FIU天橋項目連接佛羅里達大學校園和該校許多學生居住的斯威特沃特市區。2018年3月15日下午1:45左右，天橋在施工中倒塌。1名工人和5名乘坐汽車的行人死亡，另一名工人永久性致殘。該橋是一座跨度約174英尺（約53米）、重約930噸的混凝土桁架橋。在倒塌前5天吊裝到橋墩上，在運河旁相鄰的位置將建造一座混凝土桁架，與該橋一起形成一座289英尺（約88米）長的連續橋樑。
調查結果
2019年6月20日，職業安全與健康管理局（OSHA）發布了一組最新調查報告，主要結果為——
1.FIGG橋樑工程師（以下簡稱FIGG）、記錄工程師（以下簡稱EOR），在倒塌前數小時對橋樑進行檢查時，沒有意識到橋樑有倒塌的危險。當時，混凝土桁架出現了許多寬而深的結構裂縫，已經危及橋樑的完整性。EOR應立即指示將橋樑支撐在適當位置，並封閉西南第8街交通。而橋樑倒塌時，EOR卻正在指導工人重新張拉後張預應力鋼筋。
2.該橋存在結構設計缺陷，由於結構設計缺陷，導致橋樑出現裂縫，並導致其最終在第三階段施工過程中坍塌。
3.事故發生當天上午，在評估了前兩天的裂縫後，EOR與項目參與者召開了一次會議。在那次會議上，EOR承認他的計算結果無法解釋橋樑裂縫的出現，因此他不知道裂縫發生的原因。該項目的施工工程師和檢查員（CEI）在這次會議上告知EOR，裂縫每天都在變長。儘管了解這些情況，並且知道裂縫的尺寸在增加，EOR還是不止一次地表示，裂縫的出現並不意味著結構存在安全問題。
4.根據裂縫的大小，當時應立即關閉西南第8街的交通。必須馬上在混凝土桁架多個中間位置進行支撐，以減少北斜腹杆和節點的荷載，直至完成最終評估並採取相應補救措施。
5.網絡工程服務公司博爾頓佩雷斯協會（BPA）被FIU授權為項目的CEI。BPA未能根據佛羅里達州運輸部（FDOT）的要求，對本質上屬於結構性的裂縫進行識別。作為一個CEI，BPA應根據其與FIU和FDOT要求的合同，行使自己獨立的專業判斷權力。雖然對橋樑開裂很有經驗，但BPA未能認識到橋樑有倒塌的危險，並且沒有（撇開EOR意見）向FIU、MCM或其他人提出關閉街道並加強支撐橋樑的建議。
6.莫妮娜施工管理公司（MCM），是該橋設計-建造承包商，被MCM主管和質量控制人員於2018年3月12日和14日告知裂縫「越來越大」。2018年3月13日，EOR在給MCM的一封電子郵件中指出：「從星期六（2018年3月10日）開始，MCM一直在監測裂縫，但裂縫沒有擴大。」MCM應在2018年3月14日立即通知EOR，該假設不對。儘管MCM有這種疏忽，但EOR在2018年3月15日的早晨會議期間，獲得了BPA在橋樑倒塌前幾天的裂縫照片和測量結果，並被特別告知裂縫在增長。
7.MCM作為設計-建造承包商，延遲了EOR的決定，作為橋樑的建設者，未能行使其獨立的專業判斷，在EOR最終確定裂縫的原因和同行評審前，封閉西南第8街道的交通。MCM在混凝土結構方面擁有豐富的施工經驗，並且對裂縫的大小有著密切的了解，這些裂縫每天都在增大。但MCM附和了EOR上述第6項的結論，沒有自己的獨立判斷，未能實施必要的安全措施，這是不合理的。
8.EOR對裂縫的評估，以及他對重新張拉11號斜腹杆內後張預應力的建議未包含在原始設計中，因此應接受同行評審。
9.根據FDOT要求，EOR保留的顧問對EOR的設計進行獨立的同行評審，沒有檢查橋樑在不同施工階段的結構完整性，這違反了FDOT的要求。調查發現，獨立檢查僅在橋樑的所有部分都建成的最終設計階段進行。
