跳转到内容
← 返回重大工程与伦理
前沿与伦理L4约 18 分钟阅读

银桥:销孔里那条看不见的裂纹,把北链写断

Silver Bridge 1967 — Eyebar 330 at Joint C13N

证据方法失效剖析银桥眼杆应力腐蚀

1967 年 12 月 15 日约十七时。美国东部标准时间。西弗吉尼亚州 Point Pleasant 与俄亥俄州 Kanauga(加利波利斯 Gallipolis 近旁)之间,US 35 跨过 Ohio River。这座一九二八年通车、因铝粉漆被叫作银桥(Silver Bridge)的眼杆链悬索桥,在约一分钟里把七百英尺中跨、两段三百八十英尺边跨和塔一起写进河里。桥上当时三十七辆车。三十一辆跟着走。二十四辆入水,七辆落在俄亥俄岸上。四十六人遇难,九人受伤。没有行人。

对象不是魁北克桥那种施工期下弦压杆。不是塔科马那种风振。不是彗星号水槽里的增压循环。不是斯克内克塔迪号那种冬港脆断。也不是罗南角的连续倒塌,或花旗中心那种夜间加固。对象是北链俄亥俄边跨、俄亥俄塔以西第一个接头 C13N 上那根眼杆 330:销孔内表面一条检查看不见的裂纹,先把眼的下肢解理写穿,再让姊妹杆 33 从销上滑脱。北链在那里断开。整座桥跟着走。

本页停在国家运输安全委员会(NTSB)的公路事故报告、国家标准局对眼杆 330 的金相,以及一九六八年联邦援助公路法第二十六节把国家桥梁检查标准写成法律的那一段。不把它兑成悬索桥总览。

破除误解:不是车太多,也不是悬索桥这种型式被证伪

第一个误解,是把原因写成圣诞采购把桥压垮,或写成“那天车上太多”。十七时是下班与节日交通叠在一起的时刻。荷载在。荷载不是那条裂纹。NTSB 把起因写成眼杆 330 眼部下肢的解理断裂。裂纹在四十年服役里长到临界尺寸。应力腐蚀与腐蚀疲劳一起写。把对象改成“车太多”,会把销孔内表面从证据里删掉,再塞进一句对交通量的控诉。

第二个误解,是把它并进塔科马。两座都是悬索桥,都在众目下解体。塔科马问的是风里的气动弹性。银桥当晚的风没有被写成那条链。银桥问的是眼杆链、销孔,以及一对杆里先断一根之后另一根会不会还留在销上。塔身坐在摇座上。北链一断,倒塌被调查写成设计上不可避免。两条链不要并成一句“悬索桥会杀人”,也不要并成一句“悬索桥都安全”。

第三个误解,是把它读成魁北克的美国版。魁北克垮在施工中的下弦压杆。弯曲已经被量到,却没被当成必须停工的数据。银桥垮在已经通车四十年的眼杆。裂纹写在销孔内表面。组装好的接头里,目视到不了那里。两起都把已经在场的损伤读成还不必停下的故事。对象不同。一根还在伸臂,一根已经在服役。

第四个误解,是把它并进彗星号水槽或自由轮、T2 的脆断。彗星号把整机放进水槽,问的是增压循环与开口角。斯克内克塔迪号问的是冬港温度下缺口敏感的船用钢,加上一条连续焊缝。银桥的钢在拉伸表上可以很高。热处理碳钢把工作应力写成约五万磅每平方英寸。那张表不回答销孔内表面在河上湿空气里会不会自己长出一条裂纹。这不是船体折刀,也不是座舱被循环压开。不要并成一句“金属会疲劳所以桥会塌”。

第五个误解,是写成检查员偷懒,或写成“看见油漆完好就已经控制住了”。私营业主从通车查到一九四一年。此后西弗吉尼亚路政接手。一九五九、一九六三、一九六四年有记录。一九六五年按建议做了约三万美元的修理。一九六七年夏天又查了两次。十二月六日,片区养护工程师还来过。检查发生了。销孔内表面没有被写成已经看见。NTSB 写明:缺陷位置目视不可达;按当时现场已知方法,不拆开眼杆接头就查不到。检查在。闭合没有发生。

