一种高强方便制作施工的胶合木梁桥及其制作和施工方法与流程

本发明属于木结构桥梁技术领域，涉及一种高强方便制作施工的胶合木梁桥及其制作和施工方法。

背景技术：

我国如今正倡导发展现代木结构建筑并将其确定为我国三大装配式结构体系之一。胶合木作为新型的建筑材料现已广泛应用于现代木结构建筑中，胶合木结构建筑具有绿色环保、强重比高、抗震性能好、装配化程度高、施工周期短、和谐美观等诸多优点，实现了工程材料性能的大跨越。基于胶合木材料的优异性能，将工艺简单、施工方便、外型美观的胶合木结构应用于景观人行桥、中小跨径公路桥梁、山区低等级公路桥的建造中，将带来极大的环保、经济和社会效益。

胶合木材料虽然能通过加工获得长度、厚度的提高，但在工程中为了实际操作以及运输限制，不宜直接加工过大的全桥长度尺寸的构件，依然需要一种连接方式来实现胶合木构件的连接与接长：在现代胶合木结构连接中通常使用的是标准规范化的螺栓连接件，螺栓连接有标准化程度高、拆装方便、可连接不同材料等优点。与钉连接相比，螺栓连接中的所用螺栓的直径比钉要大，使得螺栓连接具有更高的强度；与齿连接相比，螺栓连接比齿连接的承载能力高，可以适用于各种木结构。而且如剪板和裂环连接、齿板连接、植筋等较为繁琐，在生产以及安装过程中难度较大，只能在特殊情况下使用。另外，螺栓连接的力学性能可以用钢夹板来强化，与钢填板相比：钢夹板无需对木构件进行开槽加工，制作难度大大降低，并且木构件开槽后与钢填板的缝隙里容易进入异物造成隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强方便制作施工的胶合木梁桥，安全可靠，承载力强度高。

本发明的另一目的是提供上述高强方便制作施工的胶合木梁桥的制作方法，解决了现有胶合木材料工业化生产中不易操作及加工的问题，制作难度低。

本发明的另一目的是提供上述高强方便制作施工的胶合木梁桥的施工方法，施工便捷，作业强度小，施工质量好，消耗小。

本发明所采用的技术方案是：一种高强方便制作施工的胶合木梁桥，包括胶合木支撑架和铺设在胶合木支撑架上的胶合木桥面板：其中胶合木支撑架包括多个沿纵向方向延伸的主梁机构和沿横向方向延伸的胶合木横隔梁，主梁机构由多个胶合木主梁通过两侧的第一钢板和第一螺栓串联拼接而成，相邻的主梁机构之间通过胶合木横隔梁连接，胶合木横隔梁的两端通过第二钢板和第二螺栓与主梁机构连接；胶合木桥面板由横向胶合木板和覆盖在其两侧并带有预留孔的棱形花纹钢板通过螺钉连接构成并通过螺钉固定在胶合木支撑架上，胶合木桥面板两侧拼装固定有胶合木护栏。

进一步地，所述接长方向相邻的胶合木主梁的接合处的两侧均设有第一钢板并从两侧夹住胶合木主梁，第一螺栓依次穿过弹簧垫圈、位于胶合木主梁一侧的第一钢板、胶合木主梁、位于胶合木主梁另一侧的第一钢板和垫片后连接锁紧螺母，实现相邻的胶合木主梁之间的钢夹板-螺栓连接。

进一步地，所述胶合木横隔梁的两端的两侧均设有第二钢板，第二钢板为与胶合木横隔梁和胶合木主梁接合处形状匹配的l形钢板，l形钢板的横向部分通过第二螺栓与胶合木横隔梁螺栓连接，l形钢板的纵向部分通过第二螺栓与主梁机构螺栓连接。

本发明所采用的另一技术方案是：一种高强方便制作施工的胶合木梁桥的制作方法，所述胶合木主梁、胶合木桥横隔梁、横向胶合木板以及胶合木护栏的制作包括以下步骤：

步骤1：材料准备：包括制备锯材和干燥处理：制备锯材是将圆形断面的原木加工成矩形断面锯材，所述锯材的长度方向为木材的纵向，宽度或厚度方向为木材的横向；干燥处理是将锯材的含水率控制在8％-12％；

步骤2：材料加工：包括材质分级和锯材加工：材质分级通过观测缺陷的目测分级和检测弹性模量的机械分级结合的方式对锯材进行层板材质等级分级；锯材加工是根据胶合木梁构件的具体要求对层板材质等级、尺寸、纹理方向进行挑选，然后根据胶拼要求，对锯材进行指接榫头或其他形状、规格尺寸和降低表面粗糙度的加工；

