现代木结构桥梁及其结构形式.pdf

第 3 O卷 第 1 期 2 0 1 3年 3月 建 筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo1 ． 3 0 M a r ． NO ．1 2 O1 3 文章编号 1 6 7 3 2 0 4 9 2 0 1 3 O 1 0 0 8 3 0 9 0 现代木结构桥梁及其结构形式 刘永健 ， 傅梅珍 ， 刘士林 ， 葛胜锦 ， 刘玉娟 ， 李 娜 1 ．长 安大学 公路学院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 6 4 ；2 ．中交第一公路勘察设计研究 院有 限公 司 ， 陕西 西安 7 1 0 0 7 5 摘 要 基 于现 代木 结构桥 梁 自重小 、 施 工便 捷 、 绿 色环保 、 综 合 经济性 好等 优 点 ， 从木 构 件加 工 、 连接 技 术、 耐久性能等角度 出发 ， 分析 了现代木结构桥梁的特点和应用前景， 探讨 了现代木结构桥 面板 和桥梁常用的结构形式。结果表明 现代木结构桥梁形式多样， 性能优 良， 应用前景广阔， 能够丰富 中国现代桥 梁结构 的形 式 。 关键 词 现 代木 结 构桥 梁 ； 木 构件 ； 连接 件 ； 结构 形 式 ； 耐 久性 能 中 图分类 号 U4 4 8 ． 2 2 5 文 献标 志码 A M o de r n Ti mb e r Br i d g e s a n d Th e i r S t r u c t u r e Ty pe s L I U Yo n g j i a n ，F U Me i z h e n ， L I U S h i l i n ， GE S h e n g j i n ，L I U Yu - j u a n ， L I Na 1 ． Sc ho ol o f Hi ghwa y，Cha n g’ a n Uni ve r s i t y，Xi ’an 71 0 064，S ha a nxi ，Chi na；2 ．CCCC Fi r s t Hi ghwa y Co ns u l t a nt s Co ．，Lt d，Xi ’ a n 7 1 00 75，Sh a a nxi ，Chi na Ab s t r a c t Ba s e d o n t he mo de r n t i mbe r br i d ge ’ S a d va n t a g e s a s l i g ht s e l f we i g ht ， c o nv e n i e nt c o n s t r u c t i o n，g r e e n e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n a n d g o o d e c o n o mi c a l p e r f o r ma n c e ，a u t h o r s a n a l y z e d t h e c ha r a c t e r i s t i c s a n d a p pl i c a t i o n p r os pe c t o f mod e r n t i mbe r br i dge s．a nd di s c u s s e d t he wi d e l y u s e d s t r u c t u r e t y p e s o f mo d e r n t i mb e r d e c k s a n d b r i d g e s i n t e r ms o f t i mb e r me mb e r p r o c e s s i n g ， c o nne c t i on t e c h no l og y，dur a b i l i t y a nd S O on ． Th e r e s u l t s s ho w t ha t t h e m o de r n t i m b e r br i d ge s h a v e va r i ou s t y pe s ， e xc e l l e n t p e r f o r ma nc e a nd wi d e a p pl i c a t i o n pr o s pe c t ， whi c h c a n e n r i c h t h e t yp e s o f m o d e r n br i d ge s t r u c t u r e s i n Ch i na ． Ke y wo r d sm o d e r n t i mbe r br i d ge ；t i mbe r me m b e r ；c on ne c t i on；s t r u c t u r e t y p e；du r a b i l i t y 引 目 木结构桥梁在 中国的建造历史悠久口 ] ， 公元前 1 1 3 5年建成的渭河木浮桥_ 2 ] 、 宋代 清明上河图 上 的汴水虹桥以及现存于广西 的程 阳风雨桥、 闽浙一 带的编木拱桥等 ] ， 无不展示 中国古代木桥建造技 艺的高超 。近代 ， 特别是过去的 4 O余年里 ， 中国木 结构桥梁的研究几乎处于停滞状态 ， 高等院校土木 工程专业不开设“ 木结构” 课程 ， 木结构桥梁的设计 、 施工技术相 当落后 ， 相关人才严重匮乏。人们对于 木结构桥梁的认识尚停留在对传统原木或锯木结构 桥梁的认识上 ， 如“ 木结构易腐朽 、 易虫蛀” ， “ 木桥结 构形式单一， 其应用易受木材天然尺寸 限制” 等 。 与中国木结构桥梁研究 近 4 O余年停滞不前的 状态相反 ， 欧美等发 达国家对木结构桥梁的研究 系 统而深入。