桥失败的最常见的原因是什么,我们和他们是直观的认为吗?肖恩·布雷迪的佛罗里达国际大学崩溃作为起点试图理解为什么桥基础设施有时会失败
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3月15日,2018,我们看到了令人震惊的崩溃在佛罗里达国际大学的一座人行天桥(事业单位)。六个人丧生,调查已经开始,我们已经见过很多猜测可能的原因。

现在我不想再增加这种猜测,我不会提供任何意见在这篇文章中,我在等待官方的调查报告,无疑将在未来几个月出现。

但这确实说崩溃——肯定比其他最近的失败——已经引起大众共鸣。有一个残酷的讽刺在坍塌的桥梁和杀人,当它最初旨在让人们过马路时的安全。

所以在本文中,我想问(希望回答)一般问题的桥梁倒塌的原因。失败的最常见原因是什么?它们和我们想象的一样直观吗?
我想利用这个FIU崩溃作为出发点,试图理解为什么桥接基础设施有时可能使我们失败。

桥在美国失败


那么我们从哪里开始呢??

嗯,我们可以看很多研究,但我想集中精力研究2003年发表的一项研究沃德哈纳和哈迪里奥诺.(随着研究的深入,我们还将讨论更多的最新研究,但后来的很多研究得出类似的结论。

现在这项研究调查的原因失败在美国1989年和2000年之间的桥梁。研究人员发现,在此期间,总共有503座桥梁失事,造成76人死亡,161人受伤。

这个术语的意思是什么?失败??

好,失败的作者的定义是:一座桥的无能,或其组成部分,按照设计和施工要求执行。这个定义包括完全倒塌的桥梁,部分倒塌,以及那些不良,例如,表现出过度的变形。当研究人员开始关注这些数据,他们发现了一些有趣的结果。

该图(右下)显示了故障数量最多的10个州。(实际上有11个州,因为密西西比州和密苏里州并列第九。)

一些州的失败次数比其他州高得多,特别是爱荷华州和纽约。事实上,除了纽约,爱荷华州有超过两倍的失败和其他州。

为什么会这样??

一个潜在的原因,可能会跳转到思想是:纽约和爱荷华州更多的桥梁?虽然这看起来是一个合理的解释,作者排除了这种可能性。在研究时,爱荷华州与密苏里州有相似数量的桥梁,和纽约明尼苏达州有同样数量的桥梁。但尽管有这些类似的数字,实际失效的桥的数量有显著差异。(事实证明,马里兰州的失败率相对于桥梁总数是最高的。)

先去纽约,该研究的作者指出,纽约是一个大州,因此,比起中西部各州,它更有可能拥有更古老、因此更脆弱的桥梁。(在纽约州64座桥梁中,其中25例年龄在50岁以上。

作者给的另一个原因是,该研究的主要来源之一是一个数据库开发和管理的纽约运输部。这个数据库记录了全国各地桥梁故障的细节——不仅仅是纽约州。

作者推测,我想得很对,纽约州是更勤于提供信息到数据库——毕竟,那是他们的数据库。因此,纽约未必比其他州有更高的失败率,但是记录这些故障的发生率可能更高。

检查大量的失败从爱荷华州告诉另一个故事,然而,并帮助理解,下图显示了每年发生的故障的数量。你可以看到,1993年的失败率明显上升,几乎其他任何一年的两倍。

1993年密西西比河和密苏里河及其支流泛滥,淹没了许多州,包括伊利诺斯堪萨斯明尼苏达密苏里和爱荷华州。

洪水破坏了基础设施,在1993年发生的112起桥梁故障中,其中75人因洪水而死亡。因此,爱荷华州的失败高峰在很大程度上可能是这一极端事件的结果,而不是全面反映爱荷华州的基础设施。(但这并不能完全解释明尼苏达州和密苏里州——也受洪水影响——的失败率要低得多。)

还有许多其他有趣的统计数据来自这项研究。

在503次故障中,在桥梁的使用寿命中,总共发生386次,与施工阶段相反。施工中仅发生8次故障。在失败前的服务年限方面,最年轻的桥失败只是一岁,最年长的超过150岁平均失效到达时间是52.5年。只有两个503座桥梁的人行桥。50%以上的桥梁是钢/梁或钢桁架。

当涉及到这些失败的后果时(与引发的原因相反),部分崩溃是最可能的结果,与80年发生在数据集。有12例全面崩溃和17例桥经历痛苦。但是,有277个病例,没有足够的数据来确定故障是否已经完全崩溃,部分坍塌,或者痛苦。

现在,作者们确实说,虽然通常可以从现有的数据中容易地解释失败的原因,不完整数据的问题在确定后果方面是一个真正的挑战。此外,更复杂的信息,比如人类和程序这些失败的原因,基本上不存在。没有这种数据,要真正从失败中学习是非常困难的。

事实上,作者发现,只有13%的失败在他们的数据集在工程讨论了新闻媒体。作为一个工程专业人士,我们怎么能从失败中学习呢??

技术故障原因


的主要罪魁祸首的因果关系是什么??

