信息化保障美国桥梁

2007年8月1日，纵贯美国中部的国道第35号洲际公路，跨越密西西比河的I-35W的高速公路桥轰然坍塌。在仅仅4秒的时间内，长达150米的桥段分成三截，一一坠入25米之下的密西西比河中。造成13人死亡，145人受伤。这就是美国近40年来最严重的桥梁坍塌事故明尼苏达大桥坍塌事故。

大桥坍塌的原因

自从上世纪70年代引桥钢梁出现微小裂纹后，I-35W被管理部门列入有结构隐患的桥梁之列，1999—2000年间曾邀请明尼苏达大学教授对全桥进行健康检测和分析。结论是此桥在当时的状况下仍可运行，但建议例行安检的周期由2年缩短为6个月。自此，州交通局又雇用咨询公司对此桥进行了数次安全评定。最后一次评定报告（草案）完成的日期是2006年7月，结论仍同以前一样，大桥处于“亚健康状态”，但是仍可继续运行。于是一份份“亚健康”的报告慢慢堆积起来，但始终等不到一张“病危通知书”。在此之前，I-35W大桥也动过几次“小手术”。就在坍塌事故发生时，维修人员还正在对桥面的混凝土公路进行更换。因大桥是疏通南北的交通要冲，正常时期车流量高达每天 14万辆，所以仍开放两条车道。谁知道这座正处于不惑之年（40岁）的大桥，未等“手术”做完，就先倒下了。

事故后经过15个半月的调查，美国国家交通运输安全委员会（NTSB）于2008年11月做出最后结论，认为I-35W的设计没有经过计算，主桥主桁架上弦节点板 U10和下弦节点板L11厚度设计尺寸不足，只有半英寸厚，而与其邻近的节点板的厚度为1英寸。事故发生时U10节点板最先断裂，导致了大桥的倒塌。

为历史买单

然而桥梁专家认为，I-35W大桥的坍塌其实是和它的建造年代密切相关的。

I-35W 大桥兴建于1967年，凭当时的桥梁知识，工程师根本没有想到金属疲劳会导致桥体坍塌，因此在设计时并未把这一因素考虑在内。

大桥建成仅3年，当初设计上的问题便开始凸显。1970年，一份利哈伊大学的研究报告表明，I-35W大桥所承受的压力要远远超过之前的想象。尽管金属富有弹性，但持续的压力会使金属变脆受损。工程师们这才开始慢慢意识到问题的严重性。

I-35W大桥的坍塌引发的不仅是对其本身结构的质疑，还有对20世纪五六十年代美国桥梁建造“高潮期”造桥理念的反思。

二战之后，美国开始大兴土木。当时正值州际高速公路系统发明之际，于是桥梁建造便迈入了一个黄金期。鉴于二战后昂贵的钢铁价格，当时的造桥理念是以轻巧为宜，尽可能地节约材质，使结构的承重能力达到极限状态。于是，I-35W大桥就和那一时期建造的很多钢桥一样，没有“冗余”保护。由此也埋下了一个重大隐患：只要结构中哪怕某一个极小的部分出了问题，都会导致整个系统的坍塌。

如何维修那些和I-35W一样，在“桥梁潮”中诞生、已届“高龄”的桥梁，一直是困扰美国联邦政府和地方政府的问题。

引领技术发展的美国桥梁

美国的桥梁设计在上个世纪一直处于引领世界桥梁技术发展的地位，虽然走了许多弯路，但是也留下了宝贵的经验。

美国的桥梁设计界认为，桥梁建筑不仅要表现出结构上的稳定连续、强劲稳固的力感和跨越能力，而且要有美的形态与内涵、内容和形式的高度统一，才能显示出不朽的生命力。美国很多城市大跨径桥梁都以其鲜明的形象、强烈的艺术感染力，反映了时代特征和独特的结构特征及桥梁建筑美学的功力，也给当地带来了独特的艺术魅力。

在城市桥梁特别是大跨径城市桥梁的结构选型方面，美国人顺应了世界桥梁结构的发展趋势，呈现了很强的创新意识和实用功能。在近 100年间，美国人建造了许多现代大跨径城市桥梁，主要呈现以下两个特点：一是在结构选型上因地制宜，主要是悬索结构同时又有斜拉结构和拱式结构，还有梁式结构，结构选型以发挥该种结构的综合力学优势为主；二是在跨径的确定上，并非单纯追求跨径上的新突破和世界第一，而是将创新性、耐久性和经济性统筹考虑和综合确定。美国的相关规范对桥梁抗震的设防有十分明确的规定，并且各州均有抗震设计规范。因此，在桥墩防撞、飓风、火灾等问题上，他们注重从技术法规和具体做法上对设计、施工环节提出明确的要求。

信息化管理的美国桥梁

美国公路与桥梁建设一直处于世界领先地位，特别是在20世纪80年代以前一直在高速发展。目前，公路与桥梁建设速度有所放慢，已建的大部分桥梁工程都在使用年限范围内，新建特大桥工程较少。桥梁方面的主要工作是桥梁的后期管理工作，如检测、养护、维修、鉴定和加固等。美国政府充分使用信息化管理手段，提高了桥梁管理的效率与效果。

美国联邦政府和地方政府相关管理部门通过国家桥梁档案数据库（NBI）实时掌握所辖范围内公路桥梁完整且准确的基本构成以及结构、功能、管理、维护现状等信息，从而为对桥梁的建设、运行、维护和安全等实施有效的管理提供了基础。

NBI由美国交通部下属的联邦公路管理局（FHWA）负责维护，NBI中采用432个字符长度的记录，收集保存每座美国公路桥梁多达116项的结构条件和基本构成信息，基本构成信息包括性能特点、桥址、几何参数、业主以及维护责任人等。信息记录格式要求执行国家桥梁结构登记和评估记录和代码规则（RcGsIANB）。NBI的信息可用于分析全国公路桥梁的特点、现状及构成状况。美国对总长超过6.1米的公路桥梁每 2年按照国家桥梁检查标准（NBIs）进行一次检查，这些公路桥梁的安全性通过定期的人工检查以及核定诸如桥面、上部结构、基础结构等主要桥梁部件的状态等级的方法来保证。NBI中的大部分桥梁 2年进行一次检查，桥梁检查工作由有资质的人员完成。结构严重老化或者有安全隐患桥梁的检查会更加频繁，结构良好的桥梁也可以免除一次周期为2年的检查，4年检查一次，之后是否具有扩大检查周期的资格需要根据桥梁的条件重新评估。

美国桥梁建设上的先行一步给美国自己既留下了辉煌的成绩也留下了很多的麻烦，但是对于其他国家则是值得借鉴的宝贵经验。

微信公众号：xuebim

关注建筑行业BIM发展、研究建筑新技术，汇集建筑前沿信息！

← 微信扫一扫，关注我们+