2019年10月1日台湾宜兰大桥倒塌事故有限元模拟

声明

本研究是重庆大学徐梁晋博士及清华大学研究生金鑫磊、顾栋炼、廖文杰、赵鹏举等基于公开获取信息开展的模拟。由于本桥倒塌事故原因正在调查中，现在尚不足以给出确定性的结论。本文分析结果是同学们在假期加班开展的探索性研究，主要目的是介绍计算机模拟在相关领域的应用情况，并锻炼有限元分析的技能。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。

事故简介

2019年10月1日上午9时30分左右，台湾宜兰南方澳跨港大桥发生断裂崩塌，桥上正行驶的油罐车连同桥面从约18米的高空摔落，停在桥梁下的3艘渔船当场遭压沉，已致10人受伤，5人失踪。在为这一事故深表痛惜的同时，重庆大学徐梁晋博士及清华大学研究生金鑫磊、顾栋炼、廖文杰、赵鹏举等采用有限元软件重现了南方澳跨港大桥的倒塌过程，为事故原因的探讨提供了一些参考。

桥梁实际倒塌过程

桥梁实际倒塌过程

该桥属于钢拱桥，桥长140米，桥宽15米，采用耐候性高强度低合金钢，共用1535吨钢板，于1998年6月20日建造完成，桥龄仅21年。从视频中可以看出，桥跨右侧第六根吊杆率先失效，紧接着，吊杆一根根失效，桥梁垮塌。

数值模拟

根据此前桥梁倒塌模拟经验（参考资料1：有限元+虚拟现实=桥梁倒塌的过程反演分析与场景再现，参考资料2：6月14日河源东江大桥垮塌事故有限元模拟及分析），采用通用有限元软件MSC.Marc建立了该桥的三维有限元模型，以模拟此次倒塌事故，如下图所示。

有限元模型

破坏过程对比

角度1：有限元数值模拟

角度1：实际破坏过程

角度2：有限元数值模拟

角度2：实际破坏过程

事故原因浅析

此次事故中，右数第6根吊杆在靠近拱肋处首先发生断裂。该吊杆失效后，其他吊杆的内力进行了重分布。其他吊杆由于内力突然增大，超出其承载能力，故由跨中向两侧依次发生破坏。吊杆失效瞬间，释放了对拱肋向下的拉力，使得拱肋向上回弹，拱脚向跨中回缩。吊杆失效后，主梁失去吊杆的弹性支承，挠度显著增大。主梁发生的弯曲大变形使得梁端向跨中回缩，进一步加剧了拱肋向跨中的回缩。当主梁变形达到一定程度，即在跨中断裂，使得拱肋和主梁从支座上滑落，整体坍塌。而拱肋的薄弱位置（双叉拱肋节点）也在落梁过程中发生破坏。