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魁北克大桥垮塌全过程分析

来源:网络整理 作者:华侨时报 发布时间:2021-05-09
摘要:加拿大魁北克大桥由三跨钢桁架梁组成,主跨549米,建造历经30年,施工期间两次发生垮塌事故:第一次在1907年8月29日压杆失稳,75人丧生;第二次是中跨合龙时起吊设备局部构件断裂

  加拿大魁北克大桥由三跨钢桁架梁组成,主跨549米,建造历经30年,施工期间两次发生垮塌事故:第一次在1907年8月29日压杆失稳,75人丧生;第二次是中跨合龙时起吊设备局部构件断裂,13人丧生。大桥最终于1917年竣工运营。

魁北克大桥垮塌全过程分析

  圣劳伦斯河是魁北克贸易的主要航道,但冬季因结冰完全中断,因此需要修建跨越圣劳伦斯河的桥梁。作为竞争对手的蒙特利尔已经有了西至多伦多的铁路干线和竣工于1854年的跨圣劳伦斯河的维多利亚桥,迅速确立了蒙特利尔作为加拿大东部主要港口的地位。

  这些使得魁北克在圣劳伦斯河上建桥的需求更加迫切,但架桥工作并不容易,因为圣劳伦斯河最窄处也有3.2公里,水深58米,流速达14公里/小时,浪高可达5米,冬季冰棱高达15米。

  1850年就有人提议修建魁北克大桥,到1887年才成立魁北克大桥委员会,后来加拿大国会通过一项法案,重组该委员会形成魁北克大桥公司,拥有资本100万美元并有权发行债券。尽管如此,公司仍面临很大的资金压力,需要更多政府拨款。初步勘察工作完成后,魁北克政府又给予了经济资助。经过多年争论后,1898年桥址选定为首迪埃尔,并开始进行桥梁方案设计。

  1897年6月16日,魁北克大桥公司总工程师爱德华・霍尔向他的朋友――凤凰桥梁公司总裁大卫・里夫斯发出邀请。1897年,在魁北克召开的美国土木工程师协会(ASCE)会议上,凤凰公司总工程师约翰・迪斯与爱德华・霍尔见面,并提议:凤凰公司免费提供桥梁方案,但施工必须由凤凰公司承担。在此次会议上,西奥多・库珀也答应向魁北克大桥公司提供咨询服务。主要参与桥梁施工及与垮塌有关的工作。

  魁北克大桥公司总工程师爱德华・霍尔,没有参与跨度超过90米的桥梁设计经验,于是从6个杰出工程师中选出了西奥多・库珀作为咨询工程师。库珀是纽约市一名独立咨询师,也是当时美国最出色的桥梁工程师之一。对于库珀来说,这个项目也将是他的职业顶峰,因为魁北克桥跨度将超过英国福斯桥。佩特罗斯基(1995)指出库珀很有资格主持这个项目,因为他是钢桥建设的奠基人,提出的桥梁铁路荷载的计算方法也被广泛采用。

  魁北克桥招标从1898年9月6日到1899年3月1日,由库珀审查设计方案,并限定为悬臂梁和悬索桥方案。此前,法国工程师居斯塔夫・埃菲尔认为魁北克的桥址更适合悬臂结构桥梁,而不是悬索桥或拱桥。

  悬臂结构基于悬臂梁原理,于1867年首次使用,其典型形式是主墩一个方向伸出悬臂跨,由另一方向的锚臂跨平衡。跨中用简支悬跨连接形成整体结构,简支中跨和悬臂跨自重通过锚臂跨和抗拔墩来平衡。

  库珀收到6份上部结构设计方案,2份下部结构方案,审查后选择了凤凰公司的悬臂桥方案。整个过程中,凤凰公司一直都与库珀保持着联系(Holgate et al.1908),且魁北克大桥公司也倾向于凤凰桥梁公司中标(Tar kov 1986)。这些都让人感觉至少招标过程不公平和不透明,尽管很多人信任库珀(Holgate et al.1908)。

  凤凰桥梁公司得到上部结构施工合同,戴维斯公司得到下部结构施工合同。但因财务原因,凤凰桥梁公司拒绝与魁北克桥梁公司签合同,使魁北克公司面临相当大的风险。1903年政府资金到位,财务问题解决,当年6月19日才最终签署了合同,魁北克桥梁公司也更名为魁北克桥梁和铁路公司。

  魁北克大桥是当时最长的悬臂梁结构,悬臂达171.5米,两悬臂间支撑205.7米简支悬跨,梁体离河面45.7米,初始设计主跨487.7米。1900年5月,库珀将主跨增加到548.6米,避免深水墩和冰棱撞击,缩短桥墩施工时间。虽然跨度改变表面上是基于工程技术考虑,但跨度增加(以超过英国福斯桥)使库珀成为建造全世界当时最长悬臂梁桥的工程师也是事实(Petroski 1995;Middleton 2001)。

责任编辑:华侨时报