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本书梳理了自工业革命以来，随着钢铁制造技术的成熟，钢铁桥梁结构形式的演变以及钢结构设计理论和方法的发展；并从技术、设计、结构和管理等方面着重对14例世界著名钢桥垮塌事故的前因后果进行了分析，结合钢桥发展历史，阐述了这些举世瞩目的事故如何推动行业的进步与发展，以及桥梁工程师和研究人员在此间做出的巨大贡献。为钢桥和钢结构设计原理课程提供案例参考，也为桥梁专业学生学习钢桥发展历史和结构分析方法提供相关指...查看更多
序
我国以铁造桥是很早的，在清朝康熙年间就有世界最早用铁链建成的悬链桥，跨径达百米。但是之后我国闭关锁国、工业发展迟缓，造桥技术长期落后于西方。
西方钢桥建造技术始于英国。1779年，英国人用铸铁建造了一座桥，之后则是用锻铁造桥。随着钢铁冶炼、轧制技术的进步，建桥广泛采用结构钢，钢桥的跨越能力越来越大。高强钢丝的制备和应用，使缆索承重桥梁——斜拉桥和悬索桥的跨度迅速突破千米。/>和圬工桥、木桥相比，钢桥有很多优点。西方发达国家钢铁产量大增时，许多钢桥便应运而生。由于对钢材性能、钢结构受力特点有一个认识过程，所以在钢桥建造过程中出了不少的问题，甚至发生了一些桥毁人亡的重大事故。
本书作者叶华文博士，论述了桥梁钢铁材料的发展历程，钢桥结构的发展历史，钢结构桥梁设计方法的发展。本书详细介绍了14个桥梁事故，除了详述这些桥梁事故的基本情况外，还就其垮塌或损伤原因进行了较为详细的分析，对一些桥的关键参数进行了分析，对部分桥梁的修复和重建进行了介绍。对于桥梁建设者来说，这都是十分宝贵的经验和教训。前车之鉴，后事之师。认真分析了解已发生的桥梁损伤和垮塌事故，对我们建好新桥和维护好正在服役的桥梁是大有裨益的。
由于我们对桥梁结构及其构件稳定性认识不足，导致很多桥梁损伤和垮塌。古时候修桥主要靠工匠的经验和判断。随着科技的进步，人们逐渐认识了桥梁的结构特点及受力特点，引入了数学力学模型，通过计算分析了解整个结构及其各个部件的受力情况。钢桥在刚出现时，主要是钢材的强度控制设计，随着冶金技术的提高，钢材的强度越来越高，很长时间各国建桥用钢大都属于Q235这一级别，现在已常用Q500或更高级别的钢材。这样一来，强度条件较易满足，于是结构及其构件朝着轻、柔的方向发展。这样，在结构设计中就必须考虑结构和构件的稳定问题。在传统的设计中，设计者都是用欧拉理论计算结构和构件的临界应力。在建桥实践中，人们发现用欧拉理论计算受压构件偏于不安全，因此采用较高的安全系数，不少资料建议取大于或等于4的安全系数；而对于承剪腹板，欧拉临界应力则偏于保守，建议取较小的安全系数。1969—1971年，5座钢箱梁垮塌事件（奥地利维也纳多瑙河第四桥、墨尔本亚拉河西门桥、英国米尔福港大桥、西德科布伦茨桥、东德措伊伦罗达桥）促使人们重新审视欧拉稳定理论。在这些研究中，英国梅里逊委员会的报告得到了较为广泛的认同。梅里逊报告认为，欧拉理论是针对理想平直构件，在理想受力条件（理想支撑和中心加载）下推演出来的。其试验支持也是用小型构件在实验室接近于理想条件下完成的。而工程实用构件尺寸大，无法达到理想的平直状态。