现代木结构桥梁应用于城市

蔡郭圣　孙劲舟　杨冬冬

从我国面对的城市问题出发，发展一种新型材料建筑成为一种趋势，现代木结构建筑正好符合这一发展趋势。人类运用现代科技技术克服了木材本身的缺陷，本文介绍了现代木结构的特点，例举了在我国已建成的两座现代木结构桥梁，这两座木结构桥梁开启了我国现代木结构桥梁的先河。最后是城市里现代木结构桥梁的应用展望。

土木工程为人类社会创造了新的物质环境，是人类社会现代文明的重要组成部分，在一定程度上加快了我国的城市化，但随之发展出现了越来越多的问题。城市住房、桥梁拔地而起，城市中充满了钢筋混凝土和钢结构建筑物，城市发展成一座水泥森林。城市用地紧张，绿化减少，人造森林产生了一系列的环境问题，比较突出的是“热岛效应”，导致城市温度明显高于周围郊区温度，与城市新建建设形成一种恶性发展，城市的热污染伴随城市加快发展越发严重。在这个物质条件较丰富的时代，人们越来越崇尚自然、注重健康、提倡环保的观念，国家也倡导可持续发展，建设生态城市，大力发展健康环保、节能的生态材料是一种趋势，在城市发展现代木结构桥梁非常有必要。

引言

我国混凝土材料使用起步比较晚，木材在我国古代建筑中扮演着重要的角色，古代的大部分建筑都是使用木材或石材，房屋、桥梁建筑造型优美，与自然环境和谐，取之于自然，适于自然，符合可持续发展的理念。木材相对于混凝土和钢材来说是种可再生的资源，是一种环境友好型的材料，但树木的生长周期较长，未经处理的木材会出现一系列的病害，比如腐烂、虫害，随着国外加工、防腐技术的发展，我国借鉴国外经验，使得木材的病害得以有效的解决。现代木结构集中于北美、欧洲、日本等，在国外木材应用于公路桥梁和人行景观桥梁非常之多。在我国，人们对木结构认识存在一定的误区，在心底认为木材是一种脆弱的材料，木材构件承载能力非常小不适用于承重、木材容易腐烂耐久性不行、易燃容易损毁整个结构、连接处脆弱影响受力性能，从而木结构在心理上给人种不安全感。当今，在融入高新技术加工处理手段后，木结构再度展现出了亮丽的风采和良好的性能。它不仅具有防腐、阻燃和防虫的功能，而且通过日益完善的计算理论分析，提高了其结构的耐久性能和安全可靠度。

现代木结构特点

计算机硬件的飞速发展，工程师们研发出大型软件用于木结构的设计，木材加工技术的不断发展与创新，木结构之间的连接件多样化，木材防护技术的提高，现代木结构相比于传统的木结构有质的飞跃。现代防腐技术和防腐剂的出现提高了木结构防腐性能，经过阻燃处理的木构件，其燃烧性能和耐火性满足规范要求，使得现代木结构耐久性大大的提高，能够达到工程需要的设计年限。木结构建筑由于其材料特性及连接方式具有良好的抗震性能，这在我古代就得到了很好的验证，现代木结构抗震性能更优于混凝土和钢结构，运用于工程上能够满足工程抗震要求，同时由于其木质特性，蕴含着古韵文化的内涵。现代木结构桥梁环保、生态节能，施工周期短，加固维修方便。现代木结构桥梁建造施工方便，主要是以拼装为主，对施工设备要求低，木结构桥梁自重比钢筋混凝土桥梁自重轻；木结构桥梁维护方便，构件方便更换。

我国现代木结构桥梁建造实例

我国建成的第一座高速公路跨线现代木结构桥梁位于湖南省张家界至花垣高速公路张家界服务区，该桥为上承式三铰拱桥，主要由拱肋、拱上建筑、桥面系等主桥部分组成，总长39.5m，桥面净宽3.0m，矢跨比f/L=1：4.2。主拱圈采用等截面矩形圆弧拱（R=663m）。截面尺寸为685.80mm×222.25mm。两拱肋之间采用K字形撑连接，共设8个。拱肋上共布置8处立柱，连接形式为三角桁架支撑。主材采用的是美国花旗松，辅材为国内速成树种，设计人群荷载5.0KN/m2，设计使用年限50年。桥梁构件在TU预制好，运输到施工现场进行拼装，人行桥的建设工期短。除了上述横跨高速公路的人行拱桥外，苏州胥江古运河上的欢乐胥江桥是我国建成的国内跨度最大的现代木结构拱桥，该桥全长120m，桥宽6m，主跨径75.7m。整座桥的设计承载能力是4.5KN/m2，总承载力为195t，桥体部分全部采用的是高硬度松木材料。桥梁采用胶合木结构桁架形式，造型简洁优美，下拱截面最大达到340mm×1200mm，拼接主拱的单根曲线构件长度达21m。这两座桥均通过了静载实验与动载实验测试，到目前为止使用状态良好。

现代木结构桥梁应用于城市展望

现代木结构桥梁由于现代木产品、连接、防火、防腐等技术的发展，其耐久性、跨越能力均有很大程度的提高。在国外，木结构桥梁成功的用于了大型公路桥梁，在美国有7%左右的公路桥是现代胶合木桥梁，但在我国现在还是比较鲜见。我国国土面积大，森林资源丰富，这为我国将来建造木结构桥梁提供了资源保障。

城市中的人行桥和立交桥大多数是由钢材或钢筋混凝土建成，在建设过程中占用的场地大，机械运行产生的噪音影响周围居民生活，施工过程中产生的灰尘对城市环境有很大的影响，施工同时也会影响城市交通，出现交通堵塞。施工产生的建筑垃圾多，清理建筑垃圾，花费高，并且建筑过程中的垃圾难处理，对城市环境有定污染。混凝土、钢材材料建设桥梁能量消耗大、破坏后产生的建筑垃圾难以处理，如今建筑垃圾处理问题成为大难题，处理不当将会对生态环境产生影响。木材生产所消耗的能源少、对生态环境影响小，木材达到使用寿命后可降解且再利用率高。

城市桥梁统一是灰暗色，灰暗色是种冷色调，给人一种冰冷的感觉，桥梁色调太单一。为缓解这一问题许多城市在已建成的桥梁上采用各种植物花卉来修饰桥梁以改变这种单一的颜色，对桥梁进行第二次装饰又增加了桥梁的造价，同时也增加了桥梁的自重，植物的生长会影响桥面的净宽，城市立交桥问题得到定的缓解，但也带来些不足。在城市中人行天桥的建设中，采用现代木结构桥梁代替钢筋混凝土或钢材，不仅能在方便道路两旁的城市居民出行、一定程度上缓解交通压力的同时，也能为城市增添一道清新、亮丽的自然景观。现代木结构桥梁的出现可以改变城市桥梁单一的色彩，加入自然的色彩。对于城市中的小跨径桥梁采用现代木结构桥梁，节约了成本，减少钢筋混凝土和钢材的使用，减缓了城市热岛效应的发展，给城市增添些活力。在规划中的人行天桥、景区人工湖上的桥以及中小跨径桥梁使用现代木结构，采用这种绿色环保的材料，符合我国绿色环保、可持续发展的发展理念。大力发展现代木结构城市桥梁大范围内应用将会促进我国木加工行业的发展，能够缓解我国的就业压力。通过木结构桥梁的应用，可以带动我国工程木结构材料的发展，极大拓展我国速生人工林木材的应用领域，促进林业木材资源的优化应用，具有显著的社会效益。同时，广泛采用木结构桥梁，能够丰富中国现代桥的结构形式。