【钢结构·技术】专家分析美国世界级钢桁架桥倒塌事故- 大数跨境

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【钢结构·技术】专家分析美国世界级钢桁架桥倒塌事故

金腾螺丝宁波臻力钢结构

2024-04-02

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2024年3月26日，美国东部时间凌晨1点27分左右，一艘新加坡籍集装箱船在驶离巴尔的摩港时发生动力故障，撞击Francis Scott Key大桥桥墩，导致桥梁主体结构坍塌，造成6名正在桥上作业的移民工人不幸遇难。

Francis Scott Key大桥概况

Francis Scott Key大桥位于美国马里兰州695号州际公路，横跨帕塔普斯科河下游，是连接巴尔的摩港的重要交通枢纽。该桥年均通行车辆超1150万辆，在区域交通与物流体系中地位关键。2023年，巴尔的摩港位列全美第九大繁忙港口，国际货物吞吐量达5200万吨。事故发生后，桥梁残骸阻塞航道，港口唯一出入口被切断，严重影响海运通航。

图2 Francis Scott Key Bridge地理位置示意图

大桥全长2632.25米，主桥为飞燕式钢桁架拱桥，跨径布置为219.46m + 365.76m + 219.46m，两侧引桥为混凝土连续梁结构。主桥于1977年建成通车，造价3070万美元，建成时以366米主跨位居世界连续桁架桥第二，目前仍居全球第三，仅次于日本Ikitsuki桥（400米）和美国Astoria-Megler桥（376米）。

图3 Francis Scott Key Bridge

图4 巴尔的摩桁架习题（来源：桥梁之声微信群）

该桥以美国国歌词作者弗朗西斯·斯科特·基命名，具有深厚历史背景。1814年英军炮击麦克亨利堡期间，基在现桥址附近目睹美军升起国旗，写下《星条旗》诗篇，后成为美国国歌。此次事故不仅造成重大工程损失，也牵动公众对历史地标的情感关注。

图6 Francis Scott Key Bridge倒塌后残骸

肇事船只信息

涉事船舶为“达利号”（DALI）大型集装箱货轮，详细信息如下：

制造商：韩国现代重工（Hyundai Heavy Industries）；
持有方：新加坡Grace Ocean Private Ltd.；
租赁方：丹麦航运巨头马士基（Maersk）；
管理方：新加坡Synergy Marine Group；
载货情况：装载约4700个集装箱，船上共23名船员（含2名领航员）。

事故发生时，“达利号”正从巴尔的摩港启程前往斯里兰卡科伦坡。离港后不久因电力系统故障失去全部动力，无法操控方向，最终撞向大桥桥墩。网络流传“中国商品货轮袭击大桥”系不实信息，已被证实为谣言。

图7 “达利号”大型集装箱货轮

图8 “达利号”行驶路线

监控视频显示，船舶离港后灯光多次熄灭并复亮，顶部冒出黑烟，最终在失控状态下高速撞桥。美国领航员协会确认，船舶在几分钟内完全丧失动力，应急操作未能阻止碰撞。

图9 碰撞前船只状态解析

倒塌事故分析

Francis Scott Key大桥采用飞燕式钢桁架拱结构，通过边跨悬臂平衡主跨水平推力，桥墩设计较轻型，适用于常规荷载条件。但此类结构在遭遇极端侧向冲击时冗余度较低。

图10 Francis Scott Key Bridge结构示意图

“达利号”撞击左中墩后，主拱一侧支撑失效，引发结构失稳。左侧边跨与主跨迅速下挠，桁架多处出现断裂，主桥整体解体坠入水中；右侧边跨先被抬升，随后砸毁右墩，导致引桥连锁坍塌。

图11 Francis Scott Key Bridge倒塌过程解析

初步力学分析表明，桥墩受撞击后虽未立即失效，但产生显著位移，导致桁架内部应力重分布。断裂集中发生在支承截面附近轴力较大、截面收窄区域，符合高应力集中破坏特征。该类拱桥一旦关键支撑丧失，极易引发整体性倒塌。

图12 Francis Scott Key Bridge倒塌过程桁架破坏位置示意图

桥梁防撞措施分析

“达利号”长约300米，宽48米，满载排水量超11万吨，属超大型货轮。事发时航速约15 km/h，撞击能量巨大。根据AASHTO GVCB规范，常用桥墩防撞措施包括护舷系统、防撞岛、系船柱（Dolphin）、桩承式结构及漂浮防撞系统五类。中国《公路桥梁抗撞设计规范》（JTG/T 3360-02-2020）亦有类似分类，涵盖一体式、附着式与独立式防护体系。