牡丹江市木桥应用分析★

王镜镔 杨海旭 刘婕钰 程永龙 姜子航 黄泽澳

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

木材产业对牡丹江市的社会经济发展和人民生活水平提高起到了举足轻重的作用，也为木桥发展提供了有力的保证。牡丹江市在很多林区修建了大量的木结构桥梁，既能起到交通作用，又起到景观作用，更好地适应该地水流湖泊多的特点。不仅如此，木结构桥梁还具有绿色环保、轻巧美观、施工便捷、性能可靠、可循环利用等优点，进而越来越受到人们的青睐。总之，木结构桥梁的发展顺应了当今社会的发展和自然景区对建筑材料的要求。

1 牡丹江市木桥梁的特点

牡丹江市对木结构桥梁的加工正经历着由依赖经验和纯手工制作的传统加工模式向以工业化、产业化的木结构产品为主的现代木结构桥梁加工模式发展，新的现代化发展模式机械化和自动化程度较高，生产效率较高，生产成本较低，并且有先进的科学技术作支撑，是一种现代技术与传统文化交织的新型产品。总体来说，当前牡丹江市木结构桥梁主要具有以下特点：

1)轻质、节能、绿色环保：通常，树木每生长1 m3能吸收1 t CO2并释放0.75 t O2，同时CO2又以碳的形式存储于树木中[1]。在木材加工制作为木结构产品后，在其生命周期内，能始终固化其最初所吸收的12C，进而达到节能减排的目的，充分发挥其绿色环保的材料特性。

2)缩短施工周期、降低木桥施工成本：木材质轻易加工，木结构桥梁各个构件均可实现工厂预加工，且现场安装时对运输及吊装设备要求低，进而大大缩短工期。并且木材取材方便，且其方法简单易行，对设备要求较低，进而降低了木桥的施工成本。

3)易于加固维修：由于标准化构件可随时更换，桥梁的加固维修十分方便。并且定时对桥面进行油漆、防腐、清扫，防止桥面积水，也可以有效防止木结构桥梁发生腐蚀破坏。

4)具有很好的抗震性：结构所受地震力大小与其自身质量有关，相对于钢筋混凝土和钢结构桥梁，木结构桥梁的质量较轻，地震对其产生的总地震剪力相应较小，因此在遭遇地震作用时，木结构桥梁具有较高的抗震能力和较好的抗震性能。

5)承载力不足需定期保养：木材抗拉强度比钢筋低很多，以至于相比于钢筋混凝土结构而言，木结构承载力明显不足，目前也只适用于景观桥梁，而不能作为正常的交通路线，又由于相应规范虽在完善，但仍有不足，所以在施工和设计上缺乏相应的限制。同时，由于木材易腐蚀，往往需要定期保养，及时排除安全隐患，进而显得更为复杂。

2 牡丹江市木桥的应用分析

2.1 牡丹江市林区景观木桥的结构形式分析

目前，应力叠合板梁桥、桁架桥和拱桥是现代世界上常用的木桥结构形式，其中桥面板以及栏杆等采用木材，其余部分采用混凝土或钢结构的木结构斜拉桥、悬索桥也有很多成功的案例。牡丹江市木桥多为应力叠合板梁桥和悬索桥两种类型(如图1，图2所示)。应力叠合板梁桥是由桥面板与墩台连接组合而成的一种桥梁结构形式，它具有强度高、使用性能好、施工快速、工厂化程度高等特点，是目前中小跨径木结构桥梁使用较多的一种结构形式[2]。据当地木业企业技术人员介绍，该应力叠合板梁桥在选材上的特点是桥面板采用多种复合材料，同时在梁上利用了原木，从材料的角度考虑，原木没有进行过大规模的加工，因此能够很好地保留材料的纤维，这使得其与加工过的木材相比具有更好的和更稳定的力学性能；在价格方面，由于原木并未经过深度的加工处理，因此较一般方形锯木的价格低。但缺点在于：原木在耐久性上较加工过的木材差，在与其他构件连接的工艺方面，原木由于外表面呈圆柱状，较一般方形锯木更难连接。

悬索木桥是牡丹江市另一种常见的木桥形式，如其境内镜泊湖大峡谷中的大部分桥梁为悬索木桥。悬索木桥通过锚固在桥两端的缆索作为主要承重构件，梁上铺有木制桥面板，采用木制栏杆扶手。这种桥梁有效地利用了各种材料的特点，充分发挥了各种材料的优势，如以钢缆索代替木桥墩作为支承结构，有效地解决了木材遇水易腐朽变形、承载力降低的缺点，充分发挥了钢材抗拉性强的优势，钢缆索木吊桥充分发挥了钢材和木材自重较轻、工作的可靠性较高、抗震性、抗冲击性好的特点，有效地提高了桥的承载能力。这种悬索木桥充分利用了两种材料可以循环使用的特性，不仅增强了木桥的强度、刚度及使用寿命，也为景区增添了一番风味，成为景区内一道亮丽的风景线。

