重大。比预期更大的挠度的主要因素是预应力损失。其作用于两个参数：反挠度的减小和刚度的减小。在这种情况下，分析徐变和收缩对作为主要影响因素的科罗尔桥挠度的贡献，对判断科罗尔桥的性能具有重要的科学意义。

KB桥仿真分析表明：桥梁过大挠度伴随着箱梁的纵向收缩徐变。虽然收缩会减少预应力损失，但太阳加热顶板预应力钢束导致预应力损失增加，这两个因素综合作用下最终增大了预应力损失。这就导致比常应力和常温状态下更大的预应力损失。

20世纪70年代中期，预应力损失并不是通过有限元计算，而是基于经典梁理论，而且也是估算KB桥设计时估算的预应力损失为22％，和实测值相比，误差较大。产生这些误差的原因只能是设计时低估了长期变形。对大型箱梁来说，教科书上的标准预应力损失公式不适用且容易误导。

需要指出的两个重要方面是：通过试验发现，预应力损失为50%。测量结果表明，开裂的顶板是引起大挠度的主要因素；水平沉降修复后的桥梁是主墩附近混凝土压碎的原因。

2.2 补救过程中存在的问题

有证据表明，在拆除原先毁坏的结构进行补强的过程中，出现了错误操作，这也是不可忽视的因素，值得我们重视的。

3 补救措施

在主墩附近的顶板下，结构连续安装8个额外的后张预应力拉索在箱体内，并通过两侧的两根偏置梁移动到靠近中心的箱体底部。这些额外的筋是连续通过桥梁，被锚定在桥墩之间的每一边。在这些拉索消除0.3m的挠度，在顶部之间插入平面千斤顶板(代替中央铰链)，用于施加纵向压缩力。在些补强的部位灌浆到位，使跨度连续。外拉索和平千斤顶的联合效应在这里被称为“附加预应力”。科罗尔大桥由悬臂结构转变为连续梁。这是后期修正加固大桥的主要措施。

尽管进行了补救措施，但是因为大桥最初在设计和施工上的失败，最终大桥因为挠度过大而整体结构坍塌。

4 结论和经验教训

通过查阅资料，思考分析，最后结论是这次事故的发生，设计和施工的缺陷都是通过修理暴露出来的。我们从失败中得到教训：

1)结构工程师必须清楚地认识到建筑的可建造性，桥梁设计需要通过采取一些措施来减少挠度和预应力损失，其中大部分措施众所周知：① 避免跨中设铰；② 选择长期徐变低的混凝土；③ 使用最大限度地减少挠度的钢筋布置；④ 混凝土具有足够强度后施加预应力；⑤ 提高预应力水平；⑥ 增加梁整体刚度；⑦ 预留预应力管道；

2）是否有些利益应该保密？科罗尔大桥事故发生后，相关文件被销毁，对研究者和工程师们汲取经验教训产生了很大的阻碍。公开的信息有利于调查事故的真相，让有过错的一方承担责任；

3）研究者对混凝土的刚度进行了测量，结果表明混凝土的刚度很低。对建筑材料的严格把关，也是保证结构长期性能的重要因素；

4）主墩附近开裂顶板的钢筋束布置对主墩附近开裂顶板的受力性能有不利影响，这对设计和施工过程都提出要求；

5）发现桥梁发生比预期更大的挠度，修复这座桥是个可以采用方案。结构工程师们在决定实施之前，必须弄清楚是不是可以解决问题，还是会埋下的隐患，如果是后者那只能忍痛割爱，避免财产的损失和人员的伤亡；

6）在进行改变桥梁受力体系的桥梁的修复加固时要格外重视两种体系的特点，将风险降到最低。

参考文献(References)：

1. 叶华文, 王力武, 曲浩博, et al. 帕劳国预应力连续箱梁长期下挠分析[J]. 中外公路, 2017(05):93-99.

2. Corneliu, Bob. About the Causes of the Koror Bridge Collapse[J]. Open Journal of Safety Science and Technology, 2014.

3. Burgoyne C , Scantlebury R . Lessons learned from the bridge collapse in Palau[J]. Proceedings of the ICE - Civil Engineering, 2008, 161(6):28-34.

[4] 林广元. 帕劳共和国的科罗尔岛──巴伯尔图阿普岛桥倒塌[J]. 国外桥梁, 1998(02):71.