科技成果

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成果名称: 现代木结构桥梁设计理论及应用技术研究

成果登记号: 9612019Y0347

第一完成单位: 中交第一公路勘察设计研究院有限公司

联 系 人: 贾伟红

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 现代交通

应用行业: 建筑业

成果简介:

    1、课题来源与背景:20世纪90年代以来,木结构在北美、澳大利亚、德国、日本等西方发达国家得到迅速发展,被广泛应用于建筑结构领域和桥梁结构领域。国外在现代木结构桥梁结构体系以及力学性能、耐久性等方面进行了较为深入的研究,相关研究成果已被AASHTO、CSA等各国公路桥梁设计规范所采纳。然而在我国,近40年来现代木结构桥梁的应用和研究几乎处于停滞状态,缺乏系统、全面的木结构桥梁分析及设计理论,且目前木结构桥梁设计处于无专用规范状态。

    2、技术原理及性能指标:本项目在收集国内外现代木结构桥梁相关资料的基础上,充分吸收已有研究成果,以实际结构为例,对美国、加拿大、欧洲以及我国木结构桥梁设计规范中构件的简化计算方法进行了深入对比分析,分别研究了受拉、受压、受弯、受剪、受扭、拉弯、压弯、以及稳定性分析等各种受力状态下构件的简化计算方法,对公式中各种参数的来源、取值范围、影响因素以及计算结果进行了对比,给出了各种计算方法的适用条件和相应的承载力富裕度。然后结合所收集的资料以及大量实际工程的现场调研,按照结构体系对现代木结构桥梁进行分类,依据力学理论以及工程经验对各种结构体系的桥梁力学特性以及设计要点进行了归纳、总结。在此基础上对木结构桥梁上部结构的构造形式以及构造细节(包括木结构连接、桥面板接缝等)进行了深入分析,给出了各种构造形式及构造细节的结构特征、力学性能、破坏形式以及适用范围。并结合有限元分析,对已有的木结构桥梁设计方法和动力性能进行了研究,对各种结构参数对结构静、动力学性能的影响进行了深入分析,从而提出了各种类型木结构桥梁的设计关键因素。最终,综合以上分析成果,提出了木结构桥梁新型桥面板(CLT桥面板)结构形式,通过理论分析、模型试验以及有限元分析对该种桥面板的计算理论、静动力特性、进行了深入研究。同时结合粘结胶力学试验,通过对现有粘结胶组成材料以及混合比例的重组优化,研制了综合性能优异的木结构桥梁专用粘结胶。

    3、技术的创造性及先进性:本项目的创造性可分为原始创新以及集成创新两部分。原始创新包括了如下几个方面:①从木构件加工、连接技术、耐久性能等角度出发,分析了现代木结构桥梁的特点和应用前景,探讨了现代木结构桥面板和桥梁常用的结构形式。②针对现代木结构桥梁应力叠合木(SLT)桥面板性能受其对接接头的影响问题,探讨了Ritter、Crews的设计方法以及加拿大、美国、欧洲的有关规范,并通过工程实例进行了计算分析。③提出CLT桥面板以及钢-木组合桥面系(梁)等新型结构形式,通过交错叠合(CLT)木桥面板静力抗弯模型试验,提出了CLT桥面板设计时的安全系数。通过CLT桥面板动力试验,得到了叠合层数和连接方式对结构基频和阻尼比的影响程度不大于5%。通过CLT桥面板徐变特性研究,得到结构竖向位移徐变特性主要表现在前半小时内,位移增大约15%,后续位移稳定,整体徐变特性较弱。④提出了基于波纹钢腹板的钢木组合箱梁、木-混凝土组合式箱梁、设开孔钢板连接件的钢木组合结构、适用于木板梁桥与桥梁墩台的连接结构等新型木结构桥梁结构型式。⑤采用自制聚氨酯增韧剂、自制固化剂、助剂复配等技术方法,克服了现有木结构用胶粘剂耐久性差和不抗冲击剥离等缺点,同时提高了木结构用胶粘剂的强度和韧性,开发出了适用于暴露在自然腐蚀环境中的承重木结构使用的胶粘剂及配套使用工艺流程。

    集成创新主要包括:①首次系统的、成体系的对国内外木结构桥梁的发展演化及其简化计算方法、构造细节、结构体系、计算理论进行了研究分析,并形成学术专著:《现代木结构桥梁》。②在国内外既有规范基础上,结合本项目研究成果及实际工程应用,编制了地方标准:《预制木桥面板技术条件》(DB 61/T900-2013))。

    4、技术的成熟度、适用范围和安全性:本项目成果主要适用于木结构桥梁领域,是在国内外既有研究成果基础上进行的集成及二次创新,成果具有较高的成熟度,相应的力学性能以及构造型式均经过理论和试验验证,具有可靠地安全性。

    5、应用情况及存在问题:本项目已在铜川市耀州区绣房沟薜家寨人行景观桥的设计和施工过程中进行了应用,取得了良好的经济效益和环境效益。项目存在的问题如下:①对于木结构桥梁动力性能的研究还有待深入;②CLT桥面板的疲劳性能和局部受力性能还有待深入研究;③CLT桥面板与沥青铺装层间粘结性能和使用性能还有待深入研究。

    6、历年获奖情况:无

    7、成果简介:①编著出版学术专著《现代木结构桥梁》;②编制了地方标准《预制木桥面板技术条件》(DB 61/T900-2013);③申请了与木结构桥梁结构体系、构造细节相关的4项发明专利以及2项实用新型专利,发表了论文5篇,其中1篇为EI检索,3篇为中文核心,2篇为国际会议(其中1篇为ISTP检索);④本项目研究成果在铜川市耀州区绣房沟薜家寨人行景观桥项目中进行了工程应用,取得了显著地经济效益、环保效益以及良好的景观效果。