王鏡鑌 楊海旭 劉婕鈺 程永龍 姜子航 黃澤澳

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

木材產(chǎn)業(yè)對牡丹江市的社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高起到了舉足輕重的作用，也為木橋發(fā)展提供了有力的保證。牡丹江市在很多林區(qū)修建了大量的木結(jié)構(gòu)橋梁，既能起到交通作用，又起到景觀作用，更好地適應該地水流湖泊多的特點。不僅如此，木結(jié)構(gòu)橋梁還具有綠色環(huán)保、輕巧美觀、施工便捷、性能可靠、可循環(huán)利用等優(yōu)點，進而越來越受到人們的青睞?？傊窘Y(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展順應了當今社會的發(fā)展和自然景區(qū)對建筑材料的要求。

1 牡丹江市木橋梁的特點

牡丹江市對木結(jié)構(gòu)橋梁的加工正經(jīng)歷著由依賴經(jīng)驗和純手工制作的傳統(tǒng)加工模式向以工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為主的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁加工模式發(fā)展，新的現(xiàn)代化發(fā)展模式機械化和自動化程度較高，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低，并且有先進的科學技術(shù)作支撐，是一種現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)文化交織的新型產(chǎn)品。總體來說，當前牡丹江市木結(jié)構(gòu)橋梁主要具有以下特點：

1)輕質(zhì)、節(jié)能、綠色環(huán)保：通常，樹木每生長1 m3能吸收1 t CO2并釋放0.75 t O2，同時CO2又以碳的形式存儲于樹木中[1]。在木材加工制作為木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后，在其生命周期內(nèi)，能始終固化其最初所吸收的12C，進而達到節(jié)能減排的目的，充分發(fā)揮其綠色環(huán)保的材料特性。

2)縮短施工周期、降低木橋施工成本：木材質(zhì)輕易加工，木結(jié)構(gòu)橋梁各個構(gòu)件均可實現(xiàn)工廠預加工，且現(xiàn)場安裝時對運輸及吊裝設(shè)備要求低，進而大大縮短工期。并且木材取材方便，且其方法簡單易行，對設(shè)備要求較低，進而降低了木橋的施工成本。

3)易于加固維修：由于標準化構(gòu)件可隨時更換，橋梁的加固維修十分方便。并且定時對橋面進行油漆、防腐、清掃，防止橋面積水，也可以有效防止木結(jié)構(gòu)橋梁發(fā)生腐蝕破壞。

4)具有很好的抗震性：結(jié)構(gòu)所受地震力大小與其自身質(zhì)量有關(guān)，相對于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)橋梁，木結(jié)構(gòu)橋梁的質(zhì)量較輕，地震對其產(chǎn)生的總地震剪力相應較小，因此在遭遇地震作用時，木結(jié)構(gòu)橋梁具有較高的抗震能力和較好的抗震性能。

5)承載力不足需定期保養(yǎng)：木材抗拉強度比鋼筋低很多，以至于相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，木結(jié)構(gòu)承載力明顯不足，目前也只適用于景觀橋梁，而不能作為正常的交通路線，又由于相應規(guī)范雖在完善，但仍有不足，所以在施工和設(shè)計上缺乏相應的限制。同時，由于木材易腐蝕，往往需要定期保養(yǎng)，及時排除安全隱患，進而顯得更為復雜。

2 牡丹江市木橋的應用分析

2.1 牡丹江市林區(qū)景觀木橋的結(jié)構(gòu)形式分析

目前，應力疊合板梁橋、桁架橋和拱橋是現(xiàn)代世界上常用的木橋結(jié)構(gòu)形式，其中橋面板以及欄桿等采用木材，其余部分采用混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的木結(jié)構(gòu)斜拉橋、懸索橋也有很多成功的案例。牡丹江市木橋多為應力疊合板梁橋和懸索橋兩種類型(如圖1，圖2所示)。應力疊合板梁橋是由橋面板與墩臺連接組合而成的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，它具有強度高、使用性能好、施工快速、工廠化程度高等特點，是目前中小跨徑木結(jié)構(gòu)橋梁使用較多的一種結(jié)構(gòu)形式[2]。據(jù)當?shù)啬緲I(yè)企業(yè)技術(shù)人員介紹，該應力疊合板梁橋在選材上的特點是橋面板采用多種復合材料，同時在梁上利用了原木，從材料的角度考慮，原木沒有進行過大規(guī)模的加工，因此能夠很好地保留材料的纖維，這使得其與加工過的木材相比具有更好的和更穩(wěn)定的力學性能；在價格方面，由于原木并未經(jīng)過深度的加工處理，因此較一般方形鋸木的價格低。但缺點在于：原木在耐久性上較加工過的木材差，在與其他構(gòu)件連接的工藝方面，原木由于外表面呈圓柱狀，較一般方形鋸木更難連接。

懸索木橋是牡丹江市另一種常見的木橋形式，如其境內(nèi)鏡泊湖大峽谷中的大部分橋梁為懸索木橋。懸索木橋通過錨固在橋兩端的纜索作為主要承重構(gòu)件，梁上鋪有木制橋面板，采用木制欄桿扶手。這種橋梁有效地利用了各種材料的特點，充分發(fā)揮了各種材料的優(yōu)勢，如以鋼纜索代替木橋墩作為支承結(jié)構(gòu)，有效地解決了木材遇水易腐朽變形、承載力降低的缺點，充分發(fā)揮了鋼材抗拉性強的優(yōu)勢，鋼纜索木吊橋充分發(fā)揮了鋼材和木材自重較輕、工作的可靠性較高、抗震性、抗沖擊性好的特點，有效地提高了橋的承載能力。這種懸索木橋充分利用了兩種材料可以循環(huán)使用的特性，不僅增強了木橋的強度、剛度及使用壽命，也為景區(qū)增添了一番風味，成為景區(qū)內(nèi)一道亮麗的風景線。

