木结构桥梁的发展和应用

姚晓荣 叶兰洲

摘 要：本文针对木结构桥梁的特点，对木结构桥梁的先进技术进行了介绍，使大家对木结构桥梁有全新的认识。同时，本文对木结构桥梁在国外的发展和应用进行了系统介绍，希望能为相关学者提供参考。

关键词：木结构桥梁;发展;应用

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.08.075

1 木結构桥梁的特点

桥梁是人与自然沟通的重要媒介，在人类文明进化史中起到了举足轻重的作用，尤其是在自然环境中人们更愿意在木结构中驻足停歇欣赏。在对桥梁进行设计时，人们也更希望可以将其外形、使用功能和视觉效果与自然环境很好的融为一体。近100多年以来国外，如美国、加拿大、澳大利亚、日本、瑞典、挪威等国家在木结构桥梁设计和应用上开展了深入而系统的研究，在规范标准、木材加工、构件连接、木材防腐等方面都取得了诸多成果和进步。

现代木结构桥梁在原始木结构桥梁基础上引入现代木结构加工、连接以及防腐等技术。因此，现代木结构桥梁除了拥有普通木结构桥梁的优点外还具有其特有的特点：（1）先进的加工技术，降低木材固有缺陷的影响，提高木构件尺寸稳定性且扩大其适用范围;（2）构件连接技术先进，如指节和钢球节点连接等使得木构件摆脱了尺寸限制;（3）先进的防腐技术，目前真空加压防腐技术的进步使得木结构的使用寿命大大延长，使用环境也越来越广泛，而且改变了人们对传统木结构的认识。

1.1 木构件加工技术

木材是由于是一种天然的建筑材料，其本身的强度和外观受其生长过程中产生的如木节、虫蛀、扭曲以及腐蚀等影响。而且由于受当时木结构加工技术限制，早期的木结构桥梁大都采用原木或者锯木，所以早期木结构桥梁耐久性较差，而且其使用性能受木材固有缺陷制约和天然尺寸影响特别明显。20世纪70年代开始，先进的木结构加工技术在国外逐渐兴起，其中应用最为广泛和成熟的是层状胶合技术，它能按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按需制作而不受木材天然尺寸的限制，并能胶合成受力合理的工字形截面、箱型截面，乃至按设计要求胶合成各种曲线形构件，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。

此外，为了提高木结构间的整体性，预应力技术逐渐被应用到木结构中，其中应用最广泛的是应力叠合桥面板。预应力的引入不但提高了木结构桥梁使用性能，而且加强了木构件间联系，使之整体受力，提高木结构桥梁整体受力性能。

木材是一种各向异性材料，为了提高木构件的双向力学性能，交错叠合（cross laminated）技术已经在国外兴起。目前该技术已经被澳大利亚和美国成功在木结构桥梁上进行使用。

现代的木材加工技术使得木结构桥梁产生了较快的发展，这种促进作用主要表现在如下几方面：（1）木材受固有缺陷的影响越来越小;（2）受力性能得到提高，如整体性和双向力学性能;（3）增大木结构尺寸，克服木结构尺寸受树木尺寸限制的缺陷。

1.2 连接技术

受木材天然尺寸的限制或结构受力构造的要求，木结构桥梁常需要拼合、接长和节点连接等连接方法。连接是木结构桥梁的关键部位，设计和施工要求应严格，传力应明确，韧性和紧密型应良好，构造、制作和质量检查应方便。以前在对木构件进行连接时，用到的主要连接方式有齿接、榫接以及螺栓和钉连接。随着现代木结构桥梁的发展，桥梁跨径不断增长，对木构件之间的连接也提出了更高的要求，更多新型的适应现代木结构连接方式的连接形式被应用到木结构桥梁上。指接技术的出现实现了木结构的无缝连接。木结构节点连接承载板连接实现了木结构多构件间连接，安全可靠。此外一些新型钢—木连接件逐渐兴起，推动钢-木组合结构桥梁的发展，扩展现代木结构桥梁适用跨径。

1.3 防腐技术

木材的防腐技术近些年取得了很大的进步，处理工艺越来越先进，木材的防腐已经不再是限制木材在桥梁结构中应用的主要因素。木材在经过防腐处理以后，木构件的质量得到提高，木材的使用来源也原来越广泛，从而使得木结构桥梁的变得更经济，从防腐木材在木结构桥梁的应用效果上来看是非常不错的。而且随着防腐木的使用，木结构桥梁的结构的使用寿命得到了延长，使用环境也产生了很大变化。目前对木材进行防腐处理采用的最科学、最常用的方法是加压浸注处理法。此外，外国防腐规范也逐渐完善，美国AWPA协会制定的防腐标准中，当木材进行防腐处理时都对相应的处理工艺，不同木材品种、不同的使用条件下的防腐剂该如何进行使用，每次使用后该用多少量，最终在木材中保留多少等都有着明确的要求。在其他国家，如加拿大、日本、澳大利亚、欧洲等一些国家也都相应的出台规范。