在某些情况下,多种原因导致失败,但是作者主要集中在事业失败的桥。而且,主要原因,他们发现,设计和施工错误造成的故障很少——仅2.6%和0.6%,分别地。

而导致故障的首要原因是液压,洪水和洪水等相关碎片罢工——总共有53%的失败归因于液压操作。但是我们需要小心一点,因为作者相信“洪水”一词似乎也与冲刷——或者至少是可互换的。

如果你不熟悉冲刷,它是河岸或河床(或海床)被水流冲刷,这破坏了桥梁的基础。因此,53%的水力原因包括冲刷失效,冲刷长期以来被认为是导致桥梁破坏的一个重要原因——它是马拉海德高架桥坍塌的主要原因。

稍后的研究库克和巴尔,根据纽约州的桥梁,还确定冲刷是失败的主要原因,但是,令人担忧的是,调查发现,57%的因冲刷而倒塌的桥梁被给予冲刷脆弱性评级,表明它们是稳定的。

从液压操作的第二高的原因失败让我们碰撞。这些故障占故障总数的11.7%,显著低于液压原因。碰撞与车辆撞击建筑物有关。在这个数据中,桥梁是由14个影响卡车,三列火车,10艘船和驳船,有32个碰撞原因仍然未知。

稍后的研究CookBarr和哈林,其中包括9座人行天桥失事,发现8起事故是由于碰撞造成的——第九起事故是由于施工中缺少横向支撑。

第三个主要的失效原因是超载。总共8.8%的失败是由于桥梁受制于重负荷比打算携带。有两个人行桥在这项研究中,由于重载,均以失败而告终。

重载失败的一个有趣的方面,突出显示库克和巴尔,是由于过载而导致数据集中7个桥失效,六是负载限制在低于法定上限。(进一步,这七座桥中有五座在倒塌前被归类为结构缺陷。

作者得出结论,超载失效与限载桥梁之间存在一定的关系。虽然这听起来很明显,我拿走这些重载失败的教训也许是急剧减少的问题超载的车辆,而是一个问题与兵力不足的桥梁。

最引人注目的是液压系统,碰撞,过载故障占故障总数的73.4%。绝大多数故障是由作者所称的外部事件引起的。桥梁受到条件他们无法应付。随后的研究将得出类似的结论——每种病因的百分比可能会跳跃一点,但是失败的主要原因趋向于保持不变。

恶化


虽然上图显示了其他原因,比如地震和火灾,最后,我想讨论第四个最常见的失败原因:恶化(例如,结构的腐蚀;占8.6%的失败。

但是,再一次,我们需要对这个百分比稍加小心,因为它不能完全说明整个情况。它似乎表明,恶化问题只占失败的8.6%。但这是针对那些恶化是主要原因的失败。结果还表明,恶化似乎对促进其他主要失败原因作出了重大贡献。

换句话说,恶化削弱了桥梁,从而使其他的主要原因,例如,冲刷,失败了。库克和巴尔研究发表在2017年,检查桥失败在纽约州1992年和2014年之间。在他们的数据集中,共有98座桥梁倒塌,其中45座被分类为结构缺陷,虽然53被划分为非结构性缺陷。

因此,大量结构缺陷和非结构缺陷的桥梁倒塌。但是,当你将这些数字与存在2,012个结构缺陷的桥梁和15个,在当时的状态下,448座非结构缺陷桥梁,我们看到,结构缺陷桥梁失败的可能性要高得多。

换句话说,这些数字告诉我们,网络中结构缺陷的桥越多,我们越有可能看到桥梁倒塌。这一点,当然,看起来直观地正确。

现在请稍等片刻。

考虑一下2017基础设施的报告卡614年确定的,2016年美国有387座桥梁,总共56人,007例(9.1%)被认为是结构缺陷——尽管这个比例低于2007年的12%以上。用人的话说,有,平均而言,1.88亿次桥跨结构缺陷发生在美国的每一天。

关闭


所有这一切意味着什么呢??

所有这些研究都告诉我们,桥梁的失效可以而且确实会发生,它们很可能继续发生。一个2015年的研究估计美国的年平均故障率桥是每年128失败,与许多失败会报道。

因此,尽管我们在佛罗里达崩溃,等待结果它提醒我们,这些基础设施片段,我们很多人都认为它很可靠,所以永久,可以是相当脆弱的。

只有通过理解为什么失败发生,我们希望能够更好地管理这个漏洞。

以上所有图表都是从沃德哈纳和哈迪里奥诺研究
这篇文章在3月22日首次作为博客发表,2018,肖恩·布雷迪的LinkedIn
肖恩·布雷迪是布雷迪·海伍德(Brady Heywood)的总经理。www.bradyheywood.com.au)总部设在布里斯班,澳大利亚。该公司提供法医和调查性结构工程服务,并专门确定工程失败和不履行的原因。@BradyHeywood

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3月15日,2018,我们看到了令人震惊的崩溃在佛罗里达国际大学的一座人行天桥(事业单位)。六个人丧生,调查已经开始,我们已经看到很多关于可能原因的猜测。现在我不想再增加这种猜测,还有…