第六个误解,是写成眼杆链这种型式已经被证伪,或写成一九二八年不该用热处理钢。同型在圣玛丽斯(St. Marys)还有一座。坍塌后它被关掉。那是把这一对杆、这一种接头当成必须重新问的对象,不是给所有悬索桥发讣告。一九二七年设计时,NTSB 写成:应力腐蚀与腐蚀疲劳,当时不被认为会发生在这类桥梁材料、乡村暴露条件下。那句话约束的是当时的知识边界,不是给眼杆 330 发合格证。人可以不在刑事意义上把一九二八年写成犯罪,C13N 仍然可以在一九六七年把北链写断。

装置:眼杆 330、接头 C13N,和一份把内表面写成对象的调查

装置的第一件是这座桥在系统里的位置。它是 US 35 的过河段。设计者是巴尔的摩的 J. E. Greiner 事务所。建造者是匹兹堡的美国桥梁公司(American Bridge Company)。通车常见口径写一九二八年五月十九日;联邦公路局公路史用五月三十日。差在开幕登记,不改变眼杆链这一对象。主跨七百英尺,边跨各三百八十英尺。链不是传统的平行钢丝主缆。它是一对一对的热处理碳钢眼杆,用销连成链,再挂吊杆把桥面吊住。杆身常见口径宽十二英寸、厚二英寸,眼孔直径约十一点五英寸,单根长度可到约五十五英尺。塔坐在摇座上。一对杆里先失去一根,销上的约束就不再对称。要问的是:通车四十年之后,C13N 那一对杆还是不是两条都还咬着销的链。

装置的第二件是眼杆 330。它是北链北侧那一根,连着 C11N 与 C13N。C13N 是俄亥俄边跨里、俄亥俄塔以西第一个链接头。国家标准局的约翰·A. 贝内特(John A. Bennett)把断口写成:下肢解理,上肢韧性撕裂。解理一侧可以读出预先存在的裂纹。贝壳状,深约零点一二英寸,长约零点二八英寸。起点在销孔内表面,距眼的端面约零点一英寸。许多裂纹落在腐蚀较重的带里,靠近最大硬度那一条:距南侧面约零点一到零点五英寸。规格被转述为约百分之零点六碳、无显著合金元素;水淬后再在约一千一百五十到一千二百华氏度回火。截面上组织不均匀。外层冷得快,心部冷得慢。拉伸试验仍可以给出很高的强度。名义工作应力约五万磅每平方英寸,弹性限约七万五千,抗拉强度约十万五千。这些数回答光滑试样被拉断,不回答销孔内表面那条裂纹会不会自己走到临界。

装置的第三件是残骸陈列。残骸被从河里取出,在附近空地按原位铺开。NTSB 一九六八年十月四日的中期报告已经把眼杆 330 写成灾难阶段所必需,却还没有写成机制。一九七〇年十二月印发、后来常被记成一九七一年四月六日发布的公路事故报告 NTSB-HAR-71-1,把原因收成一句:北链俄亥俄边跨接头 C13N 上,眼杆 330 眼部下肢的解理断裂。促成条件三条。一九二七年设计时,这类材料在乡村暴露下不被认为会发生应力腐蚀与腐蚀疲劳。缺陷位置目视不可达。不拆开接头,当时现场已知方法查不到。北链在 C13N 断开之后,调查把整桥倒塌写成设计上不可避免。对象被钉在这一根眼杆、这一个销孔、这一条四十年里长出来的裂纹。

装置的第四件是立法文本。坍塌后,总统约翰逊任命桥梁安全工作组。联邦公路局局长洛厄尔·K. 布里德韦尔(Lowell K. Bridwell)一九六八年二月十四日宣布:与各州、AASHO、铁路协会和陆军工程兵合作,分析约五十一万一千座州公路桥和约十九万二千座铁路桥;优先处理一九三五年以前通车、以及垮了会落入深谷或深水的那些。银桥一九二八年通车,正好落在这组里。一九六八年八月二十三日签署的《联邦援助公路法》(Public Law 90-495)第二十六节要求运输部长尽快制定国家桥梁检查标准(National Bridge Inspection Standards),写明方法、最长间隔和检查人员资格;各州保存书面报告与处理记录,并维持联邦援助公路系统上的桥梁清单。一九七〇年的联邦援助公路法把例行检查写成对该系统桥梁的要求。联邦公路局在一九七一年四月二十七日颁布标准。一九七八年《地面运输援助法》把范围扩到所有公路上跨径大于二十英尺的桥。一九八七年法律再把断裂关键杆件与水下检查写成专门程序。银桥没有活着看到这些条款。