10.根據FDOT要求，EOR未能按照建築文件的30％、60％和90％，向Louis Berger提供施工文件。
11.EOR應該知道，進行同行評審的顧問沒有按照FDOT的要求，檢查第三階段桁架的結構設計，而此時，EOR應當採取額外的安全預防措施。
12.EOR應該知道，桁架是一個非冗餘結構，如果一個斜腹杆構件失效，整個橋樑可能倒塌。鑒於裂縫的性質和程度以及橋樑設計的不冗餘性，應採取包括封閉橋樑下方道路、立即在適當位置為橋樑提供支撐，直到完成完整的評估等必要的安全預防措施。
英國橋樑專家對報告的解讀
英國一位關於橋樑和橋樑設計的博客（2019年6月20日），對OSHA這份調查報告進行了進一步分析——
對於FIU人行橋倒塌的原因，美國國家運輸安全委員會（NTSB）正在進行徹底的調查，預計於今年晚些時候完成。這份OSHA的調查報告在很大程度上與NTSB去年11月發布的初步調查結果一致。
到目前為止，英國尚無與NTSB相當的機構，雖然有國家航空和鐵路事故調查機構,但不是針對高速公路的。毫無疑問,我們將不得不等待自己的嚴重事故發生，才會催生這一機構,而不是從別處學習。
FIU人行天橋為兩跨混凝土桁架橋，桁架上方有裝飾性的塔架和鋼管，使人從外觀上看似乎為斜拉橋，這樣做的主要目的，是減少主要結構構件由行人所導致的振動。
OSHA發布的這篇調查報告，對事故原因分析得十分詳細透徹，有些警告是非常有條理的。
調查報告指出，設計方（Figg）、設計同行評審員（LouisBerger）、施工工程師和檢查員（BPA，作為FIU的代表）以及承包商（Munilla ConstructionManagement，MCM）均未能履行職責，沒有在設計施工各個環節嚴格把控，未能防止橋樑倒塌悲劇的發生。
所有在通行道路上修建橋樑的項目，需要得到FDOT的批覆，但奇怪的是，OSHA在報告中，並未過多提到佛羅里達州交通部（FDOT）的失職。作者之前曾對此發表過評論：在英國和其他一些司法管轄區，公路管理局將對在其基礎設施上方或下方修建的任何新橋樑進行技術審批，以保護其自身利益，避免新建項目對交通造成不當影響，以及保護公路使用者的安全。
FDOT也參與了FIU人行天橋的建設，派出內部結構工程小組審查設計，並定期參加現場會議，其中橋樑倒塌當天上午召開的重要會議FDOT也有人參加了，但是同其他參會者一樣，FDOT工作人員也未發現橋樑的異常並阻止橋樑繼續施工。但奇怪的是，這在報告的執行摘要中被省略了。此外，還不清楚FDOT是否掌握了獨立同行評審人的失職行為。據報道，獨立同行評審人在橋樑各施工階段均未出面檢查過橋樑，只是在成橋階段進行審查。
OSHA從橋樑倒塌前後似乎獲得了廣泛的證據，但是在調查報告中僅僅顯示了與主要參與者的有限內容。設計方Figg很快就公開批評了這份報告，稱在國家運輸安全委員會調查還未結束期間，他們不會就FIU天橋倒塌事件做更多的評論。
所以，儘管OSHA的調查報告給人們的印象是調查徹底、分析清晰，但是也可能有些言論也是不公平的，需要等到國家運輸安全委員會調查結束後，才會知道事故真正的原因和主要責任方。
設計方的忽視
OSHA一開始就反覆提醒人們，這座橋的目標是成為一座極具吸引力的標誌性建築，似乎故意引導大眾，認為採購環境導致了橋樑倒塌。否則，為什麼要提到這個話題？就個人觀點而言，作者認為依靠顧問和承包商的職業操守和判斷，FIU天橋可以建造成功，而追求一座外觀美觀的橋樑不是橋樑倒塌的根本原因。