2 木结构桥梁在国外的发展

在国外，木结构桥梁近些年取得了较快的发展，从结构形式上来看，木结构桥梁的从传统的锯木梁桥发展到应用了胶合技术的木T梁、工字梁以及应用了预应力技术的预应力板梁桥;从结构形式上来看木结构桥梁从从简支梁桥发展到桁架桥、桁架拱桥、斜拉桥和异型桥;桥面板从锯木板、螺钉叠合木桥面板发展到应力叠合木桥面板、交错叠合木桥面板、钢—木组合桥面板、FRP木桥面组合结构等多种形式的桥面板。美国的AASHTO，加拿大的CSA以及欧洲规范对木结构的设计、材料的选用、荷载组合形式、挠度计算、木构件的连接、桥面铺装的设计以及桥梁结构的耐久性都进行了相应的规定，在木结构桥梁设计中起到了相当重要的作用。

上世纪八十年代，木桥有如下发展：应力叠合技术与如单板层积材之类的新型木产品的联合使用，组合成一些富有创新的结构体系如T梁组合桥面板和箱形组合桥面板，以及后张应力叠合木桥面板的发展，它使桥面板从由连接不紧密的独立板变成一个刚性连续结构。随着这些发展，木材作为桥梁建筑材料在公路中的应用等级逐步提高。目前，由于木结构性能的提高以及应力叠合木桥面板使用寿命变长等原因，木材已经应用到了交通量较大的高等级公路中。

国外关于木桥的建造，从历史的角度看，大致也经历了一个由简入繁的发展过程。只是与国内不同的是，十八世纪以后，木桁架桥以及桁架拱在国外建造较多。例如，美国在开国之初，也就是十八世纪中叶后的一百年间，因为美洲大陆森林很多，木材资源丰富，所以建造了很多木桥。美国早期木桥多半是拱桥，后来是拱加劲的梁和桁架。

3 木結构桥梁在国外的应用

随着防腐技术、连接技术和制作加工工艺的发展以及森林资源的丰富，木结构桥梁得到迅速发展，结构形式也实现了多样化，出现了如拱桥、桁架桥、斜拉桥、悬索桥以及异形结构木桥等复杂形式，使得木结构桥梁摆脱了传统思想的禁锢，开启了现代木结构桥梁发展的新里程。

现代木结构桥梁主要结构形式有：梁桥、拱桥、桁架桥、廊桥以及造型各异的异型桥等。所用木梁和桥面板的形式也从原始的锯木发展到了现代螺钉叠合木、层板胶合木以及应力叠合木等集成材。

（1）木结构梁桥。木结构梁桥是木桥中应用最普遍的一种结构形式，其自重轻、结构形式简单，对运输和吊装设备要求低，制作安装方便，施工迅速。

（2）木结构拱桥。拱桥由于其造型优美，因此受到了各国工程师的青睐，事实上正是由于大量木拱桥的修建，将古代木桥带入一个鼎盛的时期。现代木拱桥采用与一般拱桥的结构形式，拓展了木拱桥的使用形式，简化了其施工工艺。出现了三铰拱等结构形式，如伊格尔里弗大桥和奥尔顿纪念大桥。

（3）木结构桁架桥。桁架的好处是结构比拱简单，对桥墩不产生推力，应用了三角形不易变形的原理拼搭而成，最终脱离了拱，形成另外一种独立的结构，即桁架结构，并且由木桁架逐步发展到钢桁架。木桁架桥常用交叉腹杆式桁架，即豪氏桁架做主梁，其弦杆和斜杆用木制，竖向腹杆可用圆钢。

（4）木结构廊桥。木廊桥是一种桥上建廊的木结构桥梁形式，由于廊桥上的房屋状结构即能作为桥梁的支撑结构又可以保护桥梁免受环境的影响，而且造型非常美观，因此非常受欢迎，在我国有2000多年历史。国内外现存的主要是十九世纪修建的廊桥，如卢塞恩的卡贝尔桥、美国摩根桥、松格罗夫廊桥等。

4 结语

我国木结构桥梁曾经有这辉煌的历史，近些年发展较国外有些滞后，但是随着近几年相关学者研究的深入木结构桥梁发展开始回暖，希望通过此文介绍能给相关读者以借鉴。

参考文献

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