CN108797302A - 一种胶合木廊桥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶合木廊桥，包括至少两根纵梁、用于支撑纵梁的支座、桥面板、以及廊屋系统，所述廊屋系统的廊柱沿所述纵梁的长度方向布置，所述纵梁的支座和廊柱位置处均设有横梁，所述横梁两端与相邻的两根所述纵梁固定连接，所述桥面板铺设于所述横梁和所述纵梁形成的方格上、且桥面板与所述纵梁胶合连接，所述廊柱设于所述桥面板上并与所述纵梁固定连接，所述纵梁、所述横梁、所述桥面板及所述廊柱均采用胶合木制作。本发明具有整体性好，振动与变形小，可减少截面尺寸，节省材料和造价等优点。
Description
技术领域
本发明涉及现代木结构桥梁，尤其涉及一种胶合木廊桥。
背景技术
木结构廊桥是廊屋与桥梁的组合建筑，因廊屋可遮风挡雨，所以廊桥又称风雨桥，具有实用性、人文性和艺术性集于一身的特点，现代木结构桥梁采用胶合木取代原木成为主要材料，弥补了古代木桥在跨径、承载和功能方面的不足。同时随着我国旅游业的发展、传统建筑保护需求的提高以及产业政策支持，目前现代木结构桥梁与建筑得到大力研究和推广应用。
如附图1和附图2所示，胶合木简支梁桥跨径为l，宽度b，由多片主梁10(纵梁)、横梁20及桥面板30组成；横梁20间距l1，主梁10间距l2；桥面板30厚度t。桥面板30支承在主梁10与横梁20上，其受力是四边支承的矩形板。一般来说，四边支承的矩形板，当长跨(l1)与短跨(l2)之比相差不大，即比值在1≤l1/l2＜2之间时，在垂向荷载作用下沿长跨与短跨两个方向都将产生较大的弯矩，即双向受力，称之为双向板。并且，短跨(l2)方向的弯矩M1大于长跨(l1)方向弯矩M2。相应地，当l1/l2≥2时，荷载主要向短跨方向传递，长跨方向受力很小，基本可以忽略不计，通常称之为单向板。传统的木桥其桥面板与主梁之间一般采用钉(或螺栓等一类紧固件)连接，固结性不强，桥面板与主梁没有完全共同受力，由于木材弹性模量相对较低、质量轻，容易产生较大的振动变形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种整体性好，振动与变形小，可减少截面尺寸，节省材料和造价的胶合木廊桥。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种胶合木廊桥，包括至少两根纵梁、用于支撑纵梁的支座、桥面板、以及廊屋系统，所述廊屋系统的廊柱沿所述纵梁的长度方向布置，所述纵梁的支座和廊柱位置处均设有横梁，所述横梁两端与相邻的两根所述纵梁固定连接，所述桥面板铺设于所述横梁和所述纵梁形成的方格上、且桥面板与所述纵梁胶合连接，所述廊柱设于所述桥面板上并与所述纵梁固定连接，所述纵梁、所述横梁、所述桥面板及所述廊柱均采用胶合木制作。
作为上述技术方案的进一步改进：所述纵梁与所述横梁通过第一连接构件相连，所述第一连接构件包括安装于所述纵梁上的U型梁托，所述U型梁托的两侧面均设有两组连接组件，所述横梁夹设于U型梁托同一侧的两组连接组件之间，所述连接组件包括与U型梁托侧壁焊接的竖向加劲肋、以及与竖向加劲肋上部焊接的横向加劲肋，U型梁托同一侧的两块所述竖向加劲肋下部和所述横梁通过紧固件相连，U型梁托同一侧的两块所述横向加劲肋和所述横梁通过紧固件相连，所述U型梁托的两侧壁和所述纵梁通过紧固件相连。纵梁与横梁之间的连接结构，固结性强，有利于提高固结体系的结构刚度和整体性，桥面板的荷载能够均匀地通过横梁传递至纵梁上，且易于现场组装施工，提高施工效率。
作为上述技术方案的进一步改进：所述纵梁与所述廊柱通过第二连接构件相连，所述第二连接构件包括圆形底板以及焊接于圆形底板上的十字型连接板，所述圆形底板布置于所述桥面板上并通过紧固件与所述纵梁相连，所述十字型连接板嵌入所述廊柱内并通过紧固件与所述廊柱相连。纵梁与廊柱之间的连接结构，不易产生振动和变形，固结性强，可靠性高，廊屋系统的荷载能够均匀地传递至纵梁上。