步骤3：包括层板组胚和层板胶合：层板组胚是对于胶合木主梁、胶合木横隔梁构件的加工中采用异等组合形式，即受拉区边缘部位的层板材质等级高于受压区的层板，另外需要标注顶面，且顶面与胶合木主梁所受荷载垂直；对于横向胶合木板，采用正交组合结构形式，即横纹、顺纹的锯木层板交错排布，且层板数为奇数；胶合木护栏采用等级较低的木材层板，或是剔除缺陷后的锯材及胶合木主梁的层板加工剩下的较小尺寸的锯材，将其进行胶合加工。层板胶合中采用间苯二酚-苯酚-甲醛制备的rpf树脂胶黏剂对锯材进行接长和拼厚，其中接长胶合采用指接，拼厚胶合采用平接并注意各层板年轮方向一致且胶合面与荷载方向垂直；

步骤4：后期处理：包括固化养护和构件加工：固化养护是在指定条件下待胶黏剂固化并达到达到初期强度后卸掉压力，然后置于指定温度湿度稳定的场所里；构件加工是对胶合木构件实施进一步的锯切、刨削、钻孔的加工。

进一步地，所述步骤3胶黏剂中多聚甲醛加入量为树脂质量的15％，涂胶要均匀不可缺胶，单面涂胶量为250～300g/m²。

进一步地，所述步骤3胶合时压板温度80℃、压板时间1h，胶合压力为1.5mpa，待胶黏剂固化并达到初期强度后卸掉压力，并放置在室温内养护72h后才可进行下一步加工，20℃以上加压150分钟，随着温度降低固化时间也相应增加，但温度不能低于18℃。

本发明所采用的又一技术方案是：一种高强方便制作施工的胶合木梁桥的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：施工准备：包括基础施工和部件运输：基础施工采用扩大基础，按照桥梁设计资料提供的荷载值设计基础，根据设计资料及服务区的地质情况来确定，且放线施工精度要求至1mm；部件运输是将工厂预制的构件进行编号，其中胶合木主梁、胶合木横隔梁需要标明顶面，而后根据施工计划运输至现场装配区；

步骤二：现场拼装及吊装：包括胶合木支撑架拼装和胶合木支撑架吊装：胶合木支撑架包括主梁机构和胶合木横隔梁机构，主梁机构由多个胶合木主梁拼接接长而成，在接长方向相邻的胶合木主梁的接合处的两侧设有第一钢板从两侧夹住胶合木主梁，而后通过第一螺栓依次穿过弹簧垫圈、胶合木主梁一侧的第一钢板、胶合木横隔梁、胶合木主梁另一侧的第一钢板和垫片后连接锁紧螺母，多次连接后实现多段胶合木主梁的接长；在胶合木横隔梁的两端的两侧设有l形钻孔第二钢板，然后采用相同的螺栓连接方法实现与主梁机构的连接最终构成胶合木支撑架；胶合木支撑架吊装是将安装好的胶合木支撑架吊装到指定位置；

步骤三：桥面系安装：包括安装胶合木桥面板、棱形花纹钢板和胶合木护栏：将多个横向胶合木板通过螺钉固定在胶合木支撑架上，然后将棱形花纹钢板覆盖在横向胶合木板两侧并通过螺钉进行连接构成胶合木桥面板，最后将胶合木护栏拼接并通过螺钉固定在桥面的两侧。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1、在该梁桥的部件制作中采用了不同强度和不同尺寸的木材以满足不同部件的力学需要，与现有的高、低强度不同的木材进行混合胶合或者只采用高强度木材的工艺相比，可以充分利用原木材，节约了木材资源。

2、钢板的宽度与梁高一致，且钢板不需要特殊的焊接，胶合木也无需内部开槽只需要外部钻孔，所用螺栓也是规范常用普通螺栓。因此尽可能降低了对胶合木完整性及木纤维的破坏，并且所用材料均是标准件便于标准化生产加工，在加工中流程简单，且安装方便快捷。

3、在桥面下的胶合木支撑架中，采用了相邻胶合木主梁均通过数个胶合木横隔梁用l形钢板和螺栓进行连接，形成了胶合木梁格。因此桥面不会有太大的变形，行人更舒适，即使某段横梁损坏依然可以保证整体的稳定性，且更换部件也更方便。