随着现代木产品加工、 连接和防护等技 术的引入 ， 相关技术规范的不断丰富和完善， 现代木 结构桥梁以全新 的面貌出现在人们 的眼前 ， 其绿色 环保、 轻巧美观 、 施工便捷、 性能可靠等优势 日渐显 现 ， 备受桥梁工程师们 的青睐L 4 ] ， 在欧美等发达国家 得 到 了广泛 的应 用 ] 。 本文中笔者主要介绍 了现代木结构桥梁的特点 收稿 日期 2 0 1 3 一 O 1 1 1 基金项 目 陕西省 自然科学 基础研究计划项 目 2 0 0 9 J M7 0 1 1 ； 2 0 1 0年度陕西 省留学人员科技活动择优资助项 目； 西安中交土木科技有 限公 司一 长安大学公路学院硕士研 究生创 新基金项 目 2 0 1 2 作者简介 刘永健 1 9 6 6 一 。 男 ， 江西婺源人 ， 教授 ， 博士研究生导师 ， 工学博士 ， E ma i l s t e e l l y j 1 2 6 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 建筑科 学 与工程 学报 2 0 1 3丘 和结构形式， 并对其应用前景进行分析， 以期推动中 国现代木结构桥梁的发展 。 1 现代木结构桥梁的特点 与传 统 木 结构 桥 梁相 比 ， 现 代 木结 构 桥 梁采 用 现代加工、 连接等技术， 截面尺寸更稳定， 力学性能 更均匀可靠 ， 结构形式更丰富。现代木结构桥梁具 有 如下 几个特 点 木产 品加工 技术 先进 、 连接技 术 可 靠 、 耐久性能好等 。 1 ． 1木产 品加 工技术 木 材 是一 种 生 物材 料 ， 强 度 和外 观 受其 固有 缺 陷如木节、 裂纹、 腐朽等影响 ] 。先进 的木产品加工 技术的兴起逐渐改善了这种现状， 木材在桥梁结构 上 的应 用成 为可 能 。木 产 品加工 技术 主要有 层板 胶 合木 G l u e d L a mi n a t e d T i mb e r ， GL T 技术、 应力叠 合木 S t r e s s L a mi n a t e d T i mb e r ， S I T 技 术 以及 交 错叠合木 C r o s s L a mi n a t e d Ti mb e r ， C L T 技术 。 G L T技术能按照木构件不 同部位 的应力要求 配置不同等级的木材 ， 将木材缺陷剔除或匀至各层， 构件的长度和截面尺寸可以按需制作而不受木材天 然尺寸的限制 ， 并能够按照受力要求胶合成各种形 式的截面和曲线， 如图 1 所示 。木构件实现了工厂 化生 产 ， 使 木结 构获 得 了更加 多样化 、 均质 化 的构件 来源 j 。 图 1 GLT构 件 Fi g ．1 Gl ue d La mi n a t e d Ti mb e r Me mb e r C L T技术采用交错 叠合 的加工方式 图 2 ， 能 充分利用木材顺纹抗拉强度和横纹抗压强度高的特 点， 提高了木产品的整体性和均质性 ， 此外 ， 还能充 分利用低等级木材， 工厂化程度高。 S I T技术 的引入提高了木结构间的整体性[ 1 。 1 9 7 6年 加 拿 大 安 大 略 省 应 用 该 技 术 首 次 提 出 了 S L T桥面板的概念l 1 ， 如 图 3所示 ， 从而提高了木 结构桥梁的使用性能， 推动了木结构桥梁尤其是应 图 2 CL T板 Fi g ．2 Cr o s s La m i na t e d Ti m be r Pl a n k 图 3 S L T桥 面板 Fi g ． 3 St r e s s Lami n at e d Ti mb e r De c k 力叠合板梁桥的飞速发展 。 1 ． 2连接技 术 传统木结构采用 的连接主要有齿连接 、 榫卯连 接以及钉连接等 ， 连接件的承载能力较低 ， 而且疲劳 性能较差 ， 施工效率低。随着现代木结构桥梁 的发 展 ， 桥梁跨径不断增长 ， 对木结构连接的要求逐渐提 高 ， 其连接构造的形式也逐渐得到丰富。如 图 4 a 所示的球铰连接的出现使复杂空间木桁架结构成为 可能 ， 如图 4 b 所示的木结构金属连接件连接和如 图 4 c 所示的螺栓 连接实现 了木结构多构件 间的 连接 ， 安全可靠。此外， 一种新型钢一 木连接件逐渐 兴起口 ， 如图 4 d 所示 ， 从而降低钢一 木连接件安装 施 工难 度 ， 推 动 了现代 钢一 木 组合结 构桥 梁 的发展 。 1 ． 3耐 久性能 由于现代 防腐 、 防火技术 以及木结构桥梁桥面 铺装技术的引入 ， 现代木结构桥梁的耐久性能得到 大 幅度提 高 。 1 ． 3 ． 1 防腐技 术 现代防腐技术和防腐剂的出现提高了木结构防 腐性 能 的同时 ， 其 耐久 性 能 也得 到 很 大 提高 。经 防 腐处理的木材质量稳定、 经济性高且来源广泛 ， 能够 在现代木结构桥梁中取得 良好的应用效果， 提高现 代木结构桥梁的使用寿命 ， 拓展其使用环境。 目前使用的防腐剂种类较多 ， 概括起来主要有 3大类 油类防腐剂 、 油溶性防腐剂 以及水溶性防腐 剂。防腐处理方法也在逐渐完善 ， 主要有浸渍法、 喷 洒法和刷涂法 ， 目前使用最广泛的是加压浸注处理 法 ， 其处理过程如图 5所示 。此外 ， 防腐相关规范也 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 刘永健 ， 等 现代 木 结构桥 梁及其 结构 形 式 9 1 参 考文 献 Re f e r e n c e s [1 ] 茅 以升． 中 国古 桥 技术 史 [ M] ． 北 京 北 京 出版 社 ， 1 98 6． M AO Yi s he n g．Hi s t or y o f Chi ne s e Anc i e n t Br i d ge [ M] ． B e ij i n g B e ij i n g P u b l i s h i n g P r e s s ， 1 9 8 6 ． [ 2] 韩伯林． 世 界 桥 梁 发 展 史 [ M] ． 