Morandi DOI: 10.6653/MoCICHE.201810_45(5).0002 Morandi Ponte Morandi Morandi Bridge A10 Polcevera Viadotto Polcevera Liguria Genova 1967 Riccardo Morandi [1,2] 1969 Some Types of Tied Bridges in Prestressed Concrete Riccardo Morandi 1969 Tied Member (A) Bridges with the Lower Ties (B) Bridges with the Upper Ties 1 2 [3] 1 2 Strut-and-Tie-Modeling 2 1 (A) Bridges with the Lower Ties 2 (B) Bridges with the Upper Ties Vol. 45, No. 5 October 2018 5
Morandi 橋崩塌事件分析報導 莫蘭迪教授設計如圖 2 的同類型橋梁 在世界上 最著名的是委內瑞拉 1962 年完工的拉斐爾 烏達內塔 的三角形橋塔單元 最大跨徑約 210 公尺 P12 則為橋 台 用以銜接附近的交流道系統 圖 4 至圖 6 將軍大橋 General Rafael Urdaneta Bridge 該大橋採 用預力鋼筋混凝土建成 全長 8,679 公尺 共有 134 個 橋墩 主橋段為多塔斜張橋 5 個主跨各長 235 公尺 當年 是拉丁美洲跨度最長的斜張橋 圖 3 本 文 莫 蘭 迪 橋 則 是 莫 蘭 迪 教 授 設 計 的 第 二 座 此類型預力混凝土斜張橋 1967 年 其橋梁長總約 1,102 公尺 P1 ~ P8 為邊橋單元 採 V 型橋墩設計 P9 ~ P11 為三塔斜張橋 採 A 型橋塔設計 橋塔基礎 設置四組 H 型鋼筋混凝土構架 與五室的預力箱型梁 剛接 Rigid Connection 橋塔則利用四組預力混凝土 斜材 PC Ties 斜拉支撐預力箱型梁 形成穩定獨立 圖 3 委內瑞拉的拉斐爾 烏達內塔將軍大橋 [4] 圖 4 義大利莫蘭迪橋的結構立面示意圖 [2] 圖 5 莫蘭迪橋 A 型橋塔結構設計圖 [5] 6 Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期
Morandi 6 A [2] A 2 P9 H A Wadi el Kuf 1972 Alberto Pumarejo 1974 Alberto Pumarejo Pumarejo 380 38.1 2019 7 7 Pumarejo Vol. 45, No. 5 October 2018 7
Morandi PTI Recommendations for Stay Cable Design, Testing & Installation Redundancy Robustness 8 A P11 P10 P11 2018 8 14 8 16 30 9 25 [11] 8 [6] 8 Vol. 45, No. 5 October 2018
義大利 Morandi 橋崩塌帶來的省思 特輯 圖 9 莫蘭迪橋施工相片 [5] 圖 10 莫蘭迪橋 P11 橋塔單元斜張鋼纜抽換與鞍座加固補強 [7] Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期 9
Morandi 橋崩塌事件分析報導 圖 11 莫蘭迪橋 P11 橋塔單元斜張鋼纜錨座加固補強 [8,9] 圖 12 莫蘭迪橋 P11 橋塔單元斜張鋼纜更換程序 [8,9] 橋梁崩塌模式拆解 ( 本節作者 林曜滄 ) 導致 Morandi 橋崩塌之原因探討 經蒐集及參考橋梁所處環境照片 技術資料 本 橋補強資料 當時橋梁設計施工技術水準 材料之發 展 及媒體報導等 綜合整理如下 外在環境因素 臨近海邊 位處工業區 極嚴重腐 蝕環境 交通輛成長 4 倍 活載重增加 金屬護欄 改成 RC 護欄 橋面附加載重增加 當時風雨交加風 雨動態載重 及例行性維修之施工荷重等 材料老劣化因素 PC 開裂滲水鋼材腐蝕 PC 乾縮 維修管理因素 檢測維修未落實 超過養護時間未 維修 維修或改善預算不足 管養人力不足等 Morandi 橋崩塌拆解 由 於 橋 梁 係 瞬 間 完 全 崩 塌 由 此 研 判 應 為 結 構 critical member 破壞所導致 而斜張橋之 critical member 主要是鋼纜 stay cable 拉力構件 橋塔 壓力構 件 或主梁 撓剪構件 由 2018/9/25 官方公布調查主 因 [11] 是預力主梁的鋼筋與鋼腱腐蝕嚴重所造成的構件 斷裂 不是直接因為一根或多根預力斜材的鋼纜腐蝕斷 潛變 非低鬆弛鋼鉸線 預力鋼腱鬆弛 反覆振動 裂所引致橋梁崩塌 而主梁內部鋼筋與預力鋼鉸線斷裂 與疲勞裂縫 達疲勞強度等 原因推估為腐蝕 靠海 工業區 混凝土保護層開裂滲 結構系統因素 贅餘度極少的斜張橋 預力斜材錨 10 圖 13 莫蘭迪橋 P10 橋塔單元塔頂鞍座加固補強 [10] 水 交通量飽和超載 疲勞等因素 碇集中於一處 主梁不連續 具外懸鉸接構造 具 莫蘭迪橋崩塌是一種連鎖式的崩塌 可由掉落的 懸吊段構造 部分構件維修困難 完工後結構性問 橋面 推估崩塌情形 由空拍照片將原橋區分為懸吊 題持續進行維修 段 懸 臂 段 A ~ D 4 區 及 柱 頭 段 其 中 懸 臂 段 Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期