综上所述，本发明具有的有益效果是：本发明公开的高强方便制作施工的胶合木梁桥结构简单，制作难度低，承载力强度高，安全可靠，施工便捷，因此可以被广泛运用到现代木结构桥梁中。本发明一方面提供的胶合木构件的制作方法，可以科学分级层板，胶合效果稳定、抗剪强度高、指接强度高、安全经济、能充分利用不同强度的木材层板，减少木材材料的用量；另一方面所提供的胶合木梁桥的施工方法，施工周期短、不受季节影响、施工所需劳动力少、操作强度低、施工质量高、施工消耗小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为层板指接工艺示意图。

图2为层板叠加胶合示意图。

图3为高强方便制作施工的胶合木梁桥的结构示意图。

图4为图3的主视图。

图5为图3的左视图。

图6为图3的俯视图。

图7为相邻的胶合木主梁的接合处的结构示意图。

图8为胶合木支主梁的结构示意图。

图9为胶合木支撑架的主视图。

图10为胶合木支撑架的左视图。

图11为胶合木横隔梁的结构示意图。

图12为图11的侧视图。

图13为图11的俯视图。

图中：1-胶合木护栏，2-胶合木主梁，3-第一钢板，4-第一螺栓，5-横向胶合木板，6-棱形花纹钢板，7-螺钉，8-胶合木横隔梁，9-第二钢板，10-弹簧垫圈，11-垫片，12-锁紧螺母，13-第二螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述的高强方便制作施工的胶合木梁桥的结构示意图如图3-图6所示，包括如图9所示的胶合木支撑架和如图6所示的铺设在胶合木支撑架上的胶合木桥面，其中胶合木支撑架包括多个沿纵向方向延伸的如图8所示的主梁机构和沿横向方向延伸的胶合木横隔梁8，主梁机构由多个胶合木主梁2通过两侧第一钢板3和第一螺栓4串联拼接而成，相邻的主梁机构之间通过胶合木横隔梁8连接，胶合木横隔梁8的两端通过第二钢板9和第二螺栓13与主梁机构连接(见图10)。横向胶合木板5和带有预留孔的棱形花纹钢板6通过螺钉7固定在胶合木支撑架上构成胶合木桥面板(在薄棱形花纹钢板边角附近有预留钻孔，而后螺钉7穿过钻入胶合木板5并拧紧，这样连接可靠，装拆方便，便于后期维修的更换，成本低廉，施工标准化程度高。在胶合木板上固定薄钢板是为了一定程度上满足行人的特殊需要并减少对桥面木板的磨损，如行人的行李箱、手推车等对桥面平整度有更高需要或其他对桥面木板磨损较大的情形。薄钢板上带有棱形花纹，是为了增大钢板表面的粗糙程度，防止钢板表面过于光滑在雨天时给行人带来安全隐患。)，并在桥面两侧拼装固定了胶合木护栏1最终构成了完整的高强方便制作施工的胶合木梁桥。

其中，如图7所示，主梁机构由多个胶合木主梁2拼接接长而成，接长方向相邻的胶合木主梁2的接合处的两侧均设有第一钢板3从两侧夹住胶合木主梁2，然后由第一螺栓4依次穿过弹簧垫圈10、位于胶合木主梁2一侧的第一钢板3、胶合木主梁2、位于胶合木主梁2另一侧的第一钢板3和垫片11后连接锁紧螺母12，实现相邻的胶合木主梁2之间的钢夹板-螺栓连接。如图11-图13所示，胶合木横隔梁8的两端的两侧均设有第二钢板9，第二钢板9为与胶合木横隔梁8和胶合木主梁2接合处形状匹配的l形钢板，l形钢板的横向部分通过第二螺栓13与胶合木横隔梁8螺栓连接，l形钢板的纵向部分通过第二螺栓13与主梁机构螺栓连接。

一种如图1和图2所示的一种高强方便制作施工的胶合木梁桥的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：材料准备：包括制备锯材和干燥处理。制备锯材是将圆形断面的原木加工成矩形断面锯材，所述锯材的长度方向为木材的纵向，宽度或厚度方向为木材的横向。干燥处理是将锯材的含水率控制在8％-12％。

步骤2：材料加工：包括材质分级和锯材加工。材质分级是按照《胶合木结构技术规范》gb50708-2012的目测分级及机械分级层板材质等级标准，通过观测缺陷的目测分级和检测弹性模量的机械分级结合的方式对锯材进行层板材质等级分级。锯材加工是根据胶合木梁构件的具体要求对层板材质等级、尺寸、纹理(即年轮)方向进行挑选，然后根据胶拼要求，对锯材进行指接榫头或其他形状、规格尺寸和降低表面粗糙度的加工。

