专家解析巴尔的摩桥梁坍塌原因

当长达300米的集装箱船MV Dali失去动力并撞向巴尔的摩弗朗西斯·斯科特·基桥的一个支撑墩时，桥梁在瞬间崩塌。六人被推定死亡，多人受伤，城市及其地区预计将面临长达数月的后勤噩梦，因为缺少了一个关键的交通联络。

这对于公众和像我这样的桥梁工程师来说是一个震惊的事件。我们非常努力地确保桥梁的安全，总体而言，在桥梁崩塌中受伤或更糟的概率甚至比被雷击中的机会还要低。

然而，来自巴尔的摩的画面提醒我们，安全不能被视为理所当然。我们需要保持警惕。

那么，这座桥梁为什么会崩塌？同样重要的是，我们如何让其他桥梁更能防止此类崩塌？

20世纪的桥梁遇到21世纪的船只

弗朗西斯·斯科特·基桥建于20世纪70年代中期，并于1977年开放。跨越导航通道的主要结构是分为三个部分或跨度的“连续桁架桥”。

桥梁坐落在四个支撑上，其中两个位于可航水域的两侧。正是这两个墩对于防止船只撞击至关重要。

实际上，有两层保护：一种被称为“海豚”的结构，由混凝土制成，还有一个防撞装置。“海豚”位于墩上游和下游约100米处的水里。它们的目的是在船只偏离航向时被牺牲，吸收其能量并在过程中变形，但使船只不撞击桥梁本身。

巴尔的摩的弗朗西斯斯科特基桥，显示了被货船撞击的码头和因此倒塌的桥梁部分。

防撞装置是最后一层保护。它是围绕主要墩放置的由木材和加固混凝土制成的结构。同样，它旨在吸收任何撞击的能量。

防撞装置不是用来吸收来自非常大的船只的撞击的。因此，当重达10万吨的MV Dali越过防护时，它对防撞装置来说实在是太大了，无法承受。

视频记录显示，在桥梁崩塌前出现了一团尘土，这很可能是防撞装置在被船只压碎时瓦解的情景。

一旦巨大的船只越过了“海豚”和防撞装置，桥梁四个主要支撑之一的桥墩就根本无法抵抗撞击。考虑到船只的大小及其可能的速度约为8节(15公里/小时)，撞击力可能在2万吨左右。

桥梁变得更安全

这不是弗朗西斯·斯科特桥第一次被船只撞击。1980年还有另一次碰撞，严重损坏了一个防撞装置，以至于必须更换。

根据世界水上交通基础设施协会2018年的报告，从1960年到2015年，全球有35起重大桥梁崩塌事故是由船只碰撞造成的，导致人员伤亡。

1970年代和1980年代初的船只与桥梁的碰撞导致了保护桥梁免受撞击的设计规则的显著改进。

国际桥梁与结构工程协会1993年出版的《船只与桥梁碰撞指南》和美国州公路和交通官员协会1991年的《船只碰撞设计公路桥梁指南规范和评论》改变了桥梁的设计方式。

在澳大利亚，2017年出版的《澳大利亚桥梁设计标准》要求设计师考虑未来100年内最可能出现的最大船只，以及如果它全速驶向任何桥梁墩会发生什么。设计师需要考虑正面碰撞和侧面、擦碰的结果。因此，许多更新的桥梁用整个人造岛屿来保护它们的墩。

当然，这些改进来得太晚，无法影响弗朗西斯·斯科特·基桥本身的设计。

灾难中的教训

那么，在这个阶段明显的教训是什么呢？

首先，显然，这座桥梁的保护措施不足以应对这次船只撞击。今天的货船比1970年代的大得多，弗朗西斯·斯科特·基桥似乎没有考虑到像这样的碰撞。

所以一个教训是，我们需要考虑我们桥梁附近的船只正在如何变化。这意味着我们不能仅仅接受它的建造结构，而是要确保我们桥梁周围的保护措施与周围的船只一起发展。

其次，更一般地说，我们必须保持警惕，管理我们的桥梁。我以前写过关于澳大利亚桥梁当前的安全水平，以及我们如何可以做得更好。

这一悲惨事件只强调了我们需要在维护老化基础设施上投入更多资金的必要性。这是确保它对我们今天对它提出的要求保持安全和功能性的唯一途径。

本文译自 ScienceAlert，由 超载鸡 编辑发布。