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【吧刊十一】泰桥坍塌事故Tay Bridge Incident

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前言
坐落在苏格兰东南部邓迪市(Dundee)的泰桥 (Tay Bridge) 曾经是世界上最长的铁路桥。它横跨泰河河口 (Tay estuary) 且有2英里长。然而在1879年12月28日晚,泰桥中部长约半英里的主梁突然坍塌。更可怕的是,与这座只有两岁的桥梁一同落水的还有一列正在通过大桥的旅客列车。这起事故造成列车上的司乘人员共75人全部遇难,是英国史上最严重的结构事故。
图片:事发前后的泰桥



1楼2016-05-21 10:34回复
    经过
    1879年12月28日傍晚,邓迪附近的天气状况并不好。当晚,泰桥附近有接近11级的的大风。在晚上六点左右,一列本地列车勉强通过了泰桥。据目击者描述,车厢在经过大桥时大幅摇动且有大量火星从车轴处冒出,这是由于被风吹倾斜的车厢的车轮被护轨“抓”住并摩擦而产生的。泰桥桥面上的路轨全都安装了护轨,目的就是为了在大风天气下防止车箱侧翻。可惜的是,这些护轨没有在稍后发生的事故中发挥其应有的作用。
    当天七点十三分左右,由较重的蒸汽机车牵引,从邓迪(位于泰河河口北侧)开来的快车开上了大桥。据目击者称,列车“颤颤巍巍”地开上了大桥,并且有大量火星从车轴处冒出(车轮与护轨摩擦造成)。正在列车通过大桥中部时,一阵疾风突然吹来。许多目击者看到了大桥的多个钢制桁架处同时冒出火星,然后桁架带着主梁和其上的整列列车落入了水中。
    受制于当时的技术限制,救援人员第二天一大早方才赶到现场,却没有发现生还者或遗体。但是,桥墩的钢制桁架残余却引起了救援人员的注意。这些倒在河床上的桁架看起来都非常完整,并且在落潮时清晰可见。而后,人们发现整列列车都在落在四号和五号桥墩之间的河床上,却没有严重受损。令人惊奇的是,人们后来修复了从河床上打捞上来的蒸汽机车,并且使用到了1921年。
    图片:被打捞上来且被再利用直至1921年的蒸汽机车以及煤水车。





    2楼2016-05-21 10:36
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      事故发生后,大桥的设计者Thomas Bouch称当晚的大风吹翻了车厢并使其撞向护轨,致使一个桥墩移位倒塌从而引发事故。然而,Bouch的说法并不能解释为什么支撑桥梁中段主梁的十二座桥墩全部在事故中坍塌,而不只是被车厢撞击的那一个。
      图片:事发后受损的大桥全貌,可见大桥中部主梁以及桥墩全部坍塌。


      3楼2016-05-21 10:38
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        分析
        事故发生后,一个调查小组于1880年6月提交了报告。调查小组的报告驳斥了Bouch的说法。根据聆讯法庭的结论,有缺陷的设计和施工方法是造成此次事故的罪魁祸首。同时,聆讯法庭认为Bouch应为此事负全责。随后,调查小组主任总结了大桥的倒塌是由“差强人意的设计(注:大桥大部分桥墩都仅有6根直径18英寸/46厘米的空心铸铁柱在底部支撑,明显不足),施工以及保养”造成的,尽管他的说法有些含糊其辞。
        调查小组认为,当列车通过泰桥时,大桥的一侧明显发生了严重的共振现象(由大风天气下列车车轴偏向一侧护轨造成)。由于泰河河口经常有强风天气,加上此桥的施工质量不佳,所以随时间推移这些共振现象越来越严重。在1879年12月28日晚,列车不断通过引发的共振现象造成了大桥多个钢制桥墩产生了金属疲劳,而当晚11级的大风使情况越发恶化。最终,无法承受大桥主梁和列车重量的桥墩坍塌。
        图片:大桥桥墩桁架设计