步骤3：对获得的尺寸形状符合要求的锯材进行组合胶拼：包括层板组胚和层板胶合。层板组胚是对于胶合木主梁及胶合木横隔梁构件由于底部容易产生受拉破坏，故层板组合采用异等组合结构形式，即受拉区边缘部位的木材层板材质等级高于受压区的层板，另外需要标注顶面，且顶面与胶合木主梁所受荷载垂直；层板胶合采用间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂对锯材进行接长和拼厚：在材料接长中采用指榫胶接工艺(见图1)，在材料拼厚中采用平接(见图2)并注意各层板年轮方向一致以避免胶层剥离应力且胶合面与荷载方向垂直；胶合木桥面板时为了耐久性能好，行人行车舒适，路用疲劳性能好，采用正交组合结构形式，即横纹、顺纹的锯木层板交错排布，且层板数为奇数；胶合木护栏由于不受直接荷载故采用等级较低的木材层板，或是剔除缺陷后的锯材及胶合木主梁的层板加工剩下的较小尺寸的锯材，将其进行胶合加工。

其中，需要胶合的木材层板含水率应控制在8％-12％，这样避免影响木材力学性能和胶合强度，也能有效控制木材变形确保胶合过程顺利。胶合面需刨削平滑且立即涂胶加压，层板锯切方向不必考虑。胶黏剂采用以间苯二酚、苯酚、甲醛制备的rpf树脂胶黏剂，其中多聚甲醛加入量为树脂质量的15％，涂胶要均匀不可缺胶，单面涂胶量为250～300g/m²：试验表明多聚甲醛加入量会影响树脂固化时间，且加入量为15％时树脂固化时间最短；面积为宽×厚×长＝150×30×2010mm的标准层板涂胶量单面为50-300g/m²，过多会溢出来，过少则胶合强度不够。压板温度80℃、压板时间1h，胶合压力为1.5mpa(实验表明压板温度、压板压力对rpf树脂胶粘剂剪切强度影响较大，压板时间对剪切强度影响甚微。胶合压力过小会造成胶合强度降低，胶合压力过大会挤出胶黏剂使强度降低。当压板温度80℃、压板时间1h，胶合压力为1.5mpa时胶黏剂固化效果最好)，待胶黏剂固化并达到初期强度后卸掉压力，并放置在室温内养护72h后才可进行下一步加工，通常20℃以上加压150分钟即可，随着温度降低固化时间也相应增加，但温度不宜低于18℃。

步骤4：后期处理：包括固化养护和构件加工。固化养护是在指定条件下待胶黏剂固化并达到初期强度后卸掉压力，然后置于指定温度湿度稳定的场所里。构件加工是通过锯切和刨削使胶合木构件表面光滑，以及更进一步地刨削和钻孔以满足胶合木构件可以通过钢板和螺栓组装成整体。

一种高强方便制作施工的胶合木梁桥的装配化施工方法，包括以下步骤：

步骤一：施工准备：包括基础施工和部件运输。基础施工采用扩大基础，按照桥梁设计资料提供的荷载值设计基础，根据设计资料及服务区的地质情况来确定，且放线施工精度要求至1mm；部件运输是将工厂预制的构件进行编号，其中胶合木主梁、胶合木横隔梁需要标明顶面，而后根据施工计划运输至现场装配区。

步骤二：现场拼装及吊装：包括胶合木支撑架拼装和胶合木支撑架吊装。胶合木支撑架包括主梁机构和横隔梁机构，如图7所示，主梁机构由多个胶合木主梁2拼接接长而成，接长方向相邻的胶合木主梁2的接合处的两侧均设有第一钢板3从两侧夹住胶合木主梁2，而后由第一螺栓4依次穿过弹簧垫圈10、位于胶合木主梁2一侧的第一钢板3、胶合木主梁2、位于胶合木主梁2另一侧的第一钢板3和垫片11后连接锁紧螺母12，实现相邻的胶合木主梁2之间的钢夹板-螺栓连接。如图11所示，胶合木横隔梁8的两端的两侧均设有第二钢板9，第二钢板9为与胶合木横隔梁8和胶合木主梁2接合处形状匹配的l形钢板，l形钢板的横向部分通过第二螺栓13与胶合木横隔梁8螺栓连接，l形钢板的纵向部分通过第二螺栓13与主梁机构螺栓连接。最后将其吊装至指定位置。

步骤三：桥面系安装：包括安装胶合木桥面板、棱形花纹钢板、胶合木护栏。横向胶合木板5横向铺设在胶合木主梁机构和胶合木横隔梁形成的胶合木支撑架整体上，并通过螺钉7固定，横向胶合木板5两侧沿纵向方向覆盖棱形花纹钢板6，并且棱形花纹钢板6与横向胶合木板5通过螺钉连接，构成了胶合木桥面板。最后将提前预制好的多段胶合木护栏进行拼接并通过螺钉固定在胶合木桥面板的两侧形成如图3-图6(其中图4-图6为图3的辅助视图)所示的高强方便制作施工的胶合木梁桥。