北 京 知 识 出版 社 ， 1 98 7 ． HAN Bo l i n．The De v e l o p H i s t or y o f I n t e r na t i o na l B r i d g e [ M] ． B e ij i n g K n o wl e d g e P r e s s ， 1 9 8 7 ． [ 3] 唐 寰澄． 中 国木拱 桥 [ M] ． 北京 中 国建筑 工 业 出 版 社 ， 2 0 1 0 ． TANG H u a n - c he ng ． Ch i n e s e Ti mb e r Ar c h br i d ge [ M] ． B e i j i n g C h i n a Ar c h i t e c t u r e 8 L B u i l d i n g P r e s s ， 2O1 O ． [ 4] ME TT E M C J ． T i mb e r B r i d g e s [ M] ． Ne w Y o r k S p o n Pr e s s。 201 1 ． [ 5] WAC KE R J P， J O YAI M R， MUR P HY J F ， e t a 1 ． M oni t or i ng t he Pe r f or ma nc e o f Ti mb er Br i dg e s o ve r t h e L o n g T e r m [ R] ．I o w a I o wa S t a t e Un i v e r s i t y ， 20 07 ． r 6] MATTHI AS G．Bl o c Gl u e d L a mi n a t e d De c k s f o r Ti mb e r B r i d g e s [ J ] ． S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g I n t e r n s t i o n a l ， 2 0 0 2， 1 2 3 2 1 4 - 2 1 7 ． [ 7] D YKE N T， KL E P P E O． Th e No r w e g i a n Ap p r o a c h t o Mo d e r n T i mb e r B r i d g e D e s i g n [ R] ． O s l o N o r we g i a n Pu b l i c Ro a d s Ad mi n i s t r a t i o n ， 2 0 1 0 ． [ 8] 木结构设计手册 编委会 ． 木结构 设计 手册 [ M] ． 北 京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． E d i t o r i a l B o a r d o f De s i g n Ma n u a l fo r Ti mb e r S t r u c t u r e s ． D e s i g n Ma n u a l f o r Ti mb e r S t r u c t u r e s [ M] ． B e i j i n g Ch i n a Ar c h i t e c t u r e B u i l d i n g P r e s s ， 2 0 0 5 ． r 9] B REYER D E， FRI DLE Y K J ， P OL LOCK D G， e t a 1 ． De s i g n o f Wo o d S t r u c t u r e s AS D ／ L R F D [ M] ． 5 t h e d ． Ne w Yo r k M c Gr a w- H i l l ， 2 0 0 3 ． [ 1 0 ] R TA 2 0 0 8 ， T i mb e r B r i d g e Ma n u a l S t r e s s L a mi n a t e d Ti mb e r S y s t e ms [ S ] ． r 1 1 ] RI TTE R M A， GES KE E A， MAS ON I ， e t a 1 ． Pe r f o r ma n e e o f S t r e s s l a mi n a t e d B r i d g e s [ J ] ． Wo o d D e s i g n F o c u s ， 1 9 9 0 ， 1 3 1 2 - 1 6 ． [ 1 2 ] AR B OR A． S h e a r S t u d C o n n e c t i o n D e v e l o p me n t f o r S t e e l S t r i n g e r Hi g h wa y B r i d g e wi t h Ha r d wo o d Gl u l a in Ti mb e r De c k[ D] ．S t a t e C o l l e g e P e n n s y l v a n i a St a t e Uni v e r s i t y， 2 00 5． [ 1 3 ] G B ／ T 2 2 1 0 2 2 0 0 8 ， 防腐木材 [ s ] ． G B ／ T 2 2 1 0 2 --2 0 0 8 ， P r e s e r v a t i v e t r e a t e d Wo o d [ S ] ． [ 1 4 ] G B ／ T 2 2 2 8 0 --2 0 0 8 ， 防腐木材生产规范[ s ] ． GB／ T 2 2 2 8 0 -- 2 0 0 8， S p e c i f i c a t i o n f o r P r o d u c t i o n o f P r e s e r v a t i v e t r e a t e d Wo o d [ S ] ． [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 O ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] [ 2 6 ] [ 2 7 ] CAN／CSA S6 0 6．