作为上述技术方案的进一步改进：所述桥面板为双向板，桥面板包括n层板层，且n为不小于3的自然数，相邻两层所述板层之间胶合连接，当n为奇数时，相邻两层所述板层的顺纹方向垂直；当n为偶数时，第1层至第层中相邻两层所述板层的顺纹方向垂直，第层至第n层中相邻两层所述板层的顺纹方向垂直，且第层和第层板层的顺纹方向平行。由于木材的拉压、弯曲强度与木材的纹理方向有关，木材顺纹方向的拉压、弯曲强度远大于横纹方向，本发明公开的正交胶合木双向板，采用奇数层时，层板的顺纹沿双向板的短跨、长跨交替布置，采用偶数层时，最中心的两层顺纹方向平行，其余各层顺纹沿双向板的短跨、长跨交替布置，使得木材的顺纹双向布置，可合理地承受双向板的弯矩作用，充分发挥木材的性能，达到节约用材和降低成本的目的
作为上述技术方案的进一步改进：当n为奇数时，第1层和第n层板层、第2层和第n-1层板层......第层和第层板层对称布置；当n为偶数时，第1层和第n层板层、第2层和第n-1层板层......第层和第层板层对称布置。中间板层上下两侧对应的各层板4对称布置，使得双向板在受弯矩作用下顶面、底面能够承受最大的拉、压应力。
作为上述技术方案的进一步改进：第1层和第n层所述板层的顺纹沿着双向板的短跨方向布置，有利于满足双向板短跨方向的弯矩大于长跨方向的要求，且第1层和第n层所述板层的顺纹方向与所述纵梁的顺纹方向垂直，也即桥面板与纵梁正交胶合，这种结构有利于进一步增加T型截面梁的结构刚度，从而可减少自重，减少截面尺寸，进而节省材料与造价。
作为上述技术方案的进一步改进：所述桥面板为单向板，桥面板包括n层板层，且n为不小于3的自然数，各层所述板层的顺纹方向平行。桥面板采用单相板，各层板层的顺纹方向平行，简化了桥面板的结构，同时充分发挥材料性能，节约用料和工程造价。
作为上述技术方案的进一步改进：各层所述板层的顺纹沿着单向板的短跨方向布置，有利于满足双向板短跨方向的弯矩大于长跨方向的要求，且各层所述板层的顺纹方向与所述纵梁的顺纹方向垂直，也即桥面板与纵梁正交胶合，这种结构有利于进一步增加T型截面梁的结构刚度，从而可减少自重，减少截面尺寸，进而节省材料与造价。
作为上述技术方案的进一步改进：所述廊屋系统包括位于纵梁两端的重檐宝塔式梢间、位于纵梁中部的重檐宝塔式明间、以及用于连接重檐宝塔式梢间和重檐宝塔式明间的连廊式次间，所述重檐宝塔式梢间、所述重檐宝塔式梢间和所述连廊式次间均沿横向设置有四根所述廊柱，四根所述廊柱包括两根对称布置的金柱和两根对称布置的檐柱，两根所述金柱位于两根所述檐柱之间。
作为上述技术方案的进一步改进：所述金柱的直径大于所述檐柱的直径，有利于提高廊屋系统横向抗风能力，进而满足横向抗风安全要求；与所述金柱相连的纵梁的横向尺寸大于其他纵梁的横向尺寸，也即金柱下方的纵梁宽度相对其他纵梁宽度要宽，使得该纵梁可以为金柱提供可靠的支撑，以满足受力要求；支座位置处的横梁的纵向尺寸大于廊柱位置处的横梁的纵向尺寸，也即支座位置处的横梁宽度相对更宽，有利于满足支座位置处的受力要求，提高廊桥结构的可靠性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的胶合木廊桥，纵梁(或称主梁)、横梁(或称次梁)及廊屋系统的廊柱等主要受力构件采用胶合木制作，纵梁与横梁固定连接，廊柱与纵梁固定连接，桥面板和纵梁之间胶合连接，总体形成桥面板、梁及廊柱三者之间完全固结的体系，桥面板既是人行道板又与主梁共同受力，有利于增强廊桥结构刚度和整体性，减少结构振动和变形，提高行人安全性和舒适性；胶合木制作的桥面板与胶合木制作的主梁胶合连接形成整体的T型横截面的主梁，增加了主梁竖向的尺寸(或称主梁高度)及截面抗弯惯性矩，有利于多段连续木梁抵抗支撑截面(或称设计控制截面)的负弯矩，意味着T型截面主梁可进一步增加廊桥结构刚度，减轻自重，减少截面尺寸，进而节省材料与造价。
