木结构的连接方式及在桥梁方面的综合运用

杨冬冬　孙劲舟　蔡郭圣

本文介绍了本质结构中构件之间连接方式的三个种类，以及对每种连接方式的特征，优缺点，和应用进行了分析。同时通过对三种连接方式的比较，结合各自在实际中的运用，使此次研究，对连接方式在木结构桥梁建造中起到一定的作用。

前言

在木结构建筑中，连接件的性能影响着结构强度、可靠性和使用寿命，同时，木材有着抗拉强度低、易劈裂、强度随含水率变化的缺点，因此，木结构中连接技术的使用是否合理，是设计成败的关键。就目前的研究现状而言，在木质结构中构件之间的连接主要有三种形式：分别为榫卯连接，胶合连接，连接件连接。虽然现代木结构建筑中更多采用的是连接件连接，但无疑三种连接方式各有优点。而在木结构桥梁方面，如果将三种连接方式综合使用，会让木桥建造更具特色。

木质结构的连接方式及应用情况

1.传统榫卯连接

传统榫卯连接是不用金属，依靠木材之间的“挤压阻力”和“剪切阻力”来传递力的连接方法。完成的连接部位与原构件形态保持协调，外观上简洁简单。但是加工复杂，技术要求高，加工精度对连接部位的性能有影响。

木结构不受水平力时，下部框架梁是不受力的，竖向荷载由柱子承担。在受到较小的水平荷载时，榫头开始咬紧，结构少量滑移，这个阶段是铰接状态。随着荷载增加，榫头开始受到剪力和弯矩作用，直至屈服荷载，榫头是刚性连接，再加荷到极限荷载，柱两端连接的榫头发生拔卯，此时梁柱连接的榫头没有脱出，这个阶段称为结构塑性阶段。此后在极限荷载作用下，结构延性充分发展，直至倒塌，称为结构破坏阶段，而此时材料不会达到塑性（木结构荷载—位移曲线见图1）。

结构破坏主要是因为连接较弱，发生了脱卯，结构整体性削弱引起的。所以，只要加强连接，同时使梁柱连接得榫头在最不利情况下不发生脱卯，加强各构件之间连接，提高结构的刚度，充分去发挥材料的力学性能，那么结构的承载能力将提高。

2.胶合连接

胶合连接是木材之间或木材与其他材料之间用胶合剂进行连接的技术总称。由于木材的结构也是天然的胶黏剂连接成的管状组织，从相面上看，对于木材来说用胶黏剂连接或许是最理想的选择。胶合连接具有初期强度大，刚度高的特点，但是一旦发生初期破坏，比较容易引起连接部位的全体崩溃，在强度可靠性上还有待改善。胶合连接常采用的一些连接形式包括：纵向接头形式，成角接口形式，现场胶合，植筋胶合。

胶合连接的运用主要体现在胶合木的使用方面。胶合木用于现代木结构桥梁，使得木结构桥梁在跨度、承载力、耐久性能方面有了很大的提升。胶合木具有很多的优点，包括：绿色再生；环保节能；美观舒适；耐火阻燃性能好；施工周期短；耐腐蚀性能好；抗震性能好；设计灵活。胶合连接中纵向接头形式的连接在增大胶合木使用跨度上起到了很大的作用，而植筋胶合在提高胶合木的使用性能方面作用显著。

3.连接件连接

连接件连接是使钉、销、螺栓、齿板等金属连接件对构件进行连接的总称。大体上可分为：钉类、螺栓和销类连接件、齿板连接件、木结构铆钉、剪盘和裂环连接件、构架连接件以及梁托等7大类。虽然有人批评连接件的方法，说连接件连接“与木材的相容性差”“缺少创意”，但这种方法简单实用，从小规模结构到大规模结构，用连接件连接已经成为木质结构连接的主流。连接件连接常采用的一些连接形式包括：纵向接头形式、成角接口形式。

金属连接件的使用是现代木结构的主流，主要包括钉，螺栓和齿板的连接。钉连接是连接件中使用最早、最广泛的一种，钉在木结构中主要是用于传递剪力、抵抗拔力，由钉连接的节点吸能能力强，有良好的抗震性能，而且钉的布置方便，受力性质明确；螺栓连接具有制作简单、施工快捷、安全可靠等特点，也是木结构常用的一种连接形式，根据所连接构件的数量，螺栓连接可分为单剪连接、双剪连接和多剪连接，根据连接所用螺栓的数量，又可分为单螺栓连接和群螺栓连接；齿板连接主要用于轻型木桁架节点连接和木构件的接长。因其施工方便、安全可靠，在国外齿板被广泛运用于由规格材制成的轻型木桁架节点的连接或是木构件的接长与接厚。

三种连接方式的比较

金属连接件具有韧性，其施工性能好、可靠性高，但是美观和耐久性不好；相反，胶合连接初期刚性和最大承载能力优越，但在可靠性和施工性能方面较低；传统的榫卯连接，虽然在承载能力上比其他的差，但是在其他方面是获得了平衡的种连接方法。事实上并不能说哪种连接方法最优秀，应该考虑对象木质结构的用途、重要性、要求性能、成本、立地条件等各种因素，并根据具体情况来选择连接方法。

三种连接方式在木结构桥梁的综合运用

木结构桥梁的结构形式主要包括：应力叠合板梁桥；桁架桥；拱桥；斜拉桥；悬索桥；钢-木组合结构桥梁。

榫卯连接有着较好的抗震作用，因此在地震多发的地区可以较多地使用。虽然其承载力相对较差，不过现代的加工工艺，加上胶合木材料的使用，在非主要受力部位，可以予以运用。例如，桥面栏杆以及木桥的装饰部位，均可以使用榫卯连接，其好处在于体现绿色环保的理念，也更具美感。同时在梁柱之间，斜撑与梁柱之间的连接也可以使用榫卯结构，对抗震有着较好的缓冲效果。

胶合连接可单独使用，也可配合连接件连接使用。胶合连接初期的高强度，高刚度可以使木桥某些连接部位达到对受力的要求。而当木材的长度，厚度不能满足设计使用要求时，胶合连接恰恰可以满足这一要求，其中胶合木的使用尤为典型。

金属连接件连接的使用比较多样也比较广泛，既可以承受较大的承载力，也可以作为连接构件之用。但是金属连接件耐火性、耐腐蚀性相对较差，而榫卯结构的配合使用则可以很好地弥补这个缺陷。

因此，虽然连接件连接是现代木结构桥梁连接的主流，但是三种连接方式的综合运用，各取所长，才能建造出更好的建筑，也才能使其更具特色，更经得起时间的考验。

结语

木质结构的连接方式从大的方面来说虽然只有三种，但是具体的连接方法却是多种多样，而且每种连接都有着自己的特征，因此怎样更好的运用这些连接方式很重要。现代木结构桥梁在国内的发展才刚开始，连接方式在其中起着至关重要的作用，如何将各种连接方法综合运用到木结构桥梁中去，还需要更进步的探索。