桥梁倾覆事故对力学教学的影响

我国近年来大量出现的独柱墩式桥梁体系，可以充分利用地面空间，降低成本而在城市立交桥和高速公路匝道桥中得到了广泛应用，但是桥梁本身稳定性不够，在偶然遇到严重超过设计荷载的货车上路时，受力不尽合理，对结构的横向抗倾覆稳定非常不利，刚体更易破坏，也更易出现横向失稳现象[1]。

2019年10月10日18时10分许，无锡市312国道K135处、锡港路上跨桥发生桥面侧翻事故，已致3人死亡、2人受伤，如图2所示。无锡垮桥在事故形态上延续了阳明滩大桥的遭遇。

迄今为止，专家学者对独柱墩式桥梁展开抗倾覆稳定性分析及加固设计，取得了一定的研究成果，本文基于桥梁加固设计的研究结论，根据力线平移定理及荷载偏心对桥梁的影响，同时结合桥梁设计原理，通过分析超载对桥梁疲劳寿命的影响，为后续独柱墩式桥梁结构的设计应用[2]提供理论支撑，增强学生学习应用力学的积极性。

1 倾覆理论

1.1 桥梁倾覆原理

大跨度桥梁在偏心荷载作用下，主梁在发生弯曲变形的同时可能发生较明显的扭转变形，这对桥上车辆的安全性和舒适性都不利，其扭转变形包括整体扭转变形和局部扭曲变形。

因构件两端的约束条件和受力条件不同，扭转有自由扭转和约束扭转两种方式。自由扭转时截面上各点纤维在纵向均可自由伸缩，构件的每一个截面受扭后呈现出凹凸不平的曲面，从而产生翘曲变形[3]，约束扭转时中央截面因具有对称性则完全不能翘曲，箱梁截面的变形如图1所示。

图1 箱梁截面变形的分解

依据《公路桥梁养护规范》规定[4-5]，经常对主要桥面设施、上部结构、下部结构及附属构造物的技术状况进行检查。长期有超载车辆通行的桥梁还应缩短定期检查的时间间隔。

独柱墩桥梁倾覆事故发生后，国内相关管理部门已经出台了相应政策[6-7]、规定和措施，以消除相关隐患。新桥设计中，尽量避免采用独柱墩的结构形式，对于已经建成运营的独柱墩桥梁，应按新的抗倾覆技术标准进行相应的技术加固。

1.2 桥梁加固

长期超载使桥梁的使用年限大大缩短，无锡高架桥的超重卡车导致桥梁横向偏心受压超过允许限度，梁体从独柱墩顶倾斜滑落，那么如何解决桥梁倾覆这一难题呢？

首先我们从无锡高架桥梁垮塌事故中再次引起警示，其次由无锡桥梁垮塌事故思考独柱墩桥梁具体的防治方法：

我们可以通过智能交通系统（CITS）给管理部门和执法部门提供数字化管理信息，真正实现无法超载，超载现象能够管控住，那么桥梁的安全就有保障。

我们通过桥梁技术状况评定，对于交通繁忙的桥梁，定期进行桥梁检查，是有效避免桥梁安全事故的最有效手段。

当发现超载、撞击或自然灾害地区已经对我们的桥梁存在了安全隐患时，我们应该从专业角度解决许多桥梁匝道桥是独柱墩的问题，因地质、环境条件限制，采用独柱墩钢抱箍的施工方法[16]可以解决独柱墩易倾覆的危险。综上所述，从科技角度出发，利用智能管理手段代替传统方法，不给超载企业个人侥幸的机会才能从根上杜绝超载现象。科学地进行桥梁管理，及时掌握桥梁才能做到心中有数，才能避免事故的发生。

2 桥梁倾覆事故对力学教学的影响

作为高职学生而言，后续的专业课学习以及未来的工作都和高架桥有很大的联系，力学作为一门专业基础课，研究对象比较理论化、抽象化，要解决实际问题，应该把力学知识和专业知识融会贯通之后，加上不断地积累经验，遵守相关规范，才能成为一个合格的路桥人。在以后的力学教学中，如何让学生产生兴趣呢？我们就以和无锡高架桥垮塌有关的力线平移理论为例进行探讨。

2.1 力线平移理论的教学

很多力学知识都来源于生活，能从生活中找到其原型。

对力线平移理论，首先通过实例提出问题引入此部分知识：

攻螺纹时，为什么必须用双手均匀握住扳手两端，而不能只用一只手扳动扳手呢？如图2所示：

图2 丝锥攻丝

在学生讨论之后再共同观看无锡高架桥坍塌的视频，既让他们了解坍塌的危害之大，又给本节课的讲解埋下伏笔，真正得将力线平移理论引入到案列中，使学生更深层次地理解本节课的重要性，让他们又进一步探究下去的愿望。

最后引入力线平移定理，把开头的实例通过此定理进行解释，也理解了平面一般力系简化方法，同时学习兴趣会大大增加，不再是传统意义上的枯燥的理论学习，极大地调动了高职学生的学习积极性。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0213/374.html