現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用于城市

蔡郭圣　孫勁舟　楊冬冬

從我國面對(duì)的城市問題出發(fā)，發(fā)展一種新型材料建筑成為一種趨勢(shì)，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑正好符合這一發(fā)展趨勢(shì)。人類運(yùn)用現(xiàn)代科技技術(shù)克服了木材本身的缺陷，本文介紹了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，例舉了在我國已建成的兩座現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁，這兩座木結(jié)構(gòu)橋梁開啟了我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁的先河。最后是城市里現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用展望。

土木工程為人類社會(huì)創(chuàng)造了新的物質(zhì)環(huán)境，是人類社會(huì)現(xiàn)代文明的重要組成部分，在一定程度上加快了我國的城市化，但隨之發(fā)展出現(xiàn)了越來越多的問題。城市住房、橋梁拔地而起，城市中充滿了鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)建筑物，城市發(fā)展成一座水泥森林。城市用地緊張，綠化減少，人造森林產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題，比較突出的是“熱島效應(yīng)”，導(dǎo)致城市溫度明顯高于周圍郊區(qū)溫度，與城市新建建設(shè)形成一種惡性發(fā)展，城市的熱污染伴隨城市加快發(fā)展越發(fā)嚴(yán)重。在這個(gè)物質(zhì)條件較豐富的時(shí)代，人們?cè)絹碓匠缟凶匀?、注重健康、提倡環(huán)保的觀念，國家也倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)生態(tài)城市，大力發(fā)展健康環(huán)保、節(jié)能的生態(tài)材料是一種趨勢(shì)，在城市發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁非常有必要。

引言

我國混凝土材料使用起步比較晚，木材在我國古代建筑中扮演著重要的角色，古代的大部分建筑都是使用木材或石材，房屋、橋梁建筑造型優(yōu)美，與自然環(huán)境和諧，取之于自然，適于自然，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。木材相對(duì)于混凝土和鋼材來說是種可再生的資源，是一種環(huán)境友好型的材料，但樹木的生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，未經(jīng)處理的木材會(huì)出現(xiàn)一系列的病害，比如腐爛、蟲害，隨著國外加工、防腐技術(shù)的發(fā)展，我國借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，使得木材的病害得以有效的解決?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)集中于北美、歐洲、日本等，在國外木材應(yīng)用于公路橋梁和人行景觀橋梁非常之多。在我國，人們對(duì)木結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)存在一定的誤區(qū)，在心底認(rèn)為木材是一種脆弱的材料，木材構(gòu)件承載能力非常小不適用于承重、木材容易腐爛耐久性不行、易燃容易損毀整個(gè)結(jié)構(gòu)、連接處脆弱影響受力性能，從而木結(jié)構(gòu)在心理上給人種不安全感。當(dāng)今，在融入高新技術(shù)加工處理手段后，木結(jié)構(gòu)再度展現(xiàn)出了亮麗的風(fēng)采和良好的性能。它不僅具有防腐、阻燃和防蟲的功能，而且通過日益完善的計(jì)算理論分析，提高了其結(jié)構(gòu)的耐久性能和安全可靠度。

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，工程師們研發(fā)出大型軟件用于木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，木材加工技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，木結(jié)構(gòu)之間的連接件多樣化，木材防護(hù)技術(shù)的提高，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)有質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)代防腐技術(shù)和防腐劑的出現(xiàn)提高了木結(jié)構(gòu)防腐性能，經(jīng)過阻燃處理的木構(gòu)件，其燃燒性能和耐火性滿足規(guī)范要求，使得現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)耐久性大大的提高，能夠達(dá)到工程需要的設(shè)計(jì)年限。木結(jié)構(gòu)建筑由于其材料特性及連接方式具有良好的抗震性能，這在我古代就得到了很好的驗(yàn)證，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)抗震性能更優(yōu)于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，運(yùn)用于工程上能夠滿足工程抗震要求，同時(shí)由于其木質(zhì)特性，蘊(yùn)含著古韻文化的內(nèi)涵?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁環(huán)保、生態(tài)節(jié)能，施工周期短，加固維修方便?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁建造施工方便，主要是以拼裝為主，對(duì)施工設(shè)備要求低，木結(jié)構(gòu)橋梁自重比鋼筋混凝土橋梁自重輕；木結(jié)構(gòu)橋梁維護(hù)方便，構(gòu)件方便更換。