2.2 牡丹江市木桥木材耐久性技术的发展情况

2.2.1防腐性

现代防腐技术和防腐剂的出现很大程度上提高了木结构防腐性能，木材在经过防腐处理后防腐性能变得更加稳定、经济性显著提高，进而能够在现代木结构桥梁中得到更好的应用，提高现代木结构桥梁的使用寿命。目前使用的防腐剂种类较多，概括起来主要有三大类：油类防腐剂、油溶性防腐剂以及水溶性防腐剂，防腐处理方法也在逐渐完善，主要有浸渍法、喷洒法和刷涂法[3]。此外，防腐相关规范也逐渐得到完善[4,5]。

据牡丹江市木业企业技术负责人描述，在使用木材之前最好先对其进行适当的防腐处理，避免腐蚀菌等对木材的腐蚀破坏；随后在表面涂一层防水涂层，但是，对于装配使用后的木材，由于在装配过程中会对已涂好的防水层造成破坏，因此需要做第二次防水处理。

但是据调研结果看，牡丹江市的部分木业公司不具备防腐处理能力，在防腐处理质量上控制得也不严格。这些木业公司仅仅负责对木材的拼装加工，之后再由买主进行刷涂防腐，不能严格执行防腐工序，造成木材防腐性能差，进而导致其使用寿命降低和全周期寿命成本提高。

2.2.2耐火性

木材是一种天生具有耐火性的材料，它属于多孔性生物材料，由于大气中水汽的存在和降水的影响，导致即使是干燥木材，其细胞间仍然会存在自由水，加上木材燃烧过程中会产生CO2等不可燃性气体并且在其表面会形成碳化层等，这些特性在一定程度上都能延缓甚至阻止木材进一步燃烧。据调研发现，牡丹江市的绝大部分木业公司并不关心木材的耐火性，也不采取先进的防火涂料对木材进行防火处理，仅仅是负责产品的粗加工。

牡丹江市木业公司在对木材和木桥的耐久性方面缺乏相关专业知识，也不了解先进的木材加工技术。由于技术指导的缺乏，该市的木桥也仅仅局限于景区简易桥梁，结构形式单一，承载力低，耐火性差。大多数桥梁仅仅是桥面部分采用木板铺设而成，其他桥跨部分和下部部分大多采用钢柱或钢筋混凝土柱结构，尤其是在人流量较大的桥梁处，这种结构较常见。

2.2.3开裂性

木材的开裂是因木材含水量变化导致木材不均匀变形而形成的。为避免在干燥过程中原木的干缩开裂对结构安全性的影响，牡丹江市各个木业公司通过人为地增加人工裂缝的方法减少木材干缩时裂缝出现位置的随机性，进而保证了木材的安全性，抑或是利用物理或者化学方法进行处理，通过改变木材的内部结构情况，进而有效避免木材的自然裂缝对其力学性能的影响。

2.3 牡丹江市木业企业存在的技术问题分析

1)生产技术落后。

调研发现，牡丹江市木业企业由于加工技术落后和创新能力的匮乏，木材的连接方式也大多局限于钢钉直接钉接(如图3所示)，甚至都没有采取传统的榫接方式, 桥墩也未经过细加工和严格的计算设计。由图1可见其木材的结构形式非常混乱，可能不仅无法满足使用要求，甚至连美观性很难过关。

2)木构件加工制作问题。

木桥用木材的品种、材质、规格需要与施工图保持一致。木材上的木节数量，虫洞，腐坏等问题都要严格控制。根据现场调研结果，木桥上应用的木材，其防腐、防水处理工艺做得并不好，导致桥面多处出现腐朽现象。

3)木材的涂饰工艺问题。

调研时所见的木桥桥面及桥墩表面涂饰出现皱皮，严重脱皮现象。在木业企业调查时，发现工人在加工木材时，处理后的木材表面也并未达到光亮、光滑和线条平直的要求。技术人员认为木桥用材不必像家具用材那样精细加工，殊不知这样会为木桥的使用造成极大隐患。

3 结语

按目前现存的桥梁来看，木桥的发展不仅可以促进人与自然和谐相处，同时可以带动相关木业行业的发展。对于牡丹江市而言，木结构桥梁的发展不仅仅可以使该市的木业公司发生产品或生产工艺的转型，同时，也可以带动当地经济的发展，从而一定程度上起到振兴东北的目的，对土木行业而言，将注入新的“血液”有利于木结构在土木行业的发展和研究。但是针对技术落后及加工工艺不精细等问题，迫切需要科研单位在技术方面的支持，也需要当地政府政策上的倾斜，促进企业转型，以适应高速发展的社会环境。