2.2 牡丹江市木橋木材耐久性技術(shù)的發(fā)展情況

2.2.1防腐性

現(xiàn)代防腐技術(shù)和防腐劑的出現(xiàn)很大程度上提高了木結(jié)構(gòu)防腐性能，木材在經(jīng)過防腐處理后防腐性能變得更加穩(wěn)定、經(jīng)濟性顯著提高，進而能夠在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁中得到更好的應用，提高現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命。目前使用的防腐劑種類較多，概括起來主要有三大類：油類防腐劑、油溶性防腐劑以及水溶性防腐劑，防腐處理方法也在逐漸完善，主要有浸漬法、噴灑法和刷涂法[3]。此外，防腐相關(guān)規(guī)范也逐漸得到完善[4,5]。

據(jù)牡丹江市木業(yè)企業(yè)技術(shù)負責人描述，在使用木材之前最好先對其進行適當?shù)姆栏幚?，避免腐蝕菌等對木材的腐蝕破壞；隨后在表面涂一層防水涂層，但是，對于裝配使用后的木材，由于在裝配過程中會對已涂好的防水層造成破壞，因此需要做第二次防水處理。

但是據(jù)調(diào)研結(jié)果看，牡丹江市的部分木業(yè)公司不具備防腐處理能力，在防腐處理質(zhì)量上控制得也不嚴格。這些木業(yè)公司僅僅負責對木材的拼裝加工，之后再由買主進行刷涂防腐，不能嚴格執(zhí)行防腐工序，造成木材防腐性能差，進而導致其使用壽命降低和全周期壽命成本提高。

2.2.2耐火性

木材是一種天生具有耐火性的材料，它屬于多孔性生物材料，由于大氣中水汽的存在和降水的影響，導致即使是干燥木材，其細胞間仍然會存在自由水，加上木材燃燒過程中會產(chǎn)生CO2等不可燃性氣體并且在其表面會形成碳化層等，這些特性在一定程度上都能延緩甚至阻止木材進一步燃燒。據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，牡丹江市的絕大部分木業(yè)公司并不關(guān)心木材的耐火性，也不采取先進的防火涂料對木材進行防火處理，僅僅是負責產(chǎn)品的粗加工。

牡丹江市木業(yè)公司在對木材和木橋的耐久性方面缺乏相關(guān)專業(yè)知識，也不了解先進的木材加工技術(shù)。由于技術(shù)指導的缺乏，該市的木橋也僅僅局限于景區(qū)簡易橋梁，結(jié)構(gòu)形式單一，承載力低，耐火性差。大多數(shù)橋梁僅僅是橋面部分采用木板鋪設(shè)而成，其他橋跨部分和下部部分大多采用鋼柱或鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)，尤其是在人流量較大的橋梁處，這種結(jié)構(gòu)較常見。

2.2.3開裂性

木材的開裂是因木材含水量變化導致木材不均勻變形而形成的。為避免在干燥過程中原木的干縮開裂對結(jié)構(gòu)安全性的影響，牡丹江市各個木業(yè)公司通過人為地增加人工裂縫的方法減少木材干縮時裂縫出現(xiàn)位置的隨機性，進而保證了木材的安全性，抑或是利用物理或者化學方法進行處理，通過改變木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，進而有效避免木材的自然裂縫對其力學性能的影響。

2.3 牡丹江市木業(yè)企業(yè)存在的技術(shù)問題分析

1)生產(chǎn)技術(shù)落后。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，牡丹江市木業(yè)企業(yè)由于加工技術(shù)落后和創(chuàng)新能力的匱乏，木材的連接方式也大多局限于鋼釘直接釘接(如圖3所示)，甚至都沒有采取傳統(tǒng)的榫接方式, 橋墩也未經(jīng)過細加工和嚴格的計算設(shè)計。由圖1可見其木材的結(jié)構(gòu)形式非?；靵y，可能不僅無法滿足使用要求，甚至連美觀性很難過關(guān)。

2)木構(gòu)件加工制作問題。

木橋用木材的品種、材質(zhì)、規(guī)格需要與施工圖保持一致。木材上的木節(jié)數(shù)量，蟲洞，腐壞等問題都要嚴格控制。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，木橋上應用的木材，其防腐、防水處理工藝做得并不好，導致橋面多處出現(xiàn)腐朽現(xiàn)象。

3)木材的涂飾工藝問題。

調(diào)研時所見的木橋橋面及橋墩表面涂飾出現(xiàn)皺皮，嚴重脫皮現(xiàn)象。在木業(yè)企業(yè)調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)工人在加工木材時，處理后的木材表面也并未達到光亮、光滑和線條平直的要求。技術(shù)人員認為木橋用材不必像家具用材那樣精細加工，殊不知這樣會為木橋的使用造成極大隱患。

3 結(jié)語

按目前現(xiàn)存的橋梁來看，木橋的發(fā)展不僅可以促進人與自然和諧相處，同時可以帶動相關(guān)木業(yè)行業(yè)的發(fā)展。對于牡丹江市而言，木結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展不僅僅可以使該市的木業(yè)公司發(fā)生產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)型，同時，也可以帶動當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，從而一定程度上起到振興東北的目的，對土木行業(yè)而言，將注入新的“血液”有利于木結(jié)構(gòu)在土木行業(yè)的發(fā)展和研究。但是針對技術(shù)落后及加工工藝不精細等問題，迫切需要科研單位在技術(shù)方面的支持，也需要當?shù)卣呱系膬A斜，促進企業(yè)轉(zhuǎn)型，以適應高速發(fā)展的社會環(huán)境。