我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁建造實(shí)例

我國建成的第一座高速公路跨線現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁位于湖南省張家界至花垣高速公路張家界服務(wù)區(qū)，該橋?yàn)樯铣惺饺q拱橋，主要由拱肋、拱上建筑、橋面系等主橋部分組成，總長(zhǎng)39.5m，橋面凈寬3.0m，矢跨比f/L=1：4.2。主拱圈采用等截面矩形圓弧拱（R=663m）。截面尺寸為685.80mm×222.25mm。兩拱肋之間采用K字形撐連接，共設(shè)8個(gè)。拱肋上共布置8處立柱，連接形式為三角桁架支撐。主材采用的是美國花旗松，輔材為國內(nèi)速成樹種，設(shè)計(jì)人群荷載5.0KN/m2，設(shè)計(jì)使用年限50年。橋梁構(gòu)件在TU預(yù)制好，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，人行橋的建設(shè)工期短。除了上述橫跨高速公路的人行拱橋外，蘇州胥江古運(yùn)河上的歡樂胥江橋是我國建成的國內(nèi)跨度最大的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)拱橋，該橋全長(zhǎng)120m，橋?qū)?m，主跨徑75.7m。整座橋的設(shè)計(jì)承載能力是4.5KN/m2，總承載力為195t，橋體部分全部采用的是高硬度松木材料。橋梁采用膠合木結(jié)構(gòu)桁架形式，造型簡(jiǎn)潔優(yōu)美，下拱截面最大達(dá)到340mm×1200mm，拼接主拱的單根曲線構(gòu)件長(zhǎng)度達(dá)21m。這兩座橋均通過了靜載實(shí)驗(yàn)與動(dòng)載實(shí)驗(yàn)測(cè)試，到目前為止使用狀態(tài)良好。

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用于城市展望

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁由于現(xiàn)代木產(chǎn)品、連接、防火、防腐等技術(shù)的發(fā)展，其耐久性、跨越能力均有很大程度的提高。在國外，木結(jié)構(gòu)橋梁成功的用于了大型公路橋梁，在美國有7%左右的公路橋是現(xiàn)代膠合木橋梁，但在我國現(xiàn)在還是比較鮮見。我國國土面積大，森林資源豐富，這為我國將來建造木結(jié)構(gòu)橋梁提供了資源保障。

城市中的人行橋和立交橋大多數(shù)是由鋼材或鋼筋混凝土建成，在建設(shè)過程中占用的場(chǎng)地大，機(jī)械運(yùn)行產(chǎn)生的噪音影響周圍居民生活，施工過程中產(chǎn)生的灰塵對(duì)城市環(huán)境有很大的影響，施工同時(shí)也會(huì)影響城市交通，出現(xiàn)交通堵塞。施工產(chǎn)生的建筑垃圾多，清理建筑垃圾，花費(fèi)高，并且建筑過程中的垃圾難處理，對(duì)城市環(huán)境有定污染?；炷?、鋼材材料建設(shè)橋梁能量消耗大、破壞后產(chǎn)生的建筑垃圾難以處理，如今建筑垃圾處理問題成為大難題，處理不當(dāng)將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。木材生產(chǎn)所消耗的能源少、對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小，木材達(dá)到使用壽命后可降解且再利用率高。

城市橋梁統(tǒng)一是灰暗色，灰暗色是種冷色調(diào)，給人一種冰冷的感覺，橋梁色調(diào)太單一。為緩解這一問題許多城市在已建成的橋梁上采用各種植物花卉來修飾橋梁以改變這種單一的顏色，對(duì)橋梁進(jìn)行第二次裝飾又增加了橋梁的造價(jià)，同時(shí)也增加了橋梁的自重，植物的生長(zhǎng)會(huì)影響橋面的凈寬，城市立交橋問題得到定的緩解，但也帶來些不足。在城市中人行天橋的建設(shè)中，采用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁代替鋼筋混凝土或鋼材，不僅能在方便道路兩旁的城市居民出行、一定程度上緩解交通壓力的同時(shí)，也能為城市增添一道清新、亮麗的自然景觀。現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁的出現(xiàn)可以改變城市橋梁?jiǎn)我坏纳?，加入自然的色彩。?duì)于城市中的小跨徑橋梁采用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁，節(jié)約了成本，減少鋼筋混凝土和鋼材的使用，減緩了城市熱島效應(yīng)的發(fā)展，給城市增添些活力。在規(guī)劃中的人行天橋、景區(qū)人工湖上的橋以及中小跨徑橋梁使用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)，采用這種綠色環(huán)保的材料，符合我國綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展理念。大力發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)城市橋梁大范圍內(nèi)應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)我國木加工行業(yè)的發(fā)展，能夠緩解我國的就業(yè)壓力。通過木結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用，可以帶動(dòng)我國工程木結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，極大拓展我國速生人工林木材的應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)林業(yè)木材資源的優(yōu)化應(yīng)用，具有顯著的社會(huì)效益。同時(shí)，廣泛采用木結(jié)構(gòu)橋梁，能夠豐富中國現(xiàn)代橋的結(jié)構(gòu)形式。