“大咖揭秘”又双叒回归啦！

“大咖揭秘”走过三季，从第一季的科普交通科学知识，到第二季的低碳出行理念，再到第三季的智慧交通感知，每一次的“大咖揭秘”都为我们打开了交通的新世界，受到广大市民朋友、尤其是青少年的欢迎。

第四季，我们将目光转向城市与自然交织的重要纽带——桥梁，聚焦大众日常生活中对桥梁的观察和疑问，邀请业内大咖，以独特的科普视角和深入浅出的专业解读为大家揭开桥梁建造背后的奥秘。

本期是大咖揭秘第四季总第十期，主题为《不倒之桥是怎样“炼”成的？》，揭秘嘉宾为同济大学教授、土木工程学院桥梁工程系孙利民老师。让我们一起看看专业大咖是如何解答的吧！

1. 电影《长津湖之水门桥》里，志愿军战士前赴后继三炸水门桥给观众留下了深刻印象。为什么让一座桥梁倒下这么难呢？

2. 既然桥梁如此坚固，为什么日常生活中还是会听到桥梁倒塌的新闻呢？如果是很重的大货车通过，会把桥压塌吗？

3. 现在有好多特别长的桥，比如港珠澳大桥，桥是不是越长越容易坍塌呢？

4. 桥梁是不是越新的越坚固？它们最终都会坍塌吗？怎么知道桥的寿命呢？

5. 桥梁倒塌前有没有预兆，怎么知道桥梁是否安全呢？

电影《长津湖之水门桥》里，志愿军战士前赴后继三炸水门桥给观众留下了深刻印象。为什么让一座桥梁倒下这么难呢？

在电影《长津湖之水门桥》里，我们看到了志愿军战士们尝试炸毁一座大桥的场景。这个场景十分震撼，但也让我们好奇：为什么把一座桥炸掉这么难呢？

其实，这跟桥梁的设计和建造有很大的关系。

想象一下，桥梁就像是一个巨大的拼图，每一块都非常重要。工程师们在设计桥梁时，就像是在玩一个非常复杂的建筑游戏。他们要使用特别坚硬的材料，比如钢铁和混凝土，这些材料能承受很重的重量。

桥梁还有很多不同的设计，比如有的是吊桥，有的是拱桥。这些设计不仅要让桥看起来美观，更重要的是要让桥更加坚固和安全。吊桥用很多钢缆支撑，就像大网一样抓住桥面，而拱桥的弯曲形状可以很好地分散重力，这样桥就不容易断。

建造桥梁的时候，工程师们会用很多精确的计算确保桥梁既坚固又安全。他们会考虑到很多可能会发生的事情，比如大风、地震、车辆荷载和冲击，以及战争时可能遭遇的武器攻击。这些都是为了确保无论发生什么，桥都能安全地站立着。

除此之外，对于桥梁设计，由于工程师们对建桥材料和自然规律的认识还有局限性，因此通常都会偏保守地采用大量的混凝土和钢筋，以保证桥梁都够承受外部荷载的作用，这在另一方面，也增强了桥梁的抗炸能力。

桥梁被炸毁画面

既然桥梁如此坚固，为什么日常生活中还是会听到桥梁倒塌的新闻呢？如果是很重的大货车通过，会把桥压塌吗？

一般情况下，桥梁工程师在设计桥梁时遵循严格的工程规范，这些规范基于长期的工程实践和理论研究。

设计中会考虑到所需承载的最大荷载，通常还会加入一定的安全冗余度。冗余度是设计上的一种安全预留，确保桥梁在实际荷载略超设计荷载时仍能保持结构安全。

然而，这并不意味着桥梁就不容易发生倒塌。如果实际使用中的荷载频繁超过设计荷载，特别是重载车辆超载的情况，即使有冗余度，桥梁的结构完整性也可能受到影响。

当很重的大货车通过桥梁时，即使没有超过桥梁工程师设计的安全预留，桥梁的结构也会受到一定程度的影响，但不会立马倒塌。如果大货车过重，或者没有严格按照规定的方式行驶（比如说对于特定的桥梁，重型大货车需要行驶在道路中间），就会使桥梁发生倾覆。

为此，桥梁的维护部门定期对桥梁进行检查和维护，及时发现并修复裂缝、腐蚀等损伤，以更好地保证桥梁的安全。

更重要的是，我们需要认识到，尽管工程师们已经采取了各种措施来确保桥梁的安全性和稳定性，但桥梁的安全仍然需要我们每一个人的共同努力来维护。社会公众，尤其是驾驶重型车辆的司机，需要提高对超重问题的认识。超载不仅违反了交通规则，而且对桥梁安全、乃至生命安全构成了严重威胁。

超载导致的桥梁恶性垮塌事故

现在有好多特别长的桥，比如港珠澳大桥，桥是不是越长越容易坍塌呢？

实际上，当我们谈论桥梁的长度时，需要明确一个概念：总长很长的桥和主跨很长的桥是有所区别的。

对于总长很长的桥梁，例如某些高架桥，虽然其整体长度显著，但每跨的跨径通常较小，这意味着它们的工程规模和投资虽然大，但设计和建设难度相对较小。这类桥梁的稳定性与安全性更多依赖于其整体设计、建造质量以及维护状况。

然而，当涉及到主跨很长的桥梁，如悬索桥时，情况则大为不同。这些桥梁的单个跨径很大，我们通常称其为大跨径桥梁，需要高级的工程技术和复杂的设计策略来确保其安全和稳定性。由于主跨的特殊性，这类桥梁一旦发生垮塌，修复的难度将会非常大。

