2019年10月10日，位于无锡境内的312国道K135处发生一起桥面侧翻事故，共造成3人死亡、2人受伤。这一公路独柱墩箱梁桥倾覆事件引发社会热议，对国内已发生桥梁倾覆事件、倾覆机理、结构设计和评估处置等方面进行了广泛讨论。2020年1月23日，无锡市应急管理局发布了“无锡市‘10.10’312国道锡港路上跨桥桥面侧翻较大事故调查报告”，认定事故的直接原因为，两辆重型平板半挂车严重超载、荷载分布相对集中，偏心荷载引起的失稳效应远超桥梁上部结构稳定效应，造成桥梁支座系统失效，梁体和墩柱之间产生相对滑动和转动，从而导致梁体侧向滑移倾覆触地。同时要求全面排查在用桥梁安全，对下部结构为独柱墩的桥梁，结合实际情况，对偏载工况的承载能力进行评估，并根据评估结果采取相应管理和技术措施。

本文系统调研已倾覆桥梁的技术资料，论证倾覆破坏机理并提出两类特征状态；分析典型结构体系的破坏特征，构建桥梁倾覆破坏的风险场景；分析箱梁桥的抗倾覆性能影响因素，提出防控倾覆风险的设计与评估处置等综合措施。

自2007年以来，国内相继发生7起这类桥梁倾覆垮塌事故。这类桥梁在结构类型、事故原因和破坏特征上基本相同：

1.发生倾覆事故的桥梁基本采用整体式截面——箱形截面，采用联端横向双支座（抗扭支承）+联中横向单支座（点铰支承）的支承体系。

2.发生倾覆事故的原因为偏心荷载作用，或结构的支承体系失效，或两者共同作用；在已发生的箱梁桥倾覆事故中，重载车辆的偏载作用尤为突出。

3.事故中结构破坏无明显预兆、猝然发生、危害极大；发生倾覆事故后主梁、桥墩的整体性能基本保持良好。

按《公路工程结构可靠性设计统一标准》JTG 2120-2020的规定，箱梁桥的倾覆破坏属于“整个结构或其一部分作为刚体失去静力平衡，此时结构材料或地基强度不起控制作用”。在永久作用和k倍实际重车作用下，天津B桥和河源F桥非线性分析表明：

1.在重车荷载偏心作用下，单向受压支座依次脱离受压状态。

2.同一桥墩的一对横向双支座构成“抗扭支承”，形成对扭矩和扭转角的双重约束，双支座中一个支座脱离受压状态后，另一个支座仅形成对扭矩的约束。

a) 天津B桥

b) 河源F桥

图1 特征状态2时，有效支座示意

3.当箱梁的抗扭支承全部失效时(如图1),支承体系不能有效约束箱梁的扭转角,箱梁的变形不再符合小挠度假定,产生几何非线性影响,梁端的扭转角和扭矩急剧增大,由小挠度的变形体受力阶段进入大位移的刚性体运动阶段。

a) 天津B桥

b) 河源F桥

图2 倾覆过程中箱梁桥的受力变形情况

图3 箱梁桥的倾覆过程

箱梁桥倾覆过程存在两个明确特征状态（如图2和图3）：在特征状态1，箱梁的单向受压支座开始脱离受压；在特征状态2，箱梁的抗扭支承全部失效。目前，对特征状态2之后的刚性体运动阶段没有形成统一的破坏模式，有可能出现7类破坏：墩支座转角达到0.03rad；箱梁转角过大，使支座挤出；箱梁转角过大，使箱梁滑移；支反力重分配，桥墩偏心受压破坏；支反力重分配，盖梁受剪破坏；水平力显著增大，桥墩受剪破坏；箱梁沿转动轴翻转。

图4 简支梁桥的计算模型（x > 0.5l，e > 0.5d）

图5 横向简化模型（G-恒载，Q-可变荷载）

桥梁是否存在倾覆风险，在结构方面需要同时具备两类因素：一是整体式截面。传统多梁式结构在每个预制梁端均有支座支承，不会发生倾覆破坏。二是墩梁连接形式。应用最为广泛的匝道桥结构型式调研表明，约16%为简支梁桥、约83%为连续梁桥或连续刚构，按照跨中桥墩的墩梁连接形式分为三类，包括设置双支座、设置单支座、设置墩梁固结。

