木結(jié)構(gòu)的連接方式及在橋梁方面的綜合運(yùn)用

楊冬冬　孫勁舟　蔡郭圣

本文介紹了本質(zhì)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間連接方式的三個種類，以及對每種連接方式的特征，優(yōu)缺點(diǎn)，和應(yīng)用進(jìn)行了分析。同時通過對三種連接方式的比較，結(jié)合各自在實際中的運(yùn)用，使此次研究，對連接方式在木結(jié)構(gòu)橋梁建造中起到一定的作用。

前言

在木結(jié)構(gòu)建筑中，連接件的性能影響著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、可靠性和使用壽命，同時，木材有著抗拉強(qiáng)度低、易劈裂、強(qiáng)度隨含水率變化的缺點(diǎn)，因此，木結(jié)構(gòu)中連接技術(shù)的使用是否合理，是設(shè)計成敗的關(guān)鍵。就目前的研究現(xiàn)狀而言，在木質(zhì)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間的連接主要有三種形式：分別為榫卯連接，膠合連接，連接件連接。雖然現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑中更多采用的是連接件連接，但無疑三種連接方式各有優(yōu)點(diǎn)。而在木結(jié)構(gòu)橋梁方面，如果將三種連接方式綜合使用，會讓木橋建造更具特色。

木質(zhì)結(jié)構(gòu)的連接方式及應(yīng)用情況

1.傳統(tǒng)榫卯連接

傳統(tǒng)榫卯連接是不用金屬，依靠木材之間的“擠壓阻力”和“剪切阻力”來傳遞力的連接方法。完成的連接部位與原構(gòu)件形態(tài)保持協(xié)調(diào)，外觀上簡潔簡單。但是加工復(fù)雜，技術(shù)要求高，加工精度對連接部位的性能有影響。

木結(jié)構(gòu)不受水平力時，下部框架梁是不受力的，豎向荷載由柱子承擔(dān)。在受到較小的水平荷載時，榫頭開始咬緊，結(jié)構(gòu)少量滑移，這個階段是鉸接狀態(tài)。隨著荷載增加，榫頭開始受到剪力和彎矩作用，直至屈服荷載，榫頭是剛性連接，再加荷到極限荷載，柱兩端連接的榫頭發(fā)生拔卯，此時梁柱連接的榫頭沒有脫出，這個階段稱為結(jié)構(gòu)塑性階段。此后在極限荷載作用下，結(jié)構(gòu)延性充分發(fā)展，直至倒塌，稱為結(jié)構(gòu)破壞階段，而此時材料不會達(dá)到塑性（木結(jié)構(gòu)荷載—位移曲線見圖1）。

結(jié)構(gòu)破壞主要是因為連接較弱，發(fā)生了脫卯，結(jié)構(gòu)整體性削弱引起的。所以，只要加強(qiáng)連接，同時使梁柱連接得榫頭在最不利情況下不發(fā)生脫卯，加強(qiáng)各構(gòu)件之間連接，提高結(jié)構(gòu)的剛度，充分去發(fā)揮材料的力學(xué)性能，那么結(jié)構(gòu)的承載能力將提高。

2.膠合連接

膠合連接是木材之間或木材與其他材料之間用膠合劑進(jìn)行連接的技術(shù)總稱。由于木材的結(jié)構(gòu)也是天然的膠黏劑連接成的管狀組織，從相面上看，對于木材來說用膠黏劑連接或許是最理想的選擇。膠合連接具有初期強(qiáng)度大，剛度高的特點(diǎn)，但是一旦發(fā)生初期破壞，比較容易引起連接部位的全體崩潰，在強(qiáng)度可靠性上還有待改善。膠合連接常采用的一些連接形式包括：縱向接頭形式，成角接口形式，現(xiàn)場膠合，植筋膠合。

膠合連接的運(yùn)用主要體現(xiàn)在膠合木的使用方面。膠合木用于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁，使得木結(jié)構(gòu)橋梁在跨度、承載力、耐久性能方面有了很大的提升。膠合木具有很多的優(yōu)點(diǎn)，包括：綠色再生；環(huán)保節(jié)能；美觀舒適；耐火阻燃性能好；施工周期短；耐腐蝕性能好；抗震性能好；設(shè)計靈活。膠合連接中縱向接頭形式的連接在增大膠合木使用跨度上起到了很大的作用，而植筋膠合在提高膠合木的使用性能方面作用顯著。