因此，尽管桥梁的总长并不是决定其性能的唯一因素，但主跨的长度和复杂度确实对桥梁的整体安全性和稳定性有着重要影响。

大跨径桥梁的设计是一门艺术，也是一种科学。工程师们会采用悬索桥或斜拉桥等结构，这些设计利用了力学原理来分散荷载，增强桥梁的稳定性。悬索桥通过主缆和吊杆将荷载传递到坚实的桥塔和锚固点，而斜拉桥则通过斜拉索直接将荷载传递到桥塔。这些设计不仅提高了桥梁的承载能力，还增强了其对极端环境因素如风和地震的抵抗能力。

在材料的选择上，大跨径桥梁的建造采用了高强度的钢材和混凝土。这些材料经过精心挑选和测试，以确保它们能够承受长期的自然和人为荷载。

长桥在设计时还会考虑到它将要面对的环境。比如，在沿海地区建造的桥梁需要考虑盐雾腐蚀的影响，可能会采用特别的防腐涂层或耐腐蚀的材料。

因此，大跨径桥梁的安全并不比短桥差，关键在于科学严谨的设计、选用合适的材料、精确的施工以及有效的维护策略。通过这些措施，即使是世界上最长的桥梁也能安全可靠地服务于我们的日常通行。

中国桥梁建设蓬勃发展

桥梁是不是越新的越坚固？它们最终都会坍塌吗？怎么知道桥的寿命呢？

当我们谈论桥梁是否坚固时，并不只是看桥梁是新是旧。一个桥的强度取决于很多因素，例如它是怎么设计的，用了什么材料建造，建造得是否精确，以及后来是怎么被照顾和维护的。

新桥通常使用最新的技术和材料，这可以使桥更强更安全。但这并不意味着所有新桥都比旧桥更坚固。如果旧桥得到很好的保养和必要的维修，它们也可以很安全地使用很多年。

关于桥梁会不会最终坍塌的问题，这主要看桥梁是如何被维护的。桥梁在设计时有一个预期的设计使用寿命，可能是50年、100年或更久。但如果我们定期检查桥梁，及时修复任何损伤，就可以大大延长桥梁的使用寿命，而且可能一直都不会坍塌。

要了解一个桥的寿命，首先我们要了解到它的设计使用寿命是多少。在桥梁建成投入使用过程中，可以通过定期检查及时了解桥梁的状态，就像我们去医生那里做身体健康检查一样。专家会检查桥梁的每个部分，对其状态和剩余使用年限进行评估并做出是否需要维修的决策。这样，我们不仅可以知道桥梁现在的状态，还可以预测它未来的情况，确保它安全可靠地服务于大家。

所以，虽然桥梁终将老化，但通过好的设计、材料、建造和维护，我们可以使桥梁安全地使用很多很多年。

桥梁定期检查和维护

桥梁倒塌前有没有预兆，如何知道桥梁是否安全呢？

当我们想了解桥梁是否安全，其实有点像医生给人做健康检查。桥梁也会出现一些“症状”，提示我们它可能有问题。如果我们没有及时妥当地处理这些“病症”，就会导致倒塌事故的发生。

（1）结构裂缝

桥梁上的裂缝是一种常见的警告信号。这些裂缝可能因为桥梁承受的重量太大、材料变老或设计上的问题而出现。通过观察裂缝的大小和它们如何变化，工程师可以了解桥梁的“健康”状态。

（2）明显的变形

如果桥梁像橡皮筋被拉得太长开始变形，这是另一个明显的问题信号。这种变形可能是因为桥梁的地基不稳定或者桥梁本身结构有问题。一旦发现桥梁出现弯曲或下沉，就需要专家来做进一步的“体检”。

正如医生使用各种仪器来检查人体内部情况一样，工程师也使用现代科技手段来检查桥梁。例如，借助近年发展起来的桥梁结构健康监测技术，为桥梁安装应变计（感应桥梁上的压力）和加速度计（检测桥梁的移动和震动）来监控桥梁的表现。这些设备帮助我们实时了解桥梁的健康状况，确保我们可以及时发现并解决问题。

通过这样的监测和定期检查，我们可以保持桥梁的健康，确保每天安全地承载成千上万的车辆和行人。这就像定期去医院进行健康体检一样重要，帮助我们避免严重的安全问题，满足日常通行需求。

桥梁智能健康监测系统

揭秘嘉宾 孙利民

孙利民，男，同济大学教授，兼任国际桥梁及结构工程协会（IABSE）副主席，中国土木工程学会桥梁及结构工程分会副理事长等重要社会职务。教育部长江学者特聘教授，2006年享受国务院政府特殊津贴。长期从事桥梁与结构工程的科研与教学工作，主要研究方向为桥梁结构振动控制与健康监测、桥梁结构抗震与结构动力反应分析。

主持完成了科技部重点研发计划课题、国家科技支撑项目、自然科学基金重大研究计划课题、863计划等重大科研项目。研究成果推动了大数据方法在桥梁健康监测领域中的应用，为重大桥梁工程拉索减振及抗震设计提供了技术支持。近年发表期刊论文200多篇（SCI论文119篇）；编写专著3部，译著1部，大会特邀报告40余次。获中国公路学会科学技术二等奖（排名1）、中国振动工程学会科学技术二等奖（排名2）、上海市土木工程学会科技进步一等奖（排名1）、广西科学技术进步二等奖（排名2）和日本土木工程学会国际活动协力奖等奖项，2023年获评全国归侨归眷先进个人。

嘉宾 | 孙利民

策划 | 操金鑫   黄世泽

排版 | 李岳琪   张    毅

审核 | 郝伟伟   黄    斐

指导单位：

上海市公路学会

同济大学土木工程学院

同济大学交通运输工程学院

同济大学交通运输工程实践工作站