附图说明
图1是胶合木简支梁桥的桥面系统的结构示意图。
图2是双向板受力特征示意图。
图3是本发明胶合木廊桥的结构示意图。
图4是本发明中的明间、梢间的结构示意图。
图5是本发明中的次间的结构示意图。
图6是本发明中的纵梁的立体结构示意图。
图7是本发明中的横梁的立体结构示意图。
图8是本发明中的第一连接构件的正面结构示意图。
图9是本发明中的第一连接构件的侧面结构示意图。
图10是本发明中奇数层胶合的双向桥面板的立体结构示意图。
图11是图10的A-A视图。
图12是图10的B-B视图。
图13是本发明中偶数层胶合的双向桥面板的立体结构示意图。
图14是图13的C-C视图。
图15是图13的D-D视图。
图16是本发明中的单向桥面板的立体结构示意图。
图17是本发明中的金柱的横截面结构示意图。
图18是本发明中的檐柱的横截面结构示意图。
图19是本发明中的第二连接构件的正面结构示意图。
图20是本发明中的第二连接构件的立体结构示意图。
图21是本发明中的单块锯板的立体结构示意图。
图22是本发明中的单块指节板的阶梯结构示意图。
图23是本发明中的板层的结构示意图。
图中各标号表示：10、纵梁；20、横梁；30、桥面板；4、板层；41、指接板；411、单块锯板；50、支座；60、廊屋系统；601、廊柱；602、重檐宝塔式梢间；603、重檐宝塔式明间；604、连廊式次间；605、金柱；606、檐柱；70、第一连接构件；701、U型梁托；702、竖向加劲肋；703、横向加劲肋；80、第二连接构件；801、圆形底板；802、十字型连接板；803、螺栓孔；804、螺杆。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
廊桥总体构造
廊桥主桥为3跨木连续梁桥，采用正交胶合木固结体系，跨径布置为(12+16+12)m，上部结构由主要承重的廊屋系统600和桥面系统构成。廊屋系统600为穿斗式结构，包含中跨1间5重檐宝塔式明间603、边跨2间5重檐宝塔式梢间602和6间2重檐连廊式次间604，由廊柱601与若干廊屋梁、屋面板搭建而成；廊柱601沿桥跨纵向的中间间距4m、两端间距1.5m；横向廊柱601布置4根，其中内侧两根金柱605(B、C柱)直径30cm、外侧两根檐柱606(A、D柱)直径25cm。桥面纵梁10(或称主梁)布置5根，纵梁10为常见的矩形截面，梁高1m，其中1#、3#、5#梁宽28cm，2#、4#梁宽40cm；在桥墩(台)支座50截面和廊柱601位置均设置横梁20，将各纵梁10连成整体，支座50截面横梁20宽20cm、廊柱606位置横梁20宽15cm；桥面板30宽12m、厚18cm和纵梁10、横梁20胶结形成固结体系。
桥面纵梁10、横梁20、桥面板30及廊柱601等主要受力构件均采用胶合木，下部结构的桥台和桥墩采用钢筋混凝土结构，其顶部设置盖梁与板式橡胶支座50。
纵梁10构造
纵梁10(主梁)3跨全长40m，分3段制作，分段处错离支座50位置，分段长度为13m+14m+13m；各分段的胶合木梁优选在工厂制作、现场安装，各梁段之间采用钢件(优选钢板与螺栓)连接，纵梁10(包括桥面板30)主要采用4.5cm厚落叶松板层4胶合成T形截面梁。
横梁20构造
横梁20高(或称垂向尺寸)70cm，宽度分为20cm(支座50处横梁20)和15cm(廊柱601处横梁20)两种，主要采用4.5cm厚落叶松板层4胶合形成，其中横梁20间距b按实际要求具体确定。
纵梁10与横梁20间的连接
纵梁10与横梁20之间采用外露连接件连接，竖向加劲肋702、横向加劲肋703和U型梁托701之间采用焊接构造。纵梁10和横梁20连接时，紧固件应靠近支承载面，安装横梁20时不得在纵梁10顶面开槽口。横梁20各端与横向加劲肋703采用4个直径Φ10mm的螺栓固定，且螺栓间距s为50mm，竖向加劲肋702采用直径Φ20mm的螺栓固定，U型梁托701两侧壁与纵梁10之间采用两组共6个直径Φ10mm的螺栓固定、且螺栓行距r为40mm，纵梁10和横梁20之间预留3mm空隙，第一连接构件70的各组成钢板的尺寸按计算要求确定。