每個跨徑的主桁架分為四個階段在場外預製完成，然後通過自行式模塊化運輸車（SPMT）運到現場後，架設到設計位置。
在桁架預製階段，各個受拉構件均施加了預應力，除了梁端兩個斜桁架構件（構件2、構件11）外，其他預應力構件均完成了灌漿；構件2、構件11需要在施工階段調整預應力的大小（圖1）。
圖1 位於斜杆11底部的一條較大裂縫
當臨時腳手架被拆除時，整跨桁架支撐在梁端的臨時支撐上，這時出現了第一件麻煩的事情：首先聽到了「砰」的一聲，很快就在斜腹杆2和11的底部與橋面板連接的位置發現了裂縫，在這種結構中，端部斜腹杆處於受壓狀態，因此施加的任何預應力都應該是最小的。隨後將這些裂縫的照片分享給設計方，OSHA的報告中提出，這一點並未引起設計方足夠的重視。
一周後，桁架結構從端部臨時支撐狀態轉移到SPMT上，準備運輸到現場，此時，斜杆2、斜杆11處於受拉狀態，需要施加預應力。一旦結構放置在永久支撐上後，需要調整（減小）斜杆2、斜杆11的預應力（圖2）。
圖2
根據OSHA報告，在桁架運輸和安裝過程中，初始裂縫沒有進一步發展，也並未出現新裂縫。斜杆2放張過程中沒有出現異常，但是斜杆11放張時在下部節點處出現了多處裂縫，現場預應力施工人員報告說「開裂如地獄」（圖3）。
圖3
兩天後，施工方將裂縫照片送至設計方，並向設計方徵求意見。施工人員說，裂縫寬度很大，發展速度驚人，桁架節點正與下層板分離（圖4）。但是設計師表示，「這不是安全問題」，建議重新拉回斜杆11，使其回到原來的狀態。在此操作期間，設計者不打算參加現場設計。
圖4
接下來兩天拍攝的裂縫照片看起來令人越來越擔憂。桁架安裝後5天舉行了一次關鍵會議，參加方包括佛羅里達國際大學（FIU）、設計師、承包商、施工檢查員和佛羅里達州交通部（FDOT）。設計師現場親自檢查了裂縫（繼續增長），但表示沒有安全問題（圖5、6、7）。
圖5
圖6
圖7
設計方還指出有必要繼續建造第二跨桁架，應為當與第一跨桁架形成連續結構時，將減少第一跨斜杆11上的荷載，這將有利於限制裂縫的發展。根據OSHA的調查，在這階段內並沒有向同行評審人提出諮詢。
表面上看，提出的對斜杆11繼續施加應力的建議是有問題的。當橋樑支撐在SPMT上時，應力鋼筋用於臨時情況。一旦橋樑被架設在永久性支架上，對斜杆再次張拉預應力會增加斜杆及其連接節點的負荷，而不是減少荷載。
施工方按照指示對斜杆再次張拉預應力，在橋樑倒塌時基本上達到指示張拉的預應力值。
OSHA將這種破壞描述為「混凝土爆裂」，用術語形容應為剪切或沖切破壞：桁架節點的上部剪短橋面板，部分混凝土沿著施工澆築期間形成的施工縫破壞。
圖8
圖8顯示了失效後的節點，圖中空心部分原來是實心混凝土；照片底部邊緣中心的粗糙區域,為桁架斜杆與橋面板連接的位置。各種垂直管道似乎是用於照明電纜等設備。
圖9
圖9顯示了同一區域從倒塌現場移除後，從橋面板端部的視角圖。
破壞前觀察到的裂縫與圖片一致，包括斜腹杆11上的縱向裂縫，這可能是由底部節點的縱向移動引起的，由於混凝土內上下受力鋼筋的不同錨固位置而發生裂縫。
圖10
圖10顯示，隨著節點的破壞，在破壞處桁架結構不再為空間三角形，橋樑的全部荷載僅靠雨棚和橋面板來承受，桁架的各個杆件不再按原設計承受荷載。這種設計被描述為缺乏冗餘性，缺少二次負載路徑。此外，剪切破壞比彎曲破壞更為突然。
