【Yahoo論壇/戴發奎】南方澳跨港大橋的美麗與哀愁

圖片來源:中央社
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南方澳港這個地方的外在環境條件,集所有橋梁設計者擔心於一身,台灣第一強震區、颱風首當其衝地點及位於海岸帶海風經年累月送上的鹽分。無論任何形式的橋樑放在這裡,使用壽命都會相對其他地區減少,除非密集且專業的檢測及維護。

南方澳跨港大橋正式名稱為「提籃式拱橋」,它就像早期人們所使用的竹提籃,提籃把手的兩端呈Y字連接到籃身,這是一種頭輕腳重穩定的結構。

橋梁崩塌後,有人說南方澳跨港大橋為追求亞洲第一,採用了不穩定橋梁型式。這是對橋梁的一知半解,橋梁不比房屋建築,房屋建築由許多樑柱構成,分為主要及次要桿件,次要桿件損壞了並不會影響整個結構物安全,就算是主要桿件的樑或柱破壞,房屋也不一定就會倒塌,這在專有名詞上稱為「靜不定結構」,而橋梁是屬於另一種結構型式「靜定結構」,橋梁的每個構件都是主要桿件,任何一處損壞就是全面損壞,無關乎什麼型式的橋樑。

到目前為止各網路報導、電視訪問的所有結構及橋梁專家對南方澳大橋事件評論,雖都各有不同論點,卻都是對的,都是此橋梁損壞的真正原因,其中又以親民黨委員李鴻鈞說的最好。眾說原因不外是沒有限制重車行駛(載運消波塊)、鋼索鏽蝕、鋼索錨頭鏽蝕、鋼索連結上拱處開孔造成鹽分堆積造成鏽蝕加速、檢測不確實以及中國大陸橋梁專家用有限元素模擬得出的塑角現象等等。為何會說每個人說的都對?因為都只各帶到一部份原因,所以都是對的。

以汽車為例,我們都知道法拉利很名貴,除了品牌價值外,裡頭為特別性能所增設的零件也比一般國民汽車多很多,複雜且彼此環環相扣,於是保養維修法拉利就非一般保養廠能力所及,南方澳跨港大橋就是橋梁裡的法拉利,不能以檢測一般橋梁的方式進行。

檢測一般混凝土橋樑可以目視看出八九成問題,檢測南方澳跨港大橋就一定需要懂的該橋設計的人來做,在汽車行業叫做原廠檢測維修,基於政府採購法,保障人人機會均等無可厚非,然而如法拉利交由非原廠人員來檢測不是不可以,至少也要拿到法拉利的機械及保養手冊,否則就只能做類似檢查胎壓胎紋等表面工作。汽車的保養手冊對南方澳跨港大橋來說就是細部設計圖,就算拿的到設計圖也還要看的懂才行,需要充分了解那些地方式是檢測重點。

因為南方澳跨港大橋地處台灣第一強震區(建築技術規則明文),在基礎設計上就必須慎重考慮,為減低地震來時橋的上部結構(鋼拱及鋼橋面板)傳遞給橋墩的橫向水平力,這座橋的鋼支承(連結上部與橋墩的裝置)就採用半固定式裝置,亦可稱作半活動式,也就是讓橋梁在受到地震力時上部結構能自由移動,倘若地震過大,上部結構移動量超過設計位移,此時就會讓鋼支承去承受剩餘的地震力,所以鋼支承是這座橋的檢測的重點之一。

這座橋的鋼支承有抗上揚力設計,也就是不讓橋面板翹起來,在水平半固定式與抗垂直力的三維考慮設計下,不會產生如中國大陸學者所模擬的橋面板因為懸吊的鋼索斷裂而在橋面板中央產生向下塑角作用,除非就像前面所說的鋼支承的檢測及保養被忽略,或是連結鋼橋面板與鋼支承的焊道鏽蝕,使得鋼支承沒有發揮到應有的功能。

另外關於上拱在鋼索連接點開孔造成鹽分堆積進而加速鋼材腐蝕的問題,我是這麼認為,開孔是一定要的,否則鋼索如何伸進橋拱裡進行錨定,開孔大小則是另一個層面討論,除非全面設計成封閉式,如同包在混凝土裡的鋼筋才能萬保沒有鹽分問題。設計南方澳跨港大橋這樣的橋樑,工程師一定不會忽略海風鹽分的侵蝕。我曾發表過一篇關於台北市大巨蛋鋼結構的文章,裡頭有完整鋼鈑如何防鏽蝕的分析,不外傳統油漆、不鏽鋼鈑、陰極防蝕、鍍鋅以及使用耐候性高的鋼材。