桥面板30构造
正交胶合木双向板构造与制作方法
首先将长度不小于200cm、宽15cm～25cm、厚3.5～4.5cm的落叶松原木单块锯板411胶合成单层薄的板层4，然后按照顺纹、横纹分层正交胶合的方式，且以截面中心对称，将单层薄板沿厚度方向胶合成一个整体板。胶合成整体的正交双向板一般由3～5层薄板组成，分奇数层和偶数层两种胶合方式。且双向板的短边方向最上层和最下层锯板应按顺纹布置，以满足双向板短边方向的弯矩大于长边方向弯矩的性能要求。
(1)奇数层胶合
当胶合薄板层数为奇数层时，0号板为中心层板，第1、2号板分别与1’、2’号板关于中心0号板对称布置，并且0号、2号、2’号板的木材顺纹沿短边l2方向，1号、1’号板的木材顺纹沿长边l1方向。
(2)偶数层胶合
当胶合板层数为偶数时，此时中间的两块薄板，即1号、1’号板的木材顺纹沿长边l1方向；外侧2号、2’号板的木材顺纹沿短边l2方向。按正交方式胶合，且1号、2号板分别与1’号、2’号板关于截面中心对称布置。
单向板构造与制作方法
胶合木单向板按照顺纹同一方向平行胶合(奇数或偶数层胶合均可)，并且木材的顺纹与板的短边l2方向一致。
廊柱601及连接构造
1)廊柱601构造
廊柱601分金柱605和檐柱606，金柱605直径30cm，檐柱606直径25cm。明间603金柱605高9.95m，需要三段木板胶合接长；次间604金柱605高6.48m、檐柱606高4.4m，分别需要两段木板胶合接长。
2)廊柱601与桥面系统的连接
廊柱601与桥面系统之间采用在柱内设置连接件的隐蔽式方法连接。本实施例中仅给出金柱605与桥面的连接方式，檐柱606与桥面的连接方式同金柱，仅局部尺寸有所改变，因此不再赘述。第二连接构件80由十字交叉布置的2块竖向钢板与底板焊接而成，底板为直径20cm的圆形钢板、厚度为10mm；2块竖向钢板厚度10mm、长度20cm、高30cm。圆形底板801上预留四个螺栓孔803并沿圆周方向均布，用长度30cm、直径Φ10mm的螺杆通过预留的螺栓孔803将圆形底板801固定在主梁10(纵梁)上。廊柱601底部预留十字交叉凹槽与十字型连接板802配合，十字型连接板802上也预留螺栓孔803，安装廊柱601后从廊柱601的侧面打入螺钉加固连接。
木材与制作工艺要求
要求采用长度lb≥200cm、宽b1＝15cm～25cm、厚度为3.5cm～4.5cm的兴安落叶松原木锯材及结构胶作为原材料。图中z轴方向为顺纹，垂直于z方向即x轴方向为横纹。
单块锯板411顺纹方向的接长采用指接接头胶合接长，板的宽度与厚度方向胶合时相邻接头应错开布置，指接及胶结错缝均应满足规范要求。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种胶合木廊桥，其特征在于：包括至少两根纵梁(10)、用于支撑纵梁(10)的支座(50)、桥面板(30)、以及廊屋系统(60)，所述廊屋系统(60)的廊柱(601)沿所述纵梁(10)的长度方向布置，所述纵梁(10)的支座(50)和廊柱(601)位置处均设有横梁(20)，所述横梁(20)两端与相邻的两根所述纵梁(10)固定连接，所述桥面板(30)铺设于所述横梁(20)和所述纵梁(10)形成的方格上、且所述桥面板(30)与所述纵梁(10)胶合连接，所述廊柱(601)设于所述桥面板(30)上并与所述纵梁(10)固定连接，所述纵梁(10)、所述横梁(20)、所述桥面板(30)及所述廊柱(601)均采用胶合木制作。