        4楼2016-05-21 10:42
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          调查小组的结论得到了重要证据的支持。在泰桥坍塌几个月前,有大桥的维护人员就抱怨称当他们在桥墩上刷防锈漆且有列车开来时,他们能感受到大桥的桥墩在剧烈晃动(无论是否有大风天气都会出现震动)。同时,也有不少旅客称当他们乘坐火车经过大桥时,很多人都感受到了“令人不安”的强烈震动。
          与此同时,调查小组的另一发现也支持了共振的说法。1878年10月,当一名检查员经过大桥的一号桥墩平台时(此时有火车经过),他听到了“巨大”的响声。随后,他又发现了大桥的一些连接处有缺陷。尽管如此,他并没有将这些问题反馈给上级,而是侥幸认为他自己能够补救这些缺陷。后来发现,此检查员购买了大量锻铁棒,并将这些锻铁棒切成薄垫片然后塞进有缝隙的连接处。在事故发生前,此检查员已将150片薄垫片塞进了裂缝处来防止大桥继续震动。然而,他的做法不但没有使大桥停止震动,反而使一些连接处错位且不能受力,造成大桥变得更加不稳定。
          综上所述,桥墩震动的现象在泰桥建成到坍塌的期间的两年中不断恶化。尽管如此,当大桥于1878年2月建成时,这个问题还没有被重视。当时,贸易委员会对大桥进行了一系列测。在这些测试中,有一项是让六辆重型蒸汽机车同时高速(40英里/时)通过大桥,以便观测其对大桥桥墩的影响。结果贸易委员会却没有发现这项测试对大桥桥墩造成任何明显的影响。但是,当年十月时,火车经过时造成的震动已经使得大量的连接处开始松动。Bouch的设计使得桥墩桁架的螺丝连接处在火车通过时承受了太大的力,从而引发金属疲劳。而松动的螺丝又使桁架松动并发出响声。与此同时,大桥从开通到倒塌时的使用情况也对事故的发生产生了重要影响。在贸易委员会的测试之前,泰桥于1877年9月就已开始运作。开通后,有大量运输煤以及矿石的重载列车通过大桥,这无疑加快了桥墩金属疲劳和连接处螺丝松动的速度。
          事发当天,11级的强风在已经严重受损的大桥桥墩上施加了更大的结构应力。与此同时,晚上六点通过大桥的本地列车由于不断撞击护轨(造成主梁晃动并使得桥墩桁架上大量螺丝脱落)甚至可能已经造成大桥主梁从桥墩上移位,但并未脱落。而当快车开上泰桥时,泰桥已经岌岌可危。最终当快车行至四号桥墩和五号桥墩之间的路轨时,整个主梁坍塌。


          5楼2016-05-21 10:43
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            后续
            新的泰桥于1883年开始重修并建成于1887年。新桥和旧桥平行并使用了一些旧桥遗留下来的仍能使用的桥墩桁架。尽管如此,吸取了教训的工程师们仍在使用这些再利用的桁架前拓宽了它们,使其能承受更大的结构应力。值得了一提的是,新桥的方位向河流上游移动了一些,而几处旧桥墩的地基仍留在原地,警示着人们当年所发生的一切。
            图片:新泰桥(来自谷歌街景)


            6楼2016-05-21 10:44
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              图片:坍塌的12个桥墩地基,北侧


              8楼2016-05-21 10:47
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                图片:坍塌的1号桥墩。在12个桥墩中,1号桥墩仍保持部分完整,而其他11个则彻底损毁。


                9楼2016-05-21 10:48
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                  图片:坍塌的2号桥墩。


                  10楼2016-05-21 10:49
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                    图片:坍塌的3
                    号桥墩。


                    11楼2016-05-21 10:49
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                      图片:坍塌的5号桥墩。


                      13楼2016-05-21 10:50
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                        图片:坍塌的6号桥墩。


                        14楼2016-05-21 10:51
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                          图片:坍塌的7号桥墩。


                          15楼2016-05-21 10:52
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                            图片:坍塌的8
                            号桥墩。


                            16楼2016-05-21 10:52
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                              图片:坍塌的9号桥墩。


                              17楼2016-05-21 10:53
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