南方澳跨港大橋是以耐候性鋼材加上油漆做鋼鈑防鏽蝕雙重保護,在南方澳這樣強風不斷的環境中,油漆的保固期會比其它地方短很多,所以檢測頻率不能以台灣公路橋梁的標準四五年才做一次,我的建議是一年一次。往往當目視到油漆斑駁時,鋼材就已經沒受到油漆保護的面對鏽蝕攻擊許久。

鋼鈑相互結合的焊道是檢測一座鋼橋的重中之重,鋼鈑雖採用耐候性鋼材,但焊接部位在經過高溫與焊材金屬粉末融合後,一輪化學反應,就已失去原來的耐候性質,所以檢測焊接部位的油漆完好與否特別的重要,在油漆剝落後,焊道就像人的皮膚失去表皮層那樣脆弱,加上鋼材在焊接時產生的應力集中,橋梁的破壞點大多會發生在這裡。

南方澳跨港大橋的橋面板箱型鋼梁一定會設有人孔,人孔的作用是讓檢測人員可以爬進入到裡頭檢測內部鋼鈑及焊道狀況,鋼拱部分也會有爬梯設計,方便人員到拱頂檢查,這就是為什麼檢測人員一定要有設計圖的關係。

有吊索的鋼拱橋還有一個檢測重點,這是其它RC(混凝土)、PC(預力混凝土)、鋼箱型橋梁所非必要做的項目,那就是橋面板的拱度檢測。吊索拱橋在吊索還未發揮作用前,橋面板會設計預拱度,當吊索連結完成,拆除橋面板底下支撐後,橋面板重量就正式經由鋼索傳遞給鋼拱,此時橋面板經過平衡後的拱度就是設計者所設定的拱度,一般會訂在0或0mm以上。檢測橋面板拱度的變化與原設計拱度做比對,可做為吊索及錨定裝置是否產生異常的重要參考依據。

南方澳跨港大橋共計有13條鋼索,中間位置那條鋼索會承受最大力量。台灣橋梁的活載重設計標準都是採美國AASHTO道路橋梁設計規範,AASHTO的活載重分為均布及集中載重兩種,其中控制吊索橋中間那條鋼索的載重是集中載重這種模式,以AASHTO裡的活載重最高等級HS20-44集中載重設計,等同將一輛36噸重的3輪卡車放在橋中間位置,考慮衝擊荷重會再加乘1.4倍,約是50.4噸(設計者會再加入如風力、地震力等其它安全係數進去)。

橋梁的活載重設計,不是橋有多長就以滿布36噸重卡車去設計,橋梁不會這樣去設計,然而如果放任不去管制,事實上卻有可能發生。據當地人供稱為修築防坡堤,業者長期使用南方澳跨港大橋來輸運消波塊,消波塊重量從5噸到50噸不等,倘若載的是50噸消波塊,加上卡車本身的重量,一輛載著50噸消波塊卡車上橋就已經超過設計活載重,如果同時間不只有一輛在橋上,鋼橋梁長時間反覆的處於設計載重上限及零載重之間,這叫做Fatigue(疲勞),天底下沒有哪種鋼橋梁或橋梁用鋼材經得起這樣摧殘,以上是基於當地人所說是屬實的話觀點。

有一件事到現在我還沒弄明白,或許就是這整件事的關鍵所在,上拱裡的錨定裝置在大保養時,是否有如外表那樣重新噴上油漆保護。

前事不忘,後事之師。我總結南方澳跨港大橋得到的啟示,1.橋樑檢測請交給有十年以上相關設計經驗的個人或單位,2.政府應設立一個專責單位來保存所有公共工程設計圖說,凡所有不同部門單位管轄下的公共工程,在工程竣工後都必須給這個單位一份設計圖、結構計算書及施工規範附本。3.針對不同型式的橋樑訂出個別檢驗項目、方法與頻率。4.嚴格管制重車行駛橋梁。

最後在此悼念因為南方澳跨港大橋事件而失去生命的六位漁工

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