2.根据权利要求1所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述纵梁(10)与所述横梁(20)通过第一连接构件(70)相连，所述第一连接构件(70)包括安装于所述纵梁(10)上的U型梁托(701)，所述U型梁托(701)的两侧面均设有两组连接组件，所述横梁(20)夹设于U型梁托(701)同一侧的两组连接组件之间，所述连接组件包括与U型梁托(701)侧壁焊接的竖向加劲肋(702)、以及与竖向加劲肋(702)上部焊接的横向加劲肋(703)，U型梁托(701)同一侧的两块所述竖向加劲肋(702)下部和所述横梁(20)通过紧固件相连，U型梁托(701)同一侧的两块所述横向加劲肋(703)和所述横梁(20)通过紧固件相连，所述U型梁托(701)的两侧壁和所述纵梁(10)通过紧固件相连。
3.根据权利要求1所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述纵梁(10)与所述廊柱(601)通过第二连接构件(80)相连，所述第二连接构件(80)包括圆形底板(801)以及焊接于圆形底板(801)上的十字型连接板(802)，所述圆形底板(801)布置于所述桥面板(30)上并通过紧固件与所述纵梁(10)相连，所述十字型连接板(802)嵌入所述廊柱(601)内并通过紧固件与所述廊柱(601)相连。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述桥面板(30)为双向板，桥面板(30)包括n层板层(4)，且n为不小于3的自然数，相邻两层所述板层(4)之间胶合连接，当n为奇数时，相邻两层所述板层(4)的顺纹方向垂直；当n为偶数时，第1层至第层中相邻两层所述板层(4)的顺纹方向垂直，第层至第n层中相邻两层所述板层(4)的顺纹方向垂直，且第层和第层板层(4)的顺纹方向平行。
5.根据权利要求4所述的胶合木廊桥，其特征在于：当n为奇数时，第1层和第n层板层(4)、第2层和第n-1层板层(4)......第层和第层板层(4)对称布置；当n为偶数时，第1层和第n层板层(4)、第2层和第n-1层板层(4)......第层和第层板层(4)对称布置。
6.根据权利要求4所述的胶合木廊桥，其特征在于：第1层和第n层所述板层(4)的顺纹沿着双向板的短跨方向布置，且第1层和第n层所述板层(4)的顺纹方向与所述纵梁(10)的顺纹方向垂直。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述桥面板(30)为单向板，桥面板(30)包括n层板层(4)，且n为不小于3的自然数，各层所述板层(4)的顺纹方向平行。
8.根据权利要求7所述的胶合木廊桥，其特征在于：各层所述板层(4)的顺纹沿着单向板的短跨方向布置，且各层所述板层(4)的顺纹方向与所述纵梁(10)的顺纹方向垂直。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述廊屋系统(60)包括位于纵梁(10)两端的重檐宝塔式梢间(602)、位于纵梁(10)中部的重檐宝塔式明间(603)、以及用于连接重檐宝塔式梢间(602)和重檐宝塔式明间(603)的连廊式次间(604)，所述重檐宝塔式梢间(602)、所述重檐宝塔式梢间(602)和所述连廊式次间(604)均沿横向设置有四根所述廊柱(601)，四根所述廊柱(601)包括两根对称布置的金柱(605)和两根对称布置的檐柱(606)，两根所述金柱(605)位于两根所述檐柱(606)之间。
10.根据权利要求9所述的胶合木廊桥，其特征在于：所述金柱(605)的直径大于所述檐柱(606)的直径，与所述金柱(605)相连的纵梁(10)的横向尺寸大于其他纵梁(10)的横向尺寸，支座(50)位置处的横梁(20)的纵向尺寸大于廊柱(601)位置处的横梁(20)的纵向尺寸。
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