3.連接件連接

連接件連接是使釘、銷、螺栓、齒板等金屬連接件對構(gòu)件進(jìn)行連接的總稱。大體上可分為：釘類、螺栓和銷類連接件、齒板連接件、木結(jié)構(gòu)鉚釘、剪盤和裂環(huán)連接件、構(gòu)架連接件以及梁托等7大類。雖然有人批評連接件的方法，說連接件連接“與木材的相容性差”“缺少創(chuàng)意”，但這種方法簡單實用，從小規(guī)模結(jié)構(gòu)到大規(guī)模結(jié)構(gòu)，用連接件連接已經(jīng)成為木質(zhì)結(jié)構(gòu)連接的主流。連接件連接常采用的一些連接形式包括：縱向接頭形式、成角接口形式。

金屬連接件的使用是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的主流，主要包括釘，螺栓和齒板的連接。釘連接是連接件中使用最早、最廣泛的一種，釘在木結(jié)構(gòu)中主要是用于傳遞剪力、抵抗拔力，由釘連接的節(jié)點(diǎn)吸能能力強(qiáng)，有良好的抗震性能，而且釘?shù)牟贾梅奖?，受力性質(zhì)明確；螺栓連接具有制作簡單、施工快捷、安全可靠等特點(diǎn)，也是木結(jié)構(gòu)常用的一種連接形式，根據(jù)所連接構(gòu)件的數(shù)量，螺栓連接可分為單剪連接、雙剪連接和多剪連接，根據(jù)連接所用螺栓的數(shù)量，又可分為單螺栓連接和群螺栓連接；齒板連接主要用于輕型木桁架節(jié)點(diǎn)連接和木構(gòu)件的接長。因其施工方便、安全可靠，在國外齒板被廣泛運(yùn)用于由規(guī)格材制成的輕型木桁架節(jié)點(diǎn)的連接或是木構(gòu)件的接長與接厚。

三種連接方式的比較

金屬連接件具有韌性，其施工性能好、可靠性高，但是美觀和耐久性不好；相反，膠合連接初期剛性和最大承載能力優(yōu)越，但在可靠性和施工性能方面較低；傳統(tǒng)的榫卯連接，雖然在承載能力上比其他的差，但是在其他方面是獲得了平衡的種連接方法。事實上并不能說哪種連接方法最優(yōu)秀，應(yīng)該考慮對象木質(zhì)結(jié)構(gòu)的用途、重要性、要求性能、成本、立地條件等各種因素，并根據(jù)具體情況來選擇連接方法。

三種連接方式在木結(jié)構(gòu)橋梁的綜合運(yùn)用

木結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)形式主要包括：應(yīng)力疊合板梁橋；桁架橋；拱橋；斜拉橋；懸索橋；鋼-木組合結(jié)構(gòu)橋梁。

榫卯連接有著較好的抗震作用，因此在地震多發(fā)的地區(qū)可以較多地使用。雖然其承載力相對較差，不過現(xiàn)代的加工工藝，加上膠合木材料的使用，在非主要受力部位，可以予以運(yùn)用。例如，橋面欄桿以及木橋的裝飾部位，均可以使用榫卯連接，其好處在于體現(xiàn)綠色環(huán)保的理念，也更具美感。同時在梁柱之間，斜撐與梁柱之間的連接也可以使用榫卯結(jié)構(gòu)，對抗震有著較好的緩沖效果。

膠合連接可單獨(dú)使用，也可配合連接件連接使用。膠合連接初期的高強(qiáng)度，高剛度可以使木橋某些連接部位達(dá)到對受力的要求。而當(dāng)木材的長度，厚度不能滿足設(shè)計使用要求時，膠合連接恰恰可以滿足這一要求，其中膠合木的使用尤為典型。

金屬連接件連接的使用比較多樣也比較廣泛，既可以承受較大的承載力，也可以作為連接構(gòu)件之用。但是金屬連接件耐火性、耐腐蝕性相對較差，而榫卯結(jié)構(gòu)的配合使用則可以很好地彌補(bǔ)這個缺陷。

因此，雖然連接件連接是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁連接的主流，但是三種連接方式的綜合運(yùn)用，各取所長，才能建造出更好的建筑，也才能使其更具特色，更經(jīng)得起時間的考驗。

結(jié)語

木質(zhì)結(jié)構(gòu)的連接方式從大的方面來說雖然只有三種，但是具體的連接方法卻是多種多樣，而且每種連接都有著自己的特征，因此怎樣更好的運(yùn)用這些連接方式很重要?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁在國內(nèi)的發(fā)展才剛開始，連接方式在其中起著至關(guān)重要的作用，如何將各種連接方法綜合運(yùn)用到木結(jié)構(gòu)橋梁中去，還需要更進(jìn)步的探索。