聲明

本研究是重慶大學徐梁晉博士及清華大學研究生金鑫磊、顧棟煉、廖文杰、趙鵬舉等基于公開獲取信息開展的模擬。由于本橋倒塌事故原因正在調查中，現在尚不足以給出確定性的結論。本文分析結果是同學們在假期加班開展的探索性研究，主要目的是介紹計算機模擬在相關領域的應用情況，并鍛煉有限元分析的技能。本分析僅供科研使用，具體事故原因應根據實際情況由專業人員確定。

事故簡介

2019年10月1日上午9時30分左右，臺灣宜蘭南方澳跨港大橋發生斷裂崩塌，橋上正行駛的油罐車連同橋面從約18米的高空摔落，停在橋梁下的3艘漁船當場遭壓沉，已致10人受傷，5人失蹤。在為這一事故深表痛惜的同時，重慶大學徐梁晉博士及清華大學研究生金鑫磊、顧棟煉、廖文杰、趙鵬舉等采用有限元軟件重現了南方澳跨港大橋的倒塌過程，為事故原因的探討提供了一些參考。

橋梁實際倒塌過程

橋梁實際倒塌過程

該橋屬于鋼拱橋，橋長140米，橋寬15米，采用耐候性高強度低合金鋼，共用1535噸鋼板，于1998年6月20日建造完成，橋齡僅21年。從視頻中可以看出，橋跨右側第六根吊桿率先失效，緊接著，吊桿一根根失效，橋梁垮塌。

數值模擬

根據此前橋梁倒塌模擬經驗（參考資料1：有限元+虛擬現實=橋梁倒塌的過程反演分析與場景再現，參考資料2：6月14日河源東江大橋垮塌事故有限元模擬及分析），采用通用有限元軟件MSC.Marc建立了該橋的三維有限元模型，以模擬此次倒塌事故，如下圖所示。

有限元模型

破壞過程對比

角度1：有限元數值模擬

角度1：實際破壞過程

角度2：有限元數值模擬

角度2：實際破壞過程

事故原因淺析

此次事故中，右數第6根吊桿在靠近拱肋處首先發生斷裂。該吊桿失效后，其他吊桿的內力進行了重分布。其他吊桿由于內力突然增大，超出其承載能力，故由跨中向兩側依次發生破壞。吊桿失效瞬間，釋放了對拱肋向下的拉力，使得拱肋向上回彈，拱腳向跨中回縮。吊桿失效后，主梁失去吊桿的彈性支承，撓度顯著增大。主梁發生的彎曲大變形使得梁端向跨中回縮，進一步加劇了拱肋向跨中的回縮。當主梁變形達到一定程度，即在跨中斷裂，使得拱肋和主梁從支座上滑落，整體坍塌。而拱肋的薄弱位置（雙叉拱肋節點）也在落梁過程中發生破壞。