失效分析在这里的取样策略是:先用拉伸表上的高强度,排除“钢材骗了人”;再用下肢解理、上肢韧性撕裂、姊妹杆 33 滑脱,把顺序钉在 C13N;再用销孔内表面那条预先存在的裂纹,把时间尺度从十五日十七时拉回四十年。它没有停在某一种悬索线形。当年没有被写成放行条件的,是组装接头里那块目视不可达的内表面。缺的那一项由灾后金相补上。

它证明了什么,没有证明什么

它证明:一座已经通车四十年的眼杆链悬索桥,可以因北链一根眼杆在销孔内表面走到临界而整桥解体。它证明解理可以写在下肢,韧性撕裂可以写在上肢,另一根杆可以从销上滑走。它证明目视检查可以反复发生,却仍把内表面留在视野之外。它证明国会能够在不到一年里把国家桥梁检查标准写进联邦援助公路法,却不能把一九二八年已经装上的那对杆,写成当时就已经被内表面闭合的证据。它没有证明悬索桥作为类型已经被证伪。被换掉的是把销孔内表面当成已经看见的合格证。

它没有证明一九二七年的设计者人坏,或证明“用热处理眼杆做链”这种办法本身不合法。NTSB 把当时的材料知识写成促成条件,而不是写成阴谋。同型圣玛丽斯桥被关闭,是把这一接头当成必须重新问的对象。知识不足的正确反应,是把非冗余链杆的内表面是否仍闭合写成可关闭的程序,而不是宣布过河从此非法。本页只标明:后来的金相已经证明必须问销孔内表面还在不在,而不是只问铝粉漆还亮不亮。

它也没有证明一九六七年的检查记录是伪造,或证明十二月六日那一次本应单独构成封桥令。检查在。修理在。外表面可以被写成还过得去。内表面那条约三点零毫米深的裂纹,调查写成不拆开接头就查不到。高可靠的交通量,能证明 US 35 在十七时把车送到了河上。它不能代替那一处销孔在四十年河风与湿气之后还是不是一条已经闭合的链。表不对齐的地方,由 Point Pleasant 补课。

反事实必须停在调查已经写下的约束里。若 C13N 不是一对杆、断一根之后另一根仍有第二条路留在销上,调查写成的“不可避免”就不会用同一句话。若裂纹写在外表面,目视至少有机会把它当成数据。若一九二七年已经把这类钢在乡村暴露下的应力腐蚀写成已知,许用应力与截面选择会是另一张表。这些都不是对一九六七年现场的指责。它们标明稳健性写在哪里:非冗余、不可达、当时现场方法在不拆开时无效。三件叠齐,四十年可以短过一次下班高峰。

深一层:测销孔内表面还在不在当链,而不是测油漆还在不在发亮

指令与状态在魁北克是尺。在彗星号是水槽循环。在斯克内克塔迪号是夏比转变。在银桥是销孔内表面是否仍闭合、一对杆是否仍都咬着销。十二月六日的巡查是指令。十五日十七时的解体是状态。指令若只问“油漆是否仍亮、外表面是否仍看得过”,现场的状态已经走过眼杆 330 的下肢。高可靠的通车四十年,能证明这座桥把车送过了 Ohio River。它不能代替那一处热处理眼杆在销孔里还是不是链。

伦理边界必须写清。复盘可以说明眼杆如何在残骸陈列、贝内特的金相、NTSB-HAR-71-1 与联邦援助公路法第二十六节里被重建。不得提供如何布置缺口、如何选择会自己开裂的钢、如何攻击一座桥。也不得写成可照做的检查步骤。具体桥梁的检测、限载、封闭与退役属于持照人员与主管当局。

工程伦理在这里不是一句“应当更小心”。检查被写成维护视角下的外表面。没有人被写成必须把“销孔内表面是否仍闭合”按掉才能继续放行高峰的那一支笔。银桥把已经在场、却不可达的裂纹留在还不必封桥的叙事里,用四十六人死亡,换来后来的国家桥梁检查标准。两起对象不同。共同的一层是:已经在场的异常必须在继续放行之前写成可关闭的证据,而不是等河面清空来补课。