因此在做结构稳定分析时，不能略去构件的几何初始缺陷（初曲矢度）和物理初始缺陷（主要是焊接残余应力）。对于受压构件，计算和试验都表明，有初始缺陷的实用构件，其极限承载力远低于用欧拉理论算得的屈曲荷载。而对于承剪腹板，由于有周边构件（上、下翼缘和加劲肋）的帮助，在其达到临界剪应力时，在周边构件帮助下仍可以斜向拉力承受进一步增加的剪力，这种现象称为屈曲后承载力。基于此，人们把针对工程实用构件，计及其初始缺陷的稳定计算称为第二类稳定理论，而把针对理想构件按理想边界条件计算的欧拉理论称为第一类稳定理论。
可以说，桥梁结构整体失稳或因一个构件失稳而导致桥梁整体坍塌是桥梁失事的最重要的原因之一。本书对此有详细论述，读者可从中细细分析失稳的原因和事故发展的全过程，以便汲取教益，在桥梁设计、制造、架设和管理维修中堵住每一个可能导致构件和结构失稳的漏洞。动力失稳也是桥梁坍塌的一个重要原因，例如美国的塔科马桥。由于缆索承重结构（斜拉桥和悬索桥）跨越能力大，现在越来越多的大跨桥梁都采用斜拉桥或悬索桥，它们的风致振动失稳越来越被人们重视。
桥梁结构失事的另一重要原因是疲劳断裂。人们很早就认识到钢桥疲劳断裂现象，但究其原因，则有多种看法和分析处理方法。直到20世纪70年代美国Fisher教授从一批试验得出结论，认为其内因是因为构造细节的焊接缺陷，外因是活荷载的应力幅（即最大活载应力与最小活载应力之差）。这一认识已得到全世界的普遍认可，并纳入了许多国家的桥梁设计规范。在桥梁设计、加工制造和安装过程中，要特别注意构造细节的处理，尽力避免出现会产生应力突变、应力集中的构造，合理选择焊缝设计，避免难以保证焊接质量的焊缝，尽量避免焊缝集中、交叉。对所选焊接工艺的评定，焊接质量都要慎之又慎。
钢桥通常是在工厂制造安装成一个大的节段，这样可以保证制造质量，之后运往桥址安装成桥，这大大加快了建桥速度。但是节段在制造、运输及安装过程中，经常会受到运输能力、起吊安装能力的限制，以及遇到一些意外情况，工程师们在处理这些问题时往往考虑不周、措施失当而造成重大事故。如澳大利亚墨尔本西门桥，该桥原设计为钢箱梁截面，抗扭刚度相当大，在桥梁节段吊装阶段，由于起吊能力不足，乃决定将箱梁段在纵向中心线处切开，这样分开的梁段成了开口截面，抗扭刚度极小，在起吊过程中发生了较大的扭转变形，致使两部分产生了较大高差，为消除这一高差，乃采用压重，这一错误措施不仅没有减小高差，反而使两梁段高差进一步扩大（实际上是一种变相失稳现象），同时由于压重在翼板上产生了很大的弯曲压应力（见第1章），导致上翼板压曲失稳，随之，全桥垮塌，多人死伤。这是一个很严重的事故。这说明，在桥梁建设过程中，临时处置措施不当是十分危险的。
这本书详述了历史上发生的重大钢桥事故，还罗列了2000—2014这15年内国内外发生的桥梁事故共194起，其中先天夭折达77次，自然灾害引起的有52起，人为灾害引起的有65起。除了部分自然灾害引起的事故是人力无法抗拒之外，大部分桥梁垮塌事故都与我们的认识能力、责任心等人为因素有关。认真了解前人的失误，提高我们的建桥水平，避免历史悲剧重演，是我们桥梁建设者的责任。这本著作对桥梁工程专业本科生和研究生都是大有裨益的，对所有桥梁建设者都有参考意义。