圖11
圖11是OSHA報告中所示的節點細節，從側面看，施工縫的位置不清楚，但報告在其他地方指出，桁架斜腹杆和豎杆是在橋面板之後澆築的，因此接縫水平穿過圖中斜腹杆的中間。
OSHA的計算表明，穿過施工縫的鋼筋的組合承載力，加上斜腹杆11軸向荷載垂直分量引起的摩擦，不足以抵抗斜腹杆11軸向荷載的水平分量：剪切荷載超出抗剪承載力22%。若對斜腹杆11再次張拉預應力的情況下，剪切荷載超出抗剪承載力將高達45%。下面的圖表可以更清楚地表達這一觀點。
OSHA報告顯示了節點沖剪破壞，從俯視圖觀察節點，斜腹杆11的作用力如圖12所示。
圖12
該報告沒有說明為什麼當桁架首次落在其永久支撐上時未發生故障，而那時的荷載和預應力狀態與發生故障之前的相同。
裂縫發展的原因可能為：對已經嚴重斷裂的結構再次施加預應力，會導致施工縫的剪切面發生滑動。在這種情況下，阻力會大大低於設計規範值。斷裂和滑動本身可能是由於安裝時混凝土表面的初始破壞造成的，隨後穿過接縫的鋼筋發生塑形破壞，導致產生裂縫並逐漸發展。
調查表明沖切破壞是三維的，因此節點的二維圖具有誤導性。目前還不清楚的是，斜腹杆11中的壓力是如何傳遞到後張橋面板的受拉系統中的。OSHA的報告指出似乎是由於缺乏足夠的設備，將這些力從桁架平面橫向轉移到橋面板平面而造成了這一故障。
在OSHA分析中，桁架節點的設計不足，桁架的承載能力不足以抵抗外荷載，但是獨立檢查員沒有對此進行檢查（據報道，獨立檢查員計劃僅在成橋後的結構進行檢查）;設計中沒有冗餘，如果任何一個桁架構件失效，橋樑坍塌將是不可避免的；垂直管道位於節點的任一側，都會削弱整個區域，增加橋樑的脆弱性。
OSHA提出的原因和破壞情況是一致和令人信服的。但是報告中缺乏圖表顯示力線，裂縫的位置以及最終的失效模式，下面為作者做的結構分析。
圖13
圖13顯示了斜腹杆11中的壓力（紅色），可以分解為垂直的壓力和水平剪切力（均為灰色），其中斜腹杆11與橋面板相連，水平力由橋面拉力平衡（藍色）。
圖14
圖14顯示了倒塌前可見裂紋的位置（黃色），以及與這些裂紋相對應的節點上部的移動方向（白色）。
圖15
圖15粗略地顯示了混凝土失效導致坍塌的區域，用黑色突出顯示截面的左側邊緣，在這塊區域內混凝土發生沖剪，而在同一區域的右側邊緣，破壞是通過斜腹杆和橋面之間的施工縫進行純剪切。
施工圖顯示了穿過該部分施工縫的抗剪鋼筋，在一些OSHA照片中也可以看到失效鋼筋。報告沒有說明這些鋼筋的直徑，但從照片上看，它們與其他可見鋼筋相比顯得非常細。
存在的疑慮
OSHA得出的結論是：（a）桁架節點設計不足，無法承受其設計荷載；（b）當發現明確的結構問題時，專業人員未能採取足夠的預防措施。
應該給予參與人員更多的解釋原因，找出OSHA提出論點的缺陷。作者認為以下地方存在疑慮——
1.負責公路安全的機構如何確保設計和施工過程的安全性？是否應由相關機構對結構設計方法，特別是關鍵位置、特殊節點等進行審查和批覆？在英國，施工前需按照技術審批流程提出設計方法，並由相關基礎設施管理局審查，審查通過後方可施工。美國當局是否採取了類似的措施，如果沒有，是否有從國際經驗中吸取教訓？
2.需要進一步明確同行評審人的範圍。對於這個特殊的結構設計，在不同的施工階段荷載發生了顯著的變化，但同行評審完全忽略了關鍵的施工階段，包括倒塌發生的階段。施工階段審查本來是他們工作的一部分，但是卻沒有盡到相應的責任。
