6月14日河源东江大桥垮塌事故有限元模拟及分析

声明

声明：本研究基于公开获取信息，主要目的是介绍计算机模拟在相关领域的应用情况。本分析仅供科研使用，具体事故原因应根据实际情况由专业人员确定。

一、事故背景

        2019年6月14日凌晨2点12分19秒，广东河源市源城区东江大桥发生中间2跨垮塌，两辆小型车辆坠落河中。

河源东江大桥为6孔50m跨径悬砌拱桥，净宽7+2×1.0(m)，全长420.06m。主拱矢度1/6，空心混凝土预制块拱圈采用横向悬砌法施工。坍塌部分位于桥中间两跨。

图3 倒塌后照片（左上图片源自：腾讯网https://new.qq.com/omn/20190614/20190614A0E3YB.html，其余图片感谢蓝天救援队提供）

二、数值模拟方法

根据课题组已有桥梁倒塌模拟经验（详见本课题组往期文章：有限元+虚拟现实=桥梁倒塌的过程反演分析与场景再现），采用通用有限元软件MSC.Marc建立了该拱桥的有限元模型，模拟此次倒塌事故。

在模拟中，由于对桥梁主拱结构参数不了解，因此设定了两个不同的分析工况。工况A主拱强度和延性较低，呈脆性破坏特征。工况B主拱延性更好。从模拟结果可以看出主拱力学特性差异对倒塌过程的影响。

工况A

工况B

模拟结果显示：倒塌的两跨中，左跨拱肋在左拱脚处失效后，带动拱上结构一起下沉，随着位移逐步增大，拱上砌体立柱及行车道板发生垮塌。左跨拱肋破坏后，中墩产生不平衡推力。由于中墩刚度较小，在不平衡推力作用下向左侧发生变形，进而导致右跨拱肋及拱上结构倒塌。所幸，倒塌拱跨两侧桥墩为刚性墩，使得该拱桥的连续倒塌止于两刚性墩之间，否者事故后果将更为严重。

三、与实际事故对比

将有限元模拟得到的垮塌过程与实际事故录像对比，如下图所示：

（1）左跨拱肋拱脚处失效，左跨拱肋及拱上结构变形

（2）左跨行车道板垮塌

（3）右跨拱肋及拱上结构垮塌

四、模拟结果分析

拱肋是拱桥的主要受力构件。在竖向荷载作用下，拱脚支承处除了竖向力外，还有很大的水平力。一般情况下，等跨连拱恒载水平推力可以相互抵消。但在此次事故中，一旦左跨拱肋倒塌，中间桥墩将承受向左的不平衡推力，并发生一定程度的变形，从而使得右跨拱肋及拱上结构继续倒塌。由于倒塌拱跨两侧的刚性墩有效抵抗了单侧拱跨倒塌后产生的不平衡推力，所以该桥刚性墩以外的桥跨得以幸免。由此看出刚性墩在防止多跨连拱连续倒塌中的重要性。

中左跨拱肋拱脚处失效原因有待根据现场情况确定。