大家都在懷疑該跨海鋼索懸吊拱橋維修不力,由港務公司從來沒有檢測過那13根鋼索與接點,以及長期過橋車輛載重無管制來說,這當然可能是肇事原因之一,我卻覺得這橋樑是設計不良。
我不是鋼骨橋樑結構專家,不過,很明顯的,由結果看起來,這個拱橋設計上至少有兩個問題:
(1)拱橋兩端,應該直接擺放在橋墩上,把重量向下傳遞由橋墩負擔,但是這個上部拱橋設計上是在兩端與各兩個叉腳以焊接結合,兩個叉腳與頂部拱形又以一個歪斜的角度結合,再由叉腳另一端與橋墩一邊端點結合,所以這個上部拱橋與橋墩的結合部,就形成一個結構的脆弱點,而且隨著這個拱橋受風力吹襲所生的擺動或由鋼索傳來的車輛運行擺動,這個結合部會不斷接受扭轉等應力的挑戰,如圖示的,兩個結合部,果然都斷裂了。
(2)厚重的橋樑是用各節鋼板焊接而成,與上部拱橋間,除了一排細長的鋼索外,兩者之間並沒有結構上的加強與結合,等於這麼重的四線道路橋樑是全靠幾根細細的鋼索與插銷懸掛著,只要有一根鋼索或插銷斷裂,其他的鋼索也會應聲斷裂,就如圖示的,是完全撐不住的。
理論上,這種拱橋,應該設計成即使沒有鋼索,橋樑的結構還是能夠撐住自己才對。而那些鋼索所提供的,是用來作為安全餘裕與消除額外的滿載負重(整座橋因為塞車而停滿全載重的卡車)或風力或地震的影響才是。
橋樑怎麼會不吃風,車輛通過怎麼不會產生晃動?怎麼都靠那根細細的鋼索與插銷?那個拱型,就是來抵抗橋樑的變形產生的應力的。有上拱形與下拱形兩種主流設計,但都要與橋樑本身結合在一起,沒有聽過是只靠鋼索把橋樑懸掛在拱形上的。
長跨距橋樑(對於側風,就像一片機翼)因風力吹襲而產生共振與變形而斷裂,在上個世紀初的美國與英國等多國發生多起,後來就用鋼樑/拱形/預力鋼筋等來加強結構強度。Discovery的工程奇蹟在報導舊金山大橋的設計過程中有提到這個。
林祺祥:「看橋面結構和坍塌的的情形,個人覺得鋼纜的設計可能是一個很大的錯誤。第一個,跨海的橋面除非混凝土裡面有鋼樑連結到兩邊橋墩,可由橋墩支撐部分橋面重量,否則整個重量全部靠最頂端雙Y鋼架所垂下的鋼纜吊掛,雖然美觀但風險太大。如果做此設計,因為力矩的關係,最大的應力(可以理解成最重的部位)應該會落在橋面的中心點,這時候連結中心點的鋼纜應採用較粗或較強力的規模才可以。這個橋樑設計每根鋼纜粗細看起來相同,忽略了橋面重量造成的應力不同,是一個設計上的敗筆。第二、跨海大橋採懸索設計的不是沒有,但必須對其橋面的強度有相當的把握才行,否則因為鋼纜有鏽蝕的問題,換鋼纜也是下下策(因為在更換裂隙鋼纜時可能會增加其他鋼纜的負重)。所以採此設計根本是在冒險,時間可能就是摧毀橋樑的殺手,更不用等颱風、地震這些天然災害的侵襲,風險之高,可見一斑。」
https://udn.com/news/story/6656/4083289
WTF!
天哪!過橋的油罐車就差一步!這個看起來是長期應力破壞這個鋼骨焊接橋結構所造成的坍塌。