3．缺少設計方提供的計算文件，不清楚設計階段的節段是否正確和全面。OSHA報告給出了機構自身計算的結論，沒有說明設計方提供的計算結果，也沒有說明為什麼設計方給出的結果是滿足條件的。
4.考慮到結構明顯缺乏冗餘，設計師是如何概念化關鍵細節的？是否應用了簡單的剪切規則，或更詳細地模擬了複雜的細節，如節點？
5.為什麼設計師說裂縫不是安全問題？事後看來，嚴重的裂縫發展證明了強度不足。一旦混凝土以這種方式開裂，節點的強度就會立即降低。
6.其他項目參與者完全依賴設計師的建議是否合理？其他參與方有足夠的專業知識來判斷結構的安全性，但是卻沒有採取合理的預防措施。
7.是否存在一些外部壓力，與成本或方案有關，或與不進一步干擾交通的願望有關？
8.這是最合適的設計嗎？尤其是材料的選擇，很難相信這種破壞會發生在鋼桁架設計中。
OSHA的報告非常直接和簡潔地分析了橋樑倒塌原因：桁架節點沖切破壞；節點設計能力不足；設計師和其他參與該項目的人員都沒有意識到初始開裂的嚴重性；沒有人採取任何措施來防止裂縫發展，或保護公路交通；再次張拉兩根斜腹杆的預應力，使結構受力更加不利。
此次FIU天橋倒塌事故調查到此，僅僅明確各方責任是不夠的，錯誤是不可避免的，應該建立識別錯誤（如獨立檢查）和最小化其影響的機制（如採用堅固的材料和結構形式）。
如果OSHA的報告是準確的，那麼也暴露了行業內許多嚴重的問題。從與業內其他人的交談中，FIU人行天橋項目遇到的問題並不是唯一的：對建議的依賴而不受挑戰；認為有能力的人做的每件事都是正確的；不願意接受今天的證據並想像明天會發生什麼；認為由於一件事尚未解釋，不應採取任何行動的建議。
其中許多都可以歸因於認知偏差，項目的參與者應反思自己的安全文化：建立項目在出現問題時的處理機制、建立處理突發情況的獎懲機制；明確工程師項目實施工程中的責任劃分；對項目可能出現的問題採取超前預防措施。
結構工程師通常傾向於簡單地遵循正常的過程、標準和方法。風險評估通常集中在施工和運營風險，甚至是商業風險上，很少有項目在制定結構工程計劃前，對結構倒塌風險進行評估和分析的。解決如何使結構安全建設的最佳方法是，首先解決它將如何倒塌，這是一個可以從許多災難中吸取教訓，但是目前仍然沒有真正地應用到實踐中。
編譯者的一些理解
參建各方角色——文中FIU是業主，MCM獲得了該橋的設計施工總承包合同，FIGG是總包方MCM聘任的橋樑工程師和記錄工程師，個人理解記錄工程師相當於國內設計代表，但是權限更大。施工工程師和檢查員CEI對業主FIU負責，相當於國內的監理工程師。設計同行評審顧問，在本案例中由FIGG付費，費用少，只完成成橋階段覆核計算。
（本文綜合Investigation of March 15, 2018 Pedestrian Bridge Collapse at Florida International University, Miami, FL；U.S Department of Labor Occupational Safety and Health Administration Directorate of Construction；June 2019等資料編譯。）
本文刊載 /《橋樑》雜誌 2019年 第5期 總第91期
作者 / 陳多 董佳霖
作者單位 / 浙江省交通規劃設計研究院