要记住的是调查已经写下的那一句:失败写在眼杆 330 的销孔内表面上。十七时的车流不是罪证。荷载到来时,北链不是已经关掉的两根杆。

跨域连接

  • 金属与合金:化学把钢写成铁碳合金,并把淬火马氏体写成碳被冻在错误位置上的过饱和固溶体。本页把那句话收成眼杆 330:约百分之零点六碳、水淬加回火,截面硬度并不均匀。拉伸表可以很高。销孔内表面那条裂纹仍可以在四十年里走到临界。对读时比较“牌号合格”究竟是材料结论还是被误写成结构安全。
  • 电化学:电化学把腐蚀写成界面上被空间分开的氧化还原。应力腐蚀不是“锈把杆吃细了”的均匀减薄。它是拉应力与湿界面叠在同一条内表面上。银桥的调查把应力腐蚀与腐蚀疲劳写成共同作用,并写明当时还不能判定哪一种占主导。对读时看电子在界面上搬家,如何把一张已经合格的抗拉强度表作废。
  • 弹性与材料力学:弹性篇把格里菲斯写成裂纹长度与表面能的交易,并把腐蚀写成可以抹掉钢材疲劳极限的环境。本页只把那一层兑成 C13N:约三点零毫米深的预先裂纹,在热处理眼杆的名义工作应力下已经够写成下肢解理。对读时比较哪一张表在说话——抗拉强度,还是带缺口的内表面。
  • 相变:相变篇把钢的淬火与回火写成冷却路径,而不是相图上的一个平衡点。贝内特在眼杆截面上读到的,正是这条路径留下的硬度带。裂纹多从靠近最大硬度的那一窄条起步。对读时比较“组织已经被热处理关掉”与“内表面是否仍闭合”不是同一句话。
  • 疲劳与断裂:总览把疲劳纹、解理与韧性撕裂分成必须先读的形貌。银桥的下肢是解理,上肢是韧性撕裂,预先裂纹是贝壳状。它证明腐蚀可以把“远低于静强度”从实验室句子变成一座通车桥的北链。对读时比较水槽里的循环计数与河上四十年的不可达内表面。
  • 斯克内克塔迪号:两起都把解理写进高强度表已经合格的钢。油轮问的是冬港温度与连续焊缝。银桥问的是销孔内表面与一对非冗余杆。对读时比较哪一张表被当成已经闭合:夏比冲击,对目视外表面。
  • 魁北克桥:两起都把已经在场的损伤读成还不必停下的故事。魁北克缺的是把下弦弯曲当成数据。银桥缺的是把销孔内表面当成必须拆开才能问的对象。对读时比较哪一种已经发生的事被当成噪声。

参考文献

  1. National Transportation Safety Board. Highway Accident Report: Collapse of U.S. 35 Highway Bridge, Point Pleasant, West Virginia, December 15, 1967. NTSB-HAR-71-1. Washington, DC: NTSB, 1970.
  2. Bennett, John A. "Metallurgical Examination and Mechanical Tests of Material from the Point Pleasant, W. Va. Bridge: Part 1. Examination of Fractures and Adjacent Material in C13 Eye of Eyebar C11–C13 NN." NBS Report 9981p1. Gaithersburg, MD: National Bureau of Standards, 1969. https://doi.org/10.6028/NBS.RPT.9981p1
  3. Federal-Aid Highway Act of 1968, Pub. L. No. 90-495, § 26, 82 Stat. 815, 829 (Aug. 23, 1968).
  4. Federal Highway Administration. "Happy 50th Anniversary: National Bridge Inspection Standards." U.S. Department of Transportation, 2018.
  5. National Transportation Safety Board. Investigation 80267, Point Pleasant, WV, December 15, 1967. https://www.ntsb.gov/investigations/Pages/80267.aspx
  6. Federal-Aid Highway Act of 1970, Pub. L. No. 91-605, § 204, 84 Stat. 1713, 1741; Surface Transportation Assistance Act of 1978, Pub. L. No. 95-599, § 124, 92 Stat. 2689, 2702.

延伸阅读

  • 与 工程伦理 对读:把“谁有权封桥”放回已经不可达的销孔内表面。
  • 与 疲劳与断裂 对读:解理、韧性撕裂与贝壳状预先裂纹如何约束对象。
  • 与 材料强度 对读:热处理眼杆的拉伸表,为何代替不了内表面。
  • 与 彗星号水槽 对读:循环被看见的水槽,对四十年里看不见的销孔。
  • 与 斯克内克塔迪号 对读:冬港脆断,对河上应力腐蚀。