强士中
2019年10月11日

自序
我国交通基础建设正处于高速发展时期，公路通车总里程已经超过500万千米，各类桥梁突破100万座。交通系统是关乎国计民生的生命线工程，而桥梁结构是该生命线工程正常运营的关键性枢纽，其结构安全和服役性能对保障人民生活和经济发展具有重要意义。钢结构桥梁因其自重轻、力学性能优越、工业装配化程度高、综合经济效益显著、造型美观等众多优点，正在显示出无与伦比的优势和无穷的魅力。在全球范围内对环境保护日益重视的时代，在我国经济和社会结构快速转型的背景下，钢桥大有用武之地。
当我们在回顾钢桥的发展历程，展望其美好前景的同时，世界范围内的各类钢桥垮塌事故频繁发生，英国泰河桥、加拿大魁北克桥、美国塔科马桥、澳大利亚西门桥等轰然倒塌的情景至今仍历历在目，鲜活的生命瞬间消失于钢铁丛林之中，惨痛的教训让全世界的结构工程师认识到开展钢桥垮塌事故分析的重要性。
桥梁垮塌事故是一个复杂的系统性问题，涉及材料、设计、施工和运营管理，往往没有简单且显而易见的原因。世界各国陆续出版了一批有关桥梁垮塌事故的书籍,但大都侧重于传统的砌体结构和钢筋混凝土结构，或是专注于综述桥梁垮塌原因，至今尚无一本针对世界典型钢桥垮塌事故案例，系统全面论述该事故的工程背景、连续垮塌过程和原因分析的专著。我国的工程技术人员对钢结构桥梁相对陌生，缺乏设计与施工经验，国内相关的出版物不多。因此，大规模的钢桥建造和过度依赖有限元软件的倾向也同时意味着事故风险的增加。另外，著者在长期的本科生课程“钢结构设计原理”和研究生课程“钢桥”教学生涯中深刻体会到学生理解和掌握钢桥垮塌事故前因后果的必要性。桥梁垮塌事故是前人以生命为代价换来的宝贵财富，值得珍视，以史为鉴，可以明得失，可以继往开来，这正是本书写作的目的所在。
全书根据典型钢桥失效案例分为15章。第1章系统地论述了钢桥在材料、结构形式和设计方法的发展历程以及发展过程中的桥梁垮塌事故。第2～15章按桥梁事故发生的时间分别为宁堡斜拉桥、泰河桥、魁北克桥、塔科马桥、银桥、五大钢箱梁桥、塞文桥、阿摩尔桥、I-35W和I-895桥。本书力求理论联系实际，图文并茂，并注重实用性。作者的硕士和博士研究生导师强士中教授阅读全书，提出了非常中肯的意见，并为本书作序，使本书质量得到显著提高，在此感谢强老师的多年教诲和专业指导。多位学生参与了案例翻译与分析，分别为段智超（第2章）、吴传杰（第3、12章）、陈醉（第4章）、刘长孟（第5章）、王天琦（第6、9～11章）、胡劼成（第7章）、张庆（第8、14章）、王义强（第13章）、陈栋军（第15章），特向他们表示衷心感谢。对为本书出版付出辛勤劳动的西南交大出版社各位编辑表示敬意。在此还要特别感谢我的父母、妻子殷璐和儿子叶天民给我提供的巨大的精神和生活上的支持。
著者及其研究团队花费了多年的心血完成本书，但由于时间、水平及资料所限，书中难免存在不少的缺憾与不妥之处，恳请广大读者批评指正。

作者
2019年10月
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目录

1  钢桥的发展与垮塌事故 001
1.1  桥梁用钢铁材料的发展历程 002
1.2  钢桥结构形式的发展历程 006
1.3  中国钢桥的发展历程 030
1.4  钢桥设计方法的发展历程 032
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叶华文，工学博士，德国布伦瑞克大学和西南交大联合培养博士，西南交通大学土木工程学院桥梁系副教授。主要研究方向：大跨钢桥疲劳问题研究；现代桥式及桥梁结构设计理论

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