Ca n a di a n Hi ghwa y Br i dg e De s i gn C o d e [ S ] ． AASHT M 1 33． St a n da r d Spe c i f i c a t i on f or Pr e s e r va r i v e s a n d Pr e s s ur e Tr e at me n t Pr o c e s s e s f o r Ti mbe r [ s ] ． G B 5 0 0 0 5 --2 0 0 3 ， 木结 构设 计规范[ s ] ． GB 5 0 005 2 00 3， Cod e f or De s i gn of Ti m b e r St r uc t u r e s [ S ] ． RI TTER M A．Ti mbe r Br i dg e s De s i gn，Cons t r uc t i o n ， I n s p e c t i o n ， a n d Ma i n t e n a n c e [ M] ．Wa s h i n g t o n DC Uni ve r s i t y Pr e s s of t he Pa c i f i c， 2 0 05． TAYL0R R J ， KEENAR F J ． Wo o d Hi g h wa y Br i d g e r M] ． Ot t a wa Ca n a d i a n Wo o d Co u n c i l ， l 9 9 2 ． TAYL0R R J ， B ATCHEI 0R B， VAN DAL EN K． P r e s t r e s s e d Wo o d B r i d g e s [ R] ． O n t a r i o Mi n i s t r y o f Tr a ns p or t a t i o n a nd Co mm u ni c a t i on， 1 9 8 3． CLOUS TON P， SCHREYER A．De s i gn a nd Us e of Wo o d c o n c r e t e C o mp o s i t e s [ J ] ． P r a c t i c e P e r i o d i c a l o n St r uc t u r a l De s i gn a n d Co ns t r uc t i on， 2 00 8， 1 3 4 1 67 1 7 4． SCHI CKH0FER G．Cr os s La mi na t e d Ti mb e r CLT i n E u r o p e -- F r o m C o n c e p t i o n t o I mp l e me n t a t i o n [ R] ． Va nc o uv e r Uni ve r s i t y o f Br i t i s h Col umbi a， 2 01 0 ． TUNG H． C r i t i c a l An a l y s i s o f t h e F l i s a B r i d g e [ R] ． Ba t h Un i ve r s i t y o f Ba t h， 20 09 ． PAL M E R J A．A Cr i t i c a l An a l y s i s o f t h e Ty n s e t B r i d g e ， N o r wa y E R ． B a t h Un i v e r s i t y o f B a t h ， 2 0 1 0 ． C AL I L J C ． Ti mb e r B r i d g e s i n S o u t h A me r i c a [ C] ／ ／ RI TTER M A 。 DUW ADI S R， I EE P D H．Pr o c e e d i n gs o f Nat i o na l Co nf e r e nc e on W oo d Tr a ns p or t at i o n St r uc t ur e s ． M a di s on TRB， 19 96 2 7 - 3 8 ． 高诣民． C L T钢木 组合桥面系研究 [ D ] ． 西安 长安大 学 ， 2 O 1 0 ． GA0 Yi mi n ． Re s e a r c h o f Comp os i t e St e e l t i mbe r B r i d g e D e c k S y s t e m B a s e d o n C L T [ D] ．X i ’ a n Cha ng’ a n Uni v e r s i t y， 2 01 0． BRAD M P E． Re c yc l i ng an d Re us i n g Pa r t s of a n Ol d B r i d g e Me a n s E v e r y b o d y Wi n s [ E B ／ O I ] ． 2 0 0 9 0 9 0 1 [ 2 0 1 1 - 0 7 1 5 ] ．h t t p ／ ／ www ．mo d e r n s t e e 1 ．c o rn／ Up l o a d s ／ I s s u e s ／ S e p t e mb e r 一2 0 0 9 ／ 0 9 2 0 0 9 一J u s t I i k e Ne w．p df ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m