66辆重卡高速冲撞大理重点大桥

巴尔的摩大桥没有机会。

Amanda Bao，罗彻斯特理工学院

客座作者

图片来源：Sam Wiseman/Shutterstock.com

2024 年 3 月 26 日星期二清晨，货船 Dali 撞倒了弗朗西斯斯科特基大桥上的三个主桁架跨度，这些桁架由连接的钢构件形成三角形。

桥梁垮塌发生得如此之快，以至于桥上的工作人员几乎没有时间逃生。像我这样的土木工程师一直在关注这场灾难，因为我们希望找到方法使这些大型桥梁等基础设施更具弹性。对于这么大的桥梁来说，要倒塌需要灾难性的碰撞力。但利用一些基本的物理原理，我们实际上可以大致估计出该力的大小。

冲量动量定理

您可以使用称为冲量动量定理的基本物理原理来计算 Dali 碰撞力的大小。

该定理直接源自牛顿第二定律，该定律指出力等于质量乘以加速度。冲量动量定理将时间添加到该方程的两边，告诉您力乘以时间等于质量乘以施加力时的速度变化。

F*Δt=m*Δv。

要计算 Dali 碰撞的冲量动量理论，请将其碰撞力乘以碰撞持续时间，并将其等于 Dali 的质量乘以碰撞前后速度的变化。所以，大理的碰撞力与它的质量、碰撞持续的时间以及碰撞后减速的程度有关。

大理车祸的数字

大理号满载时重 257,612,358 磅或 116,851 公吨。碰撞前，它的行驶速度为每小时 10 英里，即每小时 16.1 公里；撞上桥墩后，大理的速度减至每小时7.8英里，即每小时12.6公里。

另一个重要参数是碰撞时间，是指碰撞过程中船舶接触桥梁的时间，导致大理突然减速。

目前还没有人知道确切的碰撞时间，但根据达利的航行数据记录仪和马里兰州交通管理局警方日志，总碰撞时间不到四秒。

对于在高速公路上发生碰撞的汽车来说，碰撞时间通常只有半秒到一秒。大理的碰撞看起来与车辆在桥墩上的碰撞相似，因此使用相似的碰撞持续时间来估计碰撞力是有意义的。

大理的碰撞力

通过这些估计和冲量动量理论，您可以很好地了解达利的碰撞力可能是多少。

Dali 的碰撞力是通过将 Dali 的质量乘以碰撞前后 Dali 的速度变化，然后除以碰撞持续时间来计算的。如果假设碰撞时间仅为一秒，则碰撞力为 26,422,562 磅。

257,612,358 磅/（32.2 英尺/秒²）*（14.7 英尺/秒 - 11.4 英尺/秒u2061）/ 1 秒=26,422,562 磅。

作为参考，美国国家公路和运输官员协会规定，卡车事故对公路桥墩的碰撞力约为 400,000 磅。

话虽如此，“达利号”货轮在巴尔的摩钥匙桥桥墩上的碰撞力相当于66辆重型卡车以每小时60英里（97公里/小时）的速度行驶同时撞击桥墩的情况。这个幅度远远超出了桥墩所能承受的力。

虽然设计一座能够承受这种程度的碰撞力的超坚固桥梁在技术上是可以实现的，但这样做会大大增加桥梁的成本。土木工程师正在研究减少直接施加在桥墩上的力的不同方法，例如在桥墩周围使用吸能保护屏障来消散冲击。这些解决方案可以防止未来发生类似的灾难。

Amanda Bao，罗切斯特理工学院土木工程技术、环境管理与安全副教授

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