義大利 Morandi 橋崩塌帶來的省思 特輯 B C 區 再 細 分 為 B1&B2 C1&C2 如 圖 14 所 扭轉掉落 它是唯一不在橋軸線上 重量轉移至另 示 崩塌後之段落區分如圖 15 所示 蒐集相關現場照 一預力斜材 驅動了橋塔的扭轉 (3) 東半部 C 區懸臂段主梁整個橋面掉下來 幾乎是沿 片整理分析如下 (1) A 區及 D 區主梁懸吊段脫離外懸鉸接伸縮縫處支承 座 直接掉落地面 如圖 15 圖 18 所示 橋軸線 另外是懸臂段折成二段 在鐵路上方有兩 層橋面疊加 下層 C2 橋面被預力斜材拉向塔側然 (2) B 區懸臂段主梁 B1 扭轉後掉落並插入地面 如圖 16 所示 這可推估是其中一個預力斜材先損壞 主梁 後掉落在軌道上 上層 C1 以橋柱支撐翻轉 180 後 橋面翻落倒置壓在上面 如圖 17 所示 圖 14 橋梁倒塌前分區示意圖 [12] 圖 15 橋梁倒塌後分區示意圖 [13] 圖 16 橋梁倒塌 B 區照片 [14] Ｃ區 主梁掉落 地面疊成二層 C1&C2 上層 梁翻轉 180 度 圖 17 橋梁倒塌Ｃ區照片 [15] Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期 11
Morandi 橋崩塌事件分析報導 圖 18 橋梁倒塌 D 區照片 [16] 崩塌事件之結構分析與探討 基本資料 ( 本節作者 宋裕祺 洪曉慧 蘇進國 吳明遠 ) 曾被視為義大利建築工藝代表作之一的莫蘭迪 莫蘭迪大橋 如圖 19 所示 為研析其結構破壞原 大橋 在相同時期相似的結構系統共計有 (1) 位於 因及其崩塌順序 本節透過橋梁設計 施工及相關補強 委 內 瑞 拉 境 內 跨 越 Maracaibo 湖 的 烏 達 內 塔 將 軍 大 資料之蒐集 結合現今橋梁分析數值模擬方法 拆解結 橋 General Rafael Urdaneta Bridge 1962 年 竣 工 構內力轉換過程 冀能提供橋梁結構分析時之參考 亦 (2) 位 於 利 比 亞 北 大 的 瓦 迪 橋 Wadi el Kuf Bridge 祈對橋梁管養及相關主管機關決策過程能有所助益 1971 年竣工 (3) 位於阿根廷雷西斯滕西亞跨越巴拉 圖 19 莫蘭迪大橋現地照片 照片來源 https://zh.wikipedia.org/wiki/ 莫蘭迪橋 12 Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期
Morandi Paraná River - Chaco- Corrientes Bridge 1973 (4) Magdalena River Pumarejo Bridge 1974 1968 [17] 43 + 5@73.2 + 75.313 + 142.655 + 207.884 + 202.50 + 65.10 = 1102.452 Pylon 9 ~ Pylon 11 200 20 36 1997 C. Gentile [18] Pylon 11 Pylon 9 [17] 21 22 A V 20 21 Vol. 45, No. 5 October 2018 13
Morandi (1) A (2) V (3) 22 (4) 1. A 45.37 44.83 90.2 2. V 40 9 7 = 63 3. 98 cm 61 cm 23 Sect. A-A 98 cm 122 cm 23 Sect. B-B 98 cm 61 cm 4 12T 8 16T A-cable 14 4T B-cable 24 A-cable B-cable 10 N/ mm 2 4. 18 4.5 40 23 temporary tie beams 25 X 26 14 Vol. 45, No. 5 October 2018
義大利 Morandi 橋崩塌帶來的省思 特輯 圖 24 預力斜材施工過程示意圖 圖片來源 http://www.retrofutur.org/retrofutur 圖 25 主梁懸臂施工示意圖 圖片來源 https://www.youtube.com/watch?v=gufas1_e9sw&t=23s 共 4 組 21T-7 mm φ 2 組 21T-7 mm φ 共 6 組 21T-7 mm φ 共 6 組 21T-7 mm φ 圖 26 原配置內置預力系統示意圖 [17] 結構分析數值模型概述 針對前節所述原始設計條件及目前蒐集既得資 訊 本節假設基本分析條件 並據以建立結構數值分 析模型 另參考橋面支撐系統及現況受力情況 配合 基本假設條件說明 (1) 數值模型以單一橋塔所組成之懸臂振動單元進行分 析 (2) 假設材料強度及分析條件 參 考 文 獻 [18] 所 述 Pylon 11 之 預 力 斜 材 修 補 置 換 索 (a) 橋塔與主梁混凝土強度 350 kgf/cm2 力 完成整體結構分析資訊 相關說明如下 (b) 橋墩與基礎混凝土強度 280 kgf/cm2 Vol. 45, No. 5 October 2018 土木水利 第四十五卷 第五期 15