实施例

下面以一座12m跨径人行桥为例，对本发明的技术方案作进一步的说明：

在胶合木支撑架中，所述主梁机构有4个，长度均为12000mm，均由3段长度为4000mm、宽度为300mm、高度为700mm的胶合木主梁2接合而成；所述第一钢板3的厚度为10mm，长度为1100mm，宽度为700mm；所述第一螺栓4直径为20mm。

在横梁机构中，所述胶合木横隔梁8的长度为933.3mm，宽度为200mm，高度为600mm；所述第二钢板9为两块厚度为10mm，长度为600mm，宽度为200mm的钢板沿着长度方向焊接垂直呈l形而成；所述第二螺栓13直径为10mm。

在胶合木桥面板中，所述胶合木桥面板的单块横向胶合木板5厚度为40mm，长度为3700mm，宽度为400mm，然后拼接形成桥面；所述螺钉7直径为10mm，可将横向胶合木板5固定在主梁机构的胶合木主梁2上；所述棱形花纹钢板6厚度为5mm，宽度为800mm。

另外，本文还通过制作钢夹板-螺栓连接胶合木连接件，探究了这种连接方式的屈服模式和抗剪性能以及影响因素：首先，发现了钢夹板-螺栓连接胶合木的破坏模式有三种，第一种是胶合木厚度较小或强度不足而发生胶合木销槽承压破坏；第二种是由于胶合木较厚且强度较高所产生的钳制力导致螺栓在胶合木中间发生屈服出现“单铰”破坏；第三种是由于螺栓直径较小，胶合木和钢夹板较厚且强度高产生的钳制力导致螺栓屈服出现“双铰”破坏。且抗剪性能受厚径比和螺栓的间距影响较大。然后又探究了钢夹板-螺栓连接胶合木连接件的滞回性能的影响因素：首先，胶合木-钢夹板螺栓连接在低周反复载荷作用下的滞回曲线基本都呈较饱满棱形和弓形，表明该类连接方式具有良好的耗能能力和抗震性能；其次，单螺栓连接构件虽然具有良好的耗能能力和抗震性能，但其承载能力较低，多螺栓连接构件承载力明显高于单螺栓连接。多螺栓连接分为螺栓并列连接方式和错列螺栓连接方式，其中螺栓并列连接方式抗震性能要好于错列螺栓连接方式，且两排螺栓布置构件抗震性能更优越，而且随着螺栓顺纹间距的增大，试件的承载能力不断增大，同时试件的捏缩效应也逐渐减小，因此随着螺栓顺纹间距的增加，其抗震能力会逐渐增强；另外，通过提取骨架曲线线性阶段斜率可知：构件设计厚径比在7.5-10之间为最佳，骨架曲线达峰值荷载后，骨架曲线出现明显的下降段，但所有下降段总体都较平缓，说明该类胶合木-钢夹板螺栓组合结构延性性能较好。以上都表明了该连接方式具有良好的耗能能力和抗震性能。最后依据跨中位置所受承载力最大的原理制作了钢夹板-螺栓连接胶合木梁进行试验：完整胶合木梁尺寸为2500mm×60mm×127mm，其中钢夹板-螺栓连接胶合木梁是将完整胶合木梁从跨中断开通过钢板-螺栓连接所制作的，再使用8.8级强度公称直径6mm螺栓和6mm厚度的q235钢板，研究发现采用螺栓中距100mm、端距50mm、边距20mm的三行六列共18个螺栓的排布方式抗弯承载力分别为23.7kn，较完整胶合木梁的22.8kn提高了4％。并且钢夹板螺栓连接胶合木梁在破坏中不会像纯胶合木梁突然受拉区脆性破坏，而是螺栓孔销槽承压破坏，在临近破坏时变形能力更大，表现出更好的延性。综上所述，这种连接方式可以媲美完整的胶合木梁，弥补木梁脆性破坏的缺点，在实际工程使用中也将更加安全。

在实际工程中，参与设计和建造了一座采用了钢板-螺栓连接技术的张花高速现代木结构人行天桥。而后设计河北某森林公园的钢夹板-螺栓连接的胶合木桁梁桥并计算了满足杆件的最大轴向压应力和拉应力以及最大组合应力。之后又完成了一座湖南洞口县某景区胶合木连续梁廊桥的设计和计算。以上实例均验证了该结构桥梁应用的可行性。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。