对于一个结构工程师来说,这次塌桥的特殊之处在于,这个桥的结构设计师和这个桥本身,都是在结构工程历史上占有一席之地的。

这好比什么呢?就好比菜鸟司机开车掉进沟里不稀奇,但是这次相当于天天排水沟过弯、秋名山排的上字号的老司机竟然也翻车了。

这座桥的名字叫 Ponte Morandi,也就是莫兰迪桥,是以这座桥的结构工程师 Riccardo Morandi 的名字命名的。一个公共项目用结构工程师的名字命名,这样的待遇已经比肩埃菲尔铁塔了。

2008 年国内出版的王应良、高宗余编著的《欧美桥梁设计思想》一书的第 4.2 节就是对里卡多·莫兰迪的介绍,其中的第 9 个实例介绍的这座桥就是这次坍塌的这个,波尔西伐拉高架桥是这条高架高速公路的总的名字。

看书里的介绍,主跨孔跨为 202.5 + 207.9 + 142.65 米,共有三个桥塔。

根据新闻图片,这一次坍塌的就是图片里左数第一个桥塔所承载的那一部分。

有看官可能觉得奇怪,为什么这个桥长这个样子,跟一般常见的桥梁不太一样。

多个桥塔,每个桥塔只挂四个拉索,桥塔每一侧的左右各一根,而且一般是预应力混凝土拉索,而不是钢索,这种设计可以说是莫兰迪的标签。

莫兰迪最著名的作品就是位于委内瑞拉的马拉开波湖大桥,正式名称为拉斐尔·乌达内塔将军大桥。

看这个大桥的设计,是不是跟意大利热那亚的这座莫兰迪大桥很相近呢?

在结构设计思路上看,莫兰迪的思路跟以福斯桥为代表的悬臂钢桁架桥是一脉相承的。只不过随着时代的发展,莫兰迪用预应力混凝土发展了福斯桥的结构体系。

作为联合国教科文组织认定的世界文化遗产,建成于 1889 年的福斯桥在人类工程史和技术史上有着重要的意义。

由于福斯桥的设计在当时的 19 世纪 80 年代属于第一个吃螃蟹,跟当时常见的钢铁结构箱梁或者砖石拱桥截然不同,为了打消公众的疑虑,福斯桥的设计师们在英国皇家学会组织了一次公开科普演示。

这个人肉悬臂桥非常简洁直观的解释了结构原理,两边的两个人之所以能把中间的人托住,用的不是麒麟臂,而是自身的体重。也正因为如此,在现在的一些科普活动中,小朋友也能轻松演示。

我们再看一下这次坍塌的莫兰迪大桥的侧面,是不是有点像这个人肉悬臂桥的原理呢?只不过这个悬臂的三角形有所变形,上弦依然向外延伸,下弦向内收缩为桥塔底部伸出的 V 字形支撑,主要的压力由水平向的桥面来承受。中间的桥塔就是坐着的人的躯干,桥塔上端向两侧伸出去的斜拉索就是坐着的人的两个胳膊。

也正因为这样的设计,斜拉索成为了关键部件。想象一下上面图片里的人肉悬臂桥,如果其中一个人突然松手,那整个系统就会失去平衡,继而会像多米诺骨牌一样一个接一个歪倒。同样的道理,在这样的桥梁结构里,如果斜拉索出了问题,整个体系会受到很大的影响。

莫兰迪这座桥建成于上世纪六十年代,当时较偏远地区的大规模钢结构加工建设成本还相对较高,莫兰迪用预应力混凝土替代钢索作为斜拉索,创造性的解决了这一问题。

但这同时也带来了另一个问题,简单理解,预应力混凝土就像是绷紧的橡皮筋,天长日久一定会松弛。就好比一些用松紧带的睡衣,穿一段时间之后,有时候就感觉松紧带松了,不管用了,这就是所谓的应力松弛,英语叫 relaxation。

也就是说,久而久之,预应力混凝土的承载能力会大不如前。特别是,受限于上世纪六十年代的材料技术和工艺,预应力混凝土的性能只会随时间下降的更快。现在常见的 low relaxation 抗松弛的预应力索最早在上世纪八十年代才大规模应用,这座桥修建于六十年代,那时候材料的抗松弛性能还不行。

那应该怎么办呢?

就好比汽车,同样是四五十年的老爷车,如果车主一直认真维护,按时保养,有损坏的地方及时修补,零件寿命到期及时更换,那么车况会相对很好。比如拜登副统领的这辆 1967 年的五菱神车柯尔维特。

但如果疏于维护,也不保养,啥也不管,坏了也不修,只要能跑就往死里开,那这车况就不理想了,开出去随时抛锚也是有可能的。比如这辆同样是 1967 年的雪佛兰。

如果开着这样的车出了事,抛锚了,直接原因可能是发动机积炭,也可能是变速箱不行了,也可能是底盘结构件损坏,也可能是各种别的原因,但归根结底一句话,根本原因是疏于保养。

同样的道理,桥梁这样的基础设施同样需要保养和维护,否则性能也会大幅下降。

典型的曲线是这样的,横坐标是时间,纵坐标是结构的性能,刚修好的时候性能是 good,随着时间的推移逐渐向 poor, very poor, serious 推进。如果我们在 very poor 乃至 serious 的时候还不管它,那么离最终的破坏 failed 就不远了。

正确的做法是在结构进入很差的状态之前,主动定期维护保养。每一次保养,其实都是在 “续命”,喝治疗药水回复 500 点生命值。保养维护一次,就等于又把性能提升了一下,剩下的可以使用的时间又多了一些。使用一段之后,再进行维护保养,再一次把性能提升回去一点。

简单说,就好比咱们常说的健康问题,两种做法,一种是定期体检,有病及时发现及时治疗,常年把身体维持在很好的状态;另一种是平时不管不顾,其实老早就进入亚健康或者不健康状态了,最后一发现就是大病。哪种更好,明眼人一看就知道。

说回到这座桥梁,就像我上面说的汽车的例子,直接原因可能有很多因素,但归根结底,根本原因恐怕还是疏于保养。保养不当,维护不够,生生把六十年代的法拉利开成了快散架冒黑烟的小破车,最后直接炸缸了。

作为金猪四国之一,意大利的基建投资有很多资料数据,我就不一一列举了。基础设施疏于保养,很大程度上并不是工程人员不认真,懒惰不干活,而是根本没经费,巧妇难为无米之炊。

基础设施的保养,需要一个成熟完善的体系来支持,否则又会变成一团乱账。

什么时候检修,如何评估,谁来决定要不要修,要怎么修,是拆了新建还是彻底大修还是缝缝补补又三年,资金又如何筹措……

工程问题从来不是单一的技术问题,牵扯到方方面面。有些地方的基础设施现在可能很新很好,但几十年后,依然要不可避免的面对同样的问题。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:猪小宝

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