意大利的致命垮塌事件引起了全球对老龄化桥梁的关注

近10%的美国桥梁被认为存在结构缺陷。
热那亚,利古里亚 - 8月14日:2018年8月14日,意大利热那亚,莫兰迪高速公路桥梁某段坍塌后,救援人员正在搜寻幸存者。今天,一座巨大的高速公路桥梁在意大利西北部坍塌,造成至少30人死亡,A10高速公路的大部分路段随之坠落到铁轨上。此次桥梁坍塌是近年来该国最致命的事故,该国副交通部长警告称,死亡人数可能会进一步上升。(摄影:Awakening/Getty Images)Emanuele Dello Strologo

自20世纪60年代以来,意大利热那亚的莫兰迪桥高高地跨越铁轨、附近的建筑和波尔塞韦拉河,跨度达3,615英尺(0.68英里),近150英尺高,承载着汽车和卡车在一条主要收费公路上通行。

周二,这座桥梁的一段巨大结构(估计长262英尺)突然坍塌,钢材、混凝土、汽车和卡车坠落到地面,意大利交通部长称这是一场“巨大的悲剧”,造成数十人死亡。

这座桥梁在热那亚一个极其潮湿多雨的日子里坍塌。一些目击者告诉新闻机构,他们看到闪电击中桥梁后发生坍塌。确切原因仍不清楚,但《纽约时报》报道称,副交通部长 Edoardo Rixi 表示,该桥梁过去曾显示出“问题的迹象”。

卡内基梅隆大学土木与环境工程副教授 Matteo Pozzi 表示:“这真的很令人难过。我认识那座桥,我曾几次经过那座桥。它曾是意大利工程的著名桥梁。”

Pozzi 解释说,这座桥是由土木工程师 Riccardo Morandi 建造的,他20世纪60年代的设计颇具开创性,因为它使用了钢筋混凝土,而不是当时更常用的昂贵钢材。Pozzi 说,多年来人们对这座桥梁混凝土的问题以及它会随时间而劣化的了解越来越多,“但它仍然是热那亚的地标。”

意大利报纸《晚邮报》报道称,另一位工程师在2016年曾注意到该桥梁存在严重问题,并表示迟早需要更换。该报还指出,由同一位工程师设计的、与热那亚桥梁相似的另一座桥梁,在1964年被油轮撞击后部分坍塌。《路透社》报道称,2016年曾进行过翻新工程,并且正在进行加固桥梁地基的工作。

在这种大规模坍塌事件发生后,许多研究人员将开始着手研究事故原因。在1940年塔科马海峡大桥坍塌后,研究人员调查了风与桥梁之间的关系,试图防止此类灾难再次发生。Pozzi 说:“在这些事件之后,会有很多研究。在2007年明尼苏达州一座公路桥坍塌后,研究人员发现了特定钢材劣化的潜在危险,从而对其他桥梁进行了更严格的检查。目前尚不能保证这次最近的悲剧能带来类似的分析,但科学家们将密切关注其原因。

近年来,意大利的桥梁状况不佳。《晚邮报》报道称,不包括周二的事故,过去五年里意大利已有10座桥梁坍塌,该报将此归咎于投资和维护不足。

然而,老旧桥梁的问题在意大利并非独有。根据美国土木工程师学会《2017年基础设施报告卡》的数据,在美国,其614,387座桥梁中有9.1%被认为存在结构缺陷,该报告对美国桥梁的状况评级为C+。ASCE估计,每天有1.88亿次出行经过这些结构有缺陷的桥梁。

美国约有40%的桥梁已超过50年使用年限,与20世纪60年代中期建成的莫兰迪桥(51年前建成)属于同一年龄段。

Pozzi 解释说,工程师们对桥梁在其使用寿命中的许多行为方面都有很好的了解。他说:“我们非常了解桥梁的行为。我认为问题在于桥梁内部和桥梁下方的材料状况存在不确定性。”

随着桥梁的老化,混凝土内的钢筋会生锈,而且很难确切知道它们在几十年甚至更长时间内的强度如何——尤其是在不同地点的气候和景观条件差异很大的情况下。建在山谷中、处于炎热沙漠气候的桥梁,将承受与建在河流上、处于寒冷潮湿气候中的桥梁不同的应力。

除了目视检查和外部传感器,工程师们在过去十年中在分析这些老旧桥梁的无损检测技术方面取得了进展,包括感知由于交通、脚步或风的震动而产生的结构振动。“通过分析桥梁的振动方式,原则上可以评估不同部分的刚度,”Pozzi 说。混凝土裂缝或钢材腐蚀等问题会降低刚度,导致振动以不同的方式在受影响的桥梁部分传播。虽然精度可能因结构而异,但这些技术至少可以帮助工程师窥探结构在其使用寿命内的健康状况。

对于较新的结构,工程师可以在桥梁内部安装传感器,让桥梁本身在其老化过程中报告其不同部件的状况。Pozzi 说:“我们希望随着新技术的进步,这些传感器的成本会越来越低,我们可以安装更多的传感器,从而实时绘制出这些桥梁的状况图。”

桥梁是任何国家基础设施的重要组成部分,它们能够快速地将人员和货物运送到原本可能危险的地形上。它们跨越河流、山谷,在城市上空盘旋,跨过其他主要道路和无法通行的区域。任何桥梁的坍塌都不仅仅是短期危险:它还会切断一个地区的物资和服务流动。

Pozzi 说:“你无法快速修复一座桥梁。当它失效时,在突然失效后需要建造替换桥梁的时间非常漫长。我们必须应对这些罕见且灾难性的事件。作为一个社会,问题在于,在某种程度上,我们愿意投入多少资金来提高这些桥梁的安全性?”

维护这些工程奇迹并防止发生像今天意大利发生的悲剧,需要资金。ASCE估计,美国目前积压的桥梁修复项目的成本为1230亿美元。

桥梁坍塌的代价也可能非常高昂。有时,它还可以用另一种更悲惨的指标来衡量。截至发稿时,意大利坍塌事故已报告35人死亡,官员们表示,死亡人数可能会继续增加。

 

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