苏州建成世界最大跨度木拱桥 可同时承载3000人

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用木头可以造起多大的桥?在苏州胥口的胥江古运河上,一座单跨跨度达到75.7米的木拱桥给出了答案。这座主体结构刚刚完工的木拱桥突破过去传统木结构建筑理念,成为目前世界上跨度最大的木结构拱桥。经过业内人士专业测试,这座木拱桥的载重能力为195吨,相当于3000人同时站在上面木拱桥都岿然不动。

2米长的小木板拼接而成,共用400立方米木材

据了解,这座名为“欢乐胥江”的景观木拱桥南北方向横跨苏州胥江古运河,全长120米,主跨度达到75.7米,成为当地的“新地标”,理论上可以使用50年。扬子晚报记者看到,木拱桥除了桩基为混凝土之外,桥体全部是纯木结构,外部采用仿古铜件进行装饰,桥面呈喇叭口状,桥头位置宽12米左右,拱顶最窄为6米。

用木头造出跨度如此大的桥,尚无先例,而更令人称奇的是,建造这座木拱桥一共使用了400立方米的木材,全部采用7厘米宽、3厘米厚、2米左右长度的小木条拼接胶合而成。历时1年多的设计方案反复论证和2年多的施工建设,目前这座木拱桥的主体结构已经完成,现在进入了收尾阶段,预计在今年10月份全部竣工、正式启用。

是建筑设计活也是木工活,难度远超想象

负责该木拱桥设计的是中国最大桥梁设计院——中铁大桥勘测设计院,该院专业技术人士张总对扬子晚报记者说,“我们设计过斜拉桥、悬索桥、跨长江大桥、跨海大桥等国内上百座大桥,但这样大跨度的重型木结构拱桥还是第一次,在国内没有先例,没有现成的经验可以参考,设计和施工难度远比想象中要高。因为木材与钢筋水泥等材质不同,所以在设计和建设中需要考虑和重视很多方面,比如防腐、阻燃、干燥、极限的温湿度等。”

在木材资源日益紧张的今天,要找到这么大跨度的天然木材作桁梁,几无可能。就算找得到,这根木头到底荷重多少,能否经受自然开裂、虫蛀、腐烂等考验,也完全是未知数。这些问题正是制约传统古建发展的瓶颈。“欢乐胥江”木拱桥工程在材料上突破创新,把新技术、新材料引进古建施工中,用规格木板胶合集成。“这座木拱桥使用的木材是欧洲赤松,全桥分成4段,通过现代技术手段将木材胶合、挤压,形成拱桥所需要的弧度。为防止木材被腐蚀、变形,所有原材料都经过高温加压和防腐处理,烘干后进行胶合,然后到现场用胶压机整体拼装起来。”据悉,这个由香山古建与南京工业大学联合研制的技术已获国家实用新型专利。

承载能力达195吨,桥面可同时站3000名成年人

根据设计要求,这座将古建筑技艺与科技环保相结合的木拱桥可以满桥负荷行人,但不能行驶车辆。据了解,“欢乐胥江”木拱桥已通过了静力荷载试验与动力荷载试验。测试承担单位是南京工业大学建设工程技术有限公司,他们预先准备了4300个沙袋,每袋沙袋的重量为45公斤,这些沙袋分5个批次堆放到桥面上,通过安装在桥上的传感器、应变片、测量反射片等,将数据传递到电脑,得到有关桥的承载能力、振动性、应力应变、变形情况等数据。

南京工业大学土木工程学院副院长、现代木结构研究所所长陆伟东教授告诉扬子晚报记者,“根据国家相关规范,这类木拱桥每平方米的承载能力是3.5千牛。这座桥设计的承载能力是每平方米4.5千牛(注:千牛是力学单位,与质量换算需要借助重力加速度,换算后1千牛约等于0.102吨),已经超过国家标准了。”经过静力荷载试验中的满载测试,这座木拱桥的承重能力设计为195吨,理论上可以同时站上去约3000个成年人而不被压塌。

除了满载测试外,还进行了半跨加载测试和偏载测试,模拟桥面一半或者桥面一侧站满人。半跨加载测试就是在桥跨横向的一边,分5个批次每次每平方米加载4.5千牛。偏载测试就是在沿着桥的纵向一侧加载每平方米4.5千牛的重量,主要检测桥的抗扭刚度。在此基础上,还进行了动力荷载试验,对木拱桥的动力特征、桥的自振频率、桥梁在行人激振下(相当于人在行走或跑动的状态下)的动力响应等方面进行了检测。这些测试都顺利通过了,说明桥的建设达到了当初设计的要求。

两个问题

为何要选择纯木结构?

环保低碳的木材更具亲和力

为何建造只能给行人通行的木桥,而不是钢筋水泥桥呢?该工程负责人许建华表示,如今环保低碳的生活理念越来越深入人心,与钢筋水泥相比,木材更具亲和力,可以缔造出既传统又现代的高品位建筑形式;苏州吴中的胥口镇又是传统古建筑的发源地,用传统古建技艺结合现代化科技将突破大跨度技术难题。

苏州胥江古运河是吴越春秋时期吴国大臣伍子胥率人修建的,距今已有2500多年历史。目前,胥江河宽60米,航道等级为Ⅵ级,肩负着水路运输的任务,要保证航道通畅必须保证桥拱的跨度。但受材料本身的制约,木结构建筑常见的是轻型木结构,如小木屋、木栈道等,大型体育场馆、大型桥梁等重型木结构建筑很少见。虽然国外也有大型木结构人行拱桥,但单跨度能达到75.7米的,目前只有苏州一座,工程造价约1200万左右。

木拱桥如何能承载195吨?

桁架拱结构、胶合木技术、连接技术3合1

为什么这座木拱桥可以承受如此大的承载力?南京工业大学土木工程学院副院长、现代木结构研究所所长陆伟东教授告诉扬子晚报记者,实现这么大的承载力,主要是桁架拱结构、胶合木技术、现代木结构连接技术的合一。第一,该桥采用的是重型木结构胶合木的技术,能够形成更大的构件的断面,与原木相比,提高了材料的强度与承载能力;第二,该桥采用了现代木结构的连接技术,提高了节点的承载能力;第三,在设计时就巧妙地采用了桁架拱的形式,这是一种承载力比较高的结构形式,受力比较合理,提高了结构的承载能力。