采用墩梁固结的箱梁匝道桥，在重载车辆偏载作用下，主梁处于弯剪扭的复合受力状态，桥墩处于偏压状态。随偏心荷载的增大，桥梁的整体受力性能由主梁、桥墩等构件的承载力或受压稳定性控制，最终破坏模式如图6。

图6 设置墩梁固结箱梁桥的破坏模式

图7 倾覆风险场景

根据箱梁桥的结构分类和倾覆机理，建立图7的箱梁桥倾覆风险场景，即采用整体式截面、仅由单向受压支座支承的简支梁桥和连续梁桥。由于重载车辆偏载作用，当抗倾覆性能不足时，发生主梁倾覆失稳、桥梁整体垮塌的事故。这里需要说明，公路独柱墩箱梁桥是对这类桥梁的一种俗称，需要关注：整体式断面和墩梁间支座支承。

影响因素及防控措施

箱梁桥的抗倾覆性能影响因素分析表明：增大支座横向间距d，降低汽车荷载偏载作用引起的支座负反力R_Qi，提高箱梁桥的抗倾覆性能；在跨中设置双支座的抗扭支承、减小抗扭跨径l，使汽车荷载偏载作用引起的支座负反力R_Qi减小，能够提高箱梁桥的抗倾覆性能。

a) 2+1+1+1+2型布置

b) 2+1+2+1+2型布置

图8 支座布置示意

箱梁桥的倾覆防控措施从改变结构破坏模式、提高结构抗倾覆性能和设置冗余约束三个方面考虑，如表2。

箱梁桥的结构设计要求

对于正在设计阶段的公路箱梁桥，拟定结构方案时应注意下列几点：

1.桥墩宜采用横向多支座体系（多柱式或独柱双支座式结构），且支座横向间距尽量拉开；当结构受力满足要求时，可采用墩梁固结。

2.当建设条件特殊，如在跨越道路中央分隔带的墩位、桥墩，必须采用独柱单支座式结构时，应避免采用连续的独柱单支座式结构。

3.过渡墩和桥台处宜设置可靠的限位、防落梁构造。

箱梁桥的评估处置措施

对于正在运营阶段的公路箱梁桥，应进行现状检测和验算评估，根据其抗倾覆性能进行综合整治。

1.重点检测、监测下列病害：箱梁变位是否超过规定的限值；支座是否老化破坏，支座变位是否超过规定限值；箱梁的限位措施是否缺损。

2.当出现上述病害时，必须采取管控措施、优先进行整治。

3.当按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3363-2018的规定进行技术状况验算，验算结果不满足相关要求时，结构设计方案应评估为存在安全隐患，应采取必要的改造加固措施。

4.改造加固前，应采取管理措施。增设硬路肩禁止通行、禁止驶入和禁止停车标志、导流标线、摄像头、物理隔离（安全锥、水马、警示桩）等，促使车辆正常行驶，不偏载、不停靠。各营运管理单位要加强巡查，确保整治期间不出问题。

5.加固改造方案应以“安全经济美观”为原则，考虑桥梁的功能性要求、施工可实施性、检测养护要求和景观要求，进行多方案技术经济比较后确定。

6.加固改造方案应尽量保证原结构支承体系不变：采用原有独柱单支座桥墩改造，如独柱单支座体系改为横向多支座体系（多柱式或独柱双支座式结构）；或采用原有过渡墩或桥台及相应构造改造，如墩台拼宽、端横梁改造、增加限位挡块。

7.改造加固设计和施工，应注意避免由结构改变造成的新生问题，应制定专门的施工组织方案，加强桥梁施工质量安全管理。

8.加固改造后，结构的安全性验算应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3363-2018的规定。

桥梁的安全性是以正常设计、正常施工、正常使用为基本条件，加强对通行车辆的管理——避免非法、极端重载车辆无序通行是防控倾覆风险的关键；对确实存在倾覆风险的桥梁进行综合处治，保证桥梁工程的安全性，避免出现这类箱梁桥倾覆的安全事故。