意大利莫兰迪公路桥(Morandi Bridge),是由桥梁界非常著名的理查德·莫兰迪(Riccardo Morandi 1902-1989),1962年开建,于1967年完工,设计寿命100年,桥全长大约1.2公里,桥面高度约45米,三塔斜拉式,距离地面高度90米,2018年8月14日近200米桥面突然坍塌,造成39人遇难9人重伤,使用寿命51年。在新闻报道到中有人使用“倒塌”,有人使用“垮塌”有人使用“崩塌”还有人使用“坍塌”,可见其公路桥的重要性和事故的重大性。
莫兰迪公路桥突然发生垮塌,对以及意味着什么?只有行业内的人士知道和清楚。但非常巧合的一件事,中国也有一座非常著名的大桥与莫兰迪公路桥同一年竣工投入使用,设计使用寿命也是一百年,那就是“南京长江大桥”。当然,南京长江大桥并不是采用的斜拉式桥梁模式,莫兰迪桥(Morandi bridge)被认为是欧洲有史以来建造的第一座斜拉桥,并且此桥完全采用了预应力混凝土结构,当时被视为最具开创性的创新设计。
莫兰迪桥对影响巨大,是因为他涉及一个人叫“Riccardo Morandi”,并且涉及一个桥梁结构体系叫“Morandi体系”,意大利文把整个莫兰迪桥称为“Polcevera Viaduct”,是世界上著名的高架桥,主桥部分就称“PonteMorandi”,英文名字是“Morandi Bridge”。土木工程师Riccardo Morandi,是以擅长预应力混凝土结构著称于世,他提出的Morandi体系在多塔斜拉桥的发展史上有着重要的地位,为此1980年(英国)结构工程师学会授予理查德·莫兰迪(RiccardoMorandi)年度金质奖章。
欧洲规范和国内规范对于桥梁结构永久性构件的设计年限均为100年,但斜拉桥中斜拉索的使用寿命仅有20~30年,需要日常检修和维护,到此顺便插一句,还记得红军飞夺泸定桥吗?铁索泸定桥建成于1706年(康熙45年)距今已经312年。如今莫兰迪桥只过半百就垮塌了?据说造成的原因很复杂,有人说暴雨天气雷电,有人说维护管理没有跟上,有人说是超过承载,有人说超期服役,有人说当时人们还没有认识到水泥建筑物存在老化问题等等。关于最后一点儿,应该引起特别重视,钢筋混凝土建筑物存在老化和质能衰退的问题,会在长期使用震动中出现疲劳破损,注意莫兰迪大桥是采用预应力混凝土结构,与钢筋混凝土建筑物还不完全一样,是需要对钢筋张拉、锚固后进行灌水泥砂浆处理。
什么是Morandi体系?它是为了解决随着跨度增大,以及塔数增加而带来的桥梁刚度不足的问题。采用人型塔(A型塔)附加V形斜撑式成一个刚度很大的索塔,两边分别悬出臂主梁并用一对斜拉索拉吊起来,形成一个稳定的对称的独立双悬臂大单元,再在相邻两个大单元的悬臂之间加上挂孔就形成了连通主梁和桥面,形成 Morandi 体系。Morandi 体系主要理念是通过“稳定三角形”加大索塔刚度以及塔-梁连接刚度,从而成为稀索刚性塔梁斜拉桥体系,也是多塔斜拉桥形式。Morandi 体系给多塔斜拉桥的发展提供了一种思路,随后又出现了多种形式的加强主塔、主梁、拉索刚度的设计思路(如在主梁下方设置与桥塔桥墩的加劲拉索、控制塔高和主梁刚度设置为矮塔斜拉桥形式等);随着计算水平的发展和提升,密索柔性塔梁成为多塔斜拉桥的主流形式,同时考虑采用辅助拉索、辅助墩等辅助结构来保障桥梁刚度等等。
从新闻视频和图片上看,Morandi体系是采用大悬臂+挂梁的形式,拉索、挂孔连接位置本身就是薄弱点,而莫兰迪桥从主塔,主梁,甚至到斜拉索,都采用预应力混凝土结构,很少见呀。主梁和主塔采用预应力混凝土结构,可以理解。拉索也用预应力混凝土结构,公路桥桥柱和桥面间连接的钢筋混凝土斜拉索的数量是四根,估计是与当初钢索技术达不到有关。这种方式和现在常用的平行钢丝和钢绞线相比略有差别。这里的预应力筋借助预应力混凝土的形式张拉锚固在主梁和主塔上,混凝土一方面为预应力筋提供传力介质,另外一方面也可以认为是保护层的一种形式。但这两方面的作用会随着预应力筋的松弛而逐渐失去效果。此外,混凝土亦会加大拉索整体的自重,本身也存在一种副作用。