我國(guó)膠合木拱橋現(xiàn)狀與發(fā)展前景

屈波　楊冬冬

引言

在古代木結(jié)構(gòu)建筑在全世界得到廣泛的應(yīng)用，但由于當(dāng)時(shí)限于人們對(duì)木結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和技術(shù)水平的不足，木結(jié)構(gòu)橋梁主要以原木為主，越來越不能滿足比如大跨、重載的要求。隨著西方工業(yè)革命的興起近現(xiàn)代建筑材料主要被混凝土取代，隨著國(guó)門的打開，中國(guó)也被灌入了以混凝土為主的結(jié)構(gòu)體系，中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)遭受到毀滅性打擊，混凝土結(jié)構(gòu)在中國(guó)飛速發(fā)展，不斷創(chuàng)造多個(gè)世界第一。但在這種高耗能材料得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，環(huán)境問題越來越令人堪憂。人們開始尋求一種能夠適應(yīng)現(xiàn)代交通要求，同時(shí)又能減輕對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)的新材料。此時(shí)，膠合木被人們制造廣泛用于工程實(shí)例中，膠合木很好的解決原木結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)而且造型美觀越來越受到人們的歡迎，隨著膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)的引進(jìn)經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國(guó)在膠合木結(jié)構(gòu)方面取得了些成果。本文以張花高速木結(jié)構(gòu)人行天橋工程實(shí)例為依托探討膠合木拱橋在我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

膠合木結(jié)構(gòu)

膠合木結(jié)構(gòu)是指用膠粘方法經(jīng)過一系列加工過程將零碎的木料拼接成整體并滿足工程要求的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：不受材料尺寸限制，用較小尺寸的材料也能組成大跨構(gòu)件；可以剔除木結(jié)、裂縫等缺陷提高構(gòu)件強(qiáng)度；經(jīng)過防腐、防火處理的材料具有很好的耐久性和防火性能；加工方便可以工廠化，大大縮短工期；構(gòu)件自重比較輕方便運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)拼裝；構(gòu)件加工制造中能耗低，減少對(duì)環(huán)境的污染

缺點(diǎn)：膠合木結(jié)構(gòu)主要由零碎材料經(jīng)加工拼接而成結(jié)構(gòu)通常在連接處破壞，構(gòu)件連接處常常成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)；對(duì)于我國(guó)來說大跨膠合木拱橋主要采用美國(guó)進(jìn)口的南方松，國(guó)產(chǎn)落葉松需要取得更大突破。

總體而言膠合木結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)還是很明顯，隨著生態(tài)文明建設(shè)列入“五位一體”人們開始越來越重視對(duì)環(huán)境的保護(hù)，而膠合木結(jié)構(gòu)在工程建筑領(lǐng)域正好符合政策需要和人類的需求。

木結(jié)構(gòu)橋梁簡(jiǎn)介

膠合木結(jié)構(gòu)橋按結(jié)構(gòu)體系劃分，主要有拱橋、桁架橋、梁式橋等，由于其具有環(huán)保、外形美觀、自重較輕、安裝簡(jiǎn)便、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。膠合木橋不僅適用于景觀橋、人行天橋在國(guó)外還被廣泛應(yīng)用于公路橋，在美國(guó)公路橋就有7%左右為膠合木結(jié)構(gòu)橋。在我國(guó)膠合木結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)形式主要以拱橋?yàn)橹鞯娜诵袠?，例如江蘇蘇州的胥虹橋是我國(guó)最大的木拱橋也是世界上最大單跨的木拱形橋。本文介紹的張家界到花垣高速公路上的木結(jié)構(gòu)人行天橋是我國(guó)第一座跨高速公路的木結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)承重部分采用美國(guó)花旗松，輔材采用我國(guó)國(guó)產(chǎn)落葉松。

木結(jié)構(gòu)橋梁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

張花高速服務(wù)區(qū)人行橋?yàn)樯铣惺饺q拱橋。橋面總長(zhǎng)度為39.5m，計(jì)算跨徑38.07m，橋面凈寬3.0m，計(jì)算矢高9.0m，矢跨比為1：4.2。拱肋采用圓弧拱，半徑為663m。

1.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

主要是為了檢驗(yàn)橋梁是不是符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、滿足設(shè)計(jì)要求，綜合評(píng)定該橋梁的使用安全性，為其它木結(jié)構(gòu)橋梁提供理論借鑒。

2.試驗(yàn)方案

試驗(yàn)加載根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果采用水箱注水加載方式分級(jí)加載，選取拱腳、1/4L、1/2L、314L截面為控制截面，在1/4L、314L處貼應(yīng)變片，拱頂使用應(yīng)變花，撓度用百分表測(cè)量。測(cè)點(diǎn)布置圖如下

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

將試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)用公式q=S/Ss×100%，其中，S為試驗(yàn)荷載效應(yīng)實(shí)測(cè)值，Ss為試驗(yàn)荷載效應(yīng)理論計(jì)算值。測(cè)試結(jié)果各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.74～0.89，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.79～0.87區(qū)間段都滿足規(guī)范要求。

結(jié)論

隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，建筑行業(yè)鋼筋混凝土等材料對(duì)環(huán)境的污染越來越被放大，木結(jié)構(gòu)以其特有的特點(diǎn)勢(shì)必被人們廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)上，因此木結(jié)構(gòu)的研究將蘊(yùn)含著深遠(yuǎn)的意義和價(jià)值。

主要得到下面幾個(gè)結(jié)論：

1.膠合木具有不限形式、制造能耗低等多方面的優(yōu)點(diǎn)，而且加工過程清晰、技術(shù)全面能夠進(jìn)行流水化作業(yè)，生產(chǎn)周期快，與混凝土橋梁相比能夠大大縮短建設(shè)工期。隨著現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)防腐、連接等技術(shù)的成熟，木結(jié)構(gòu)橋梁必然成為中小跨徑橋梁的最佳選擇。

2.通過本文木結(jié)構(gòu)橋梁實(shí)例的成橋試驗(yàn)可以看出木結(jié)構(gòu)橋梁性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.由于木結(jié)構(gòu)橋梁在我國(guó)發(fā)展起步比較晚，主要以人行橋?yàn)橹鳌Ｈ鄙俟贩矫娴臉蛄簩?shí)例，

展望

膠合木結(jié)構(gòu)尚處于起步階段還有很多方面需要完善，建議對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行深入研究：

1.目前，我國(guó)應(yīng)用于工程實(shí)例的木結(jié)構(gòu)橋梁主要采用歐美進(jìn)口材料制造，國(guó)產(chǎn)落葉松研究方面遇到很多瓶頸，要想真正將木結(jié)構(gòu)在我國(guó)推廣必須解決國(guó)產(chǎn)落葉松構(gòu)件加工技術(shù)難題。

2.修建木結(jié)構(gòu)公路橋，使木結(jié)構(gòu)橋梁輕便安全的觀念深入人心。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，完善木結(jié)構(gòu)規(guī)范，讓設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理有據(jù)可依，形成一個(gè)整體。