Morandi (c) 7 mm 16,500 kgf/cm 2 (d) 9@5.5 m Pylon 9 27 A V 36 5 AC Superimposed loading 28 C. Gentile [18] Pylon 11 17,040 kn 23 Sect. B-B 4 12T + 8 (1) (2) A (3) V 27 Pylon 9 16T + 14 4T 2 = 464T 7 mm φ A s = 0.3848 cm 2 σ = P/ A s 9,728.5 kgf/cm 2 28 29 Pylon 11 Google map 16 Vol. 45, No. 5 October 2018
Morandi 30 30 17,040 kn 1,673 tf 418 tf 31 tf 10 N/mm 2 Pylon 9 Pylon 11 Step 3 A 3,980 tf 31 Step 1 A Step 4 1,571 tf Step 2 1,567 tf A 4,978 tf Vol. 45, No. 5 October 2018 17
Morandi 32 Step 1 13,528 tf-m 20,411 tf-m Step 2 11,059 tf-m 31,092 tf-m 1.5 32 tf-m Step 3 4 ~ 6.75 80,375 tf-m 52,231 tf-m 135,885 tf-m 2.6 33 Step 1 111.8 tf Step 2 A 302 tf 254 tf V 236 tf Step 3 V 888 tf 33 tf V 1,317 tf 368 tf V 18 Vol. 45, No. 5 October 2018
Morandi 34 Step 1 Step 2 34 Step 3 I Step 4 Case 1 I A 35 A 36 A 31 Step 5 1,571 tf 2,792 tf A 32 13,528 tf-m 20,411 tf-m 16,518 tf-m 26,102 tf-m Step 6 Case 2 A 37 V I 38 A 31 1,571 tf 5,583 tf 8,829 tf Vol. 45, No. 5 October 2018 19
Morandi 35 I 36 37 38 32 20,411 tf-m 38,304 tf-m A 1,600 tf 7,500 tf 20 Vol. 45, No. 5 October 2018
Morandi 50 Pylon 10 Pylon 11 Pylon 10 A Pylon 11 Pylon 9 1. https://en.wikipedia.org/wiki/ponte_morandi 2. https://it.wikipedia.org/wiki/viadotto_polcevera 3. Riccardo Morandi, Some Types of Tied Bridges in Pre-stressed Concrete, ACI Special Publication, Volume 23, pp. 447-466 (1969) 4. https://en.wikipedia.org/wiki/general_rafael_urdaneta_bridge 5. Riccardo Morandi, Polcevera Viaduct in Genova-Italy, Construction Reports Vol. 21, No. 200, May 1968 6. SIXXI edited by Tullia iori and Sergio PoreTTi, STRUCTURAL IN ITALY HISTORY OF ENGINEERING 4, 2011 7. C. Gentile and F. Martinez Y Cabrera, Dynamic Investigation of a Repaired Cable-Stayed Bridge, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 26, pp. 41-59 (1997) 8. F. Martinez Y Cabrera, G. Camomilla, M. Donferri Mitelli and F. Pisani, Rehabilitation of the Stays of the Polcevera Viaduct, 1994 International Symposium of Cable-Stayed Bridges, Shanghai, China, pp. 640-665 (1994) 9. Gabriele Camomilla, Francesco Pisani, F. Martinez y Cabrera and Agostino Marioni, Repair of the stay cables of the Polcevera Viaduct in Genova, Italy, IABSE Reports No. 73, Vol. 1, pp. 535-540, Extending the Lifespan of Structures, IABSE Symposium, San Francisco, August 1995 10. http://www.retrofutur.org/retrofutur/app/main?docid=1000115890& blobindex=image_med1 11. The Report on the Collapse of the Genoa Bridge (14 September 2018), The Inspection Commission, Ministry of Infrastructures and Transport, Italy http://www.mit.gov.it/comunicazione/news/ponte-crollo-pontemorandi-commissione-ispettiva-genova/ponte-morandi-online-la 12. Google Map 13. https://dmpublisher.s3.us-west-2.amazonaws.com/2018/ August/16/7/2b6271f4-cff2-4247-b6e9c2e2271fc772-original 14. https://www.google.com.tw/search?q=morandi+bridge&tbm=isch&tbs =rimg:crtwaixnzqabijifm4ikpwkzctwfz11ykxmnmj2fnddykv RD6 FCK9G9EW54sDt8rzE8kvUEsF_199eIs2Kz_1Ls3oQ4CoSCZbi IqlaRkKEfii6GHdAaLxKhIJ3B_1PXViTEycR2aWXTacN0l4qEgkyP YU10PKS9BG-6yg2LbwALioSCUPoUIr0b0RbERF8CGbjFuVeKhI- JniwO3yvMTyQR GLT4dyMohC0qEgm9QSwX_1314ixE2RDeTy4kj CoSCTYrP8uzehDgER1ylyu6Oj2V&tbo=u&sa=X&ved=2ahUKE wi N2q2q9JHeAhWbdd4KHQ1YC3kQ9C96BAgBEBs&biw=1920&bi h=933&dpr=1#imgrc=zun_u_xzvle4km:&spf=1539931616684(ep A photo) 15. http://www.meteoweb.eu/2018/08/crollo-ponte-morandigenovaautostrade-italia/1137544/ 16. https://www.neweurope.eu/article/italians-wonder-whom-to-blameformorandi-bridge-collapse/ 17. Riccardo Morandi, viaducto sobre el Poleevera en Genova-Itatia, Informes de la Construcción Vol. 21, nº 200 Mayo de 1968. 18. C. Gentile and F. Martinez Y Cabrera, Dynamic Investigation of A Repaired Cable-stayed Bridge, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 26, pp. 41-59, 1997. 19. https://www.newcivilengineer.com/latest/revealed-collapseditaly-bridge-construction-photos-and-designs/10034288.article? blocktitle=news-feed&contentid=13612 20. http://www.retrofutur.org/retrofutur/app/main?docid= 10001160 30 21. https://www.youtube.com/watch?v=gufas1_e9sw&t=23s 22. Camomilla, Martinez y Cabrera, Pisani and Marioni, Repair of the Stay Cables of the Polcevera Viaduct in Genova, Italy, IABSE Symposium 1995. 23. Pier Giorgio Malerba, Inspecting and repairing old bridges: experiences and lessons, Structure and Infrastructure Engineering, Vol. 10, No. 4, pp. 443-470. 24. Walter Podolny, Concrete Cable-stayed Bridges, Federal Highway Administration. 25. Riccardo Morandi, Some types of Tied Bridges in Prestressed Concrete, First International Symposium, ACI Publication SP-23. 26. Riccardo Morandi, The long-term behavior of viaducts subjected to heavy traffic and situated in an aggressive environment the viaduct on the Polcevera in Genoa, IABSE reports, 032 (1979). Vol. 45, No. 5 October 2018 21