【正文】 度 面 板的梁橋需要底梁來(lái)支撐 面 板并且把荷載分散到長(zhǎng)梁上。連接 面 板和梁體是通過(guò)鐵釘、長(zhǎng)釘或特殊緊固件來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？梢酝ㄟ^(guò)鏍釘、金屬銷釘或加勁梁將組合面板固定在一起，從而形成了一個(gè)連續(xù)的 面 板上表面 ,而剩下的非組合面板是彼此獨(dú)立 ,雖然在一些情況下的數(shù)據(jù)要求用橫向加勁梁來(lái)提供一些連續(xù)性。薄板通常被制成 900 毫米到 1500 毫米的面板。由多層薄片制成的層 面 板，通常是 50毫米（ 2 英寸）厚和 l00300 毫米（ 412 英寸）長(zhǎng)，它們是用釘子、膠水、尖刺、橫向預(yù)應(yīng)力而連接在一起的。比較常見(jiàn)的跨度是 6 米到 24 米（ 20 到 80 英尺）。然而 ,使用更大的寬度，如 20 毫米（ 8 英寸）和更大的長(zhǎng)度，這些可能使梁間距增大，直到最后受限于 面 板的承載能力為止。 由 加工過(guò)的木材制造而成的縱桁梁橋是 適用于 短 跨橋中 ，其最大可跨越大概8 米（ 25 英尺）。尤其，那些單跨、雙車道、直線型的由木制部件組成的橋梁，比中跨度橋梁要短，其長(zhǎng)度從 4 米到 25米（ 13 英尺到 80 英尺）不等。 DOL： (ASCE)10840702(2020)10:6(636) 土木工程師數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵詞 ：橋梁、木制的、校準(zhǔn)、負(fù)載和阻力系數(shù)、設(shè)計(jì)、橋板。阻力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)是由梁板、梁體及個(gè)別的組件計(jì)算而得。材料的阻值是取自可用的測(cè)試得來(lái)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中包含了考慮有彈性反應(yīng)作用的數(shù)據(jù)。負(fù)載和阻力參數(shù)被視為隨機(jī)變量，因而，結(jié)構(gòu)特性是根據(jù)可靠性指標(biāo)來(lái)測(cè)定的。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 1 對(duì)木橋的負(fù)載和阻力系數(shù)的校準(zhǔn) 內(nèi)容摘要 ：這篇論文為木橋設(shè)計(jì)規(guī)范 的確定 發(fā)展提供了校準(zhǔn)方法和基本數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)類型被認(rèn)為包括鋸成的木梁、膠合梁及各種類型的木梁板。橋的恒載和交通活載，都是基于先前的研究結(jié)果。阻力的組成和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是基于可利用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析的結(jié)果。對(duì)木橋進(jìn)行可靠性分析設(shè)計(jì)應(yīng)依照 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 規(guī)范并且要注意到可靠性指標(biāo)中的一個(gè)重要變化， 負(fù)載限度和阻力系數(shù) 應(yīng)該和 可靠性程度 及 目標(biāo)水準(zhǔn) 相 一致。 考慮結(jié)構(gòu)類型 這 類 校準(zhǔn)工作是為了選定一些典型的木橋類型而做的。一般而言，有兩種類型的木橋：梁體結(jié)構(gòu)（縱梁或主梁）或者板體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)成的已鋸成木梁通常為 100 150 毫米寬（ 4 到 6 英寸）， 300至 400 毫米（ 12 到 16 英寸）長(zhǎng)，這些尺寸大小限制著中心間距使其通常不超過(guò)400600 毫米（ 16 到 24 英寸）。膠合梁可采用更大的長(zhǎng)度和寬度，從而可以跨越更大的距離，是梁間距更寬。 這類梁支持各種不同 類型的木材板，它可以是膠合薄板（多層膠合木）、釘制成薄板（多層釘合板）、組合板（用長(zhǎng)釘釘合的多層板）、厚木板（ 4 英寸 6 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 2 英寸， 4 英寸 8 英寸， 4 英寸 10 英寸及 4 英寸 12 英寸）、應(yīng)力板（多層應(yīng)力作用板）和鋼筋混凝土板（非混合型的）。然而，后者的方法通常是用于板橋而不是梁橋。設(shè)計(jì)師可以指定這些面板或互連或非互連（在與薄片平 行的方向上）。至于梁體，各種種類的木材和商業(yè)等級(jí)的 面 板薄片是可以得到的。 面 板結(jié)構(gòu)可以垂直或平行于運(yùn)行車道。如圖 圖 2 所示，它把這些結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)出來(lái)了。這類 面板 的類型與那些梁橋橋板的類型比較相似，在加上用了這種連續(xù)的由單一的大板釘合而成的 面 板，用來(lái)搭建在現(xiàn)場(chǎng)工地上。 圖 負(fù)載模型 靜載通常占作用在木橋上的總負(fù)載的 10%20%。在考慮到的統(tǒng)計(jì)參數(shù)中包含一定比例 的書面（設(shè)計(jì)）值，即所謂的偏差值 λ ，變異系數(shù) V，那些就是標(biāo)準(zhǔn)偏差的比例。可以認(rèn)為靜荷載是呈正態(tài)分 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 4 布的。每日車 流量 （ ADTT）的平均值可得三個(gè)值，被認(rèn)為是：低于 ADTT=500，等同于 ADTT=1000，高于 ADTT=3000。注意到這些是 ADTT 值很高的典型橋梁 ,這類橋通常坐落于 車流量 較小的道路上并且只能有公路橋梁一小部分的 車流量 。考慮到各種橋梁跨度的長(zhǎng)度和通行速度的限制，人們可據(jù)此推測(cè)出卡車通行的平均時(shí)間大概是 1s。實(shí)際中持續(xù)的最大活荷載效應(yīng)是低于跨越時(shí)間，因此 ,平均 下來(lái) 在最大活荷載效應(yīng)理論上是等同于 秒。因此，活荷載持續(xù)時(shí)間（相當(dāng)于很重的卡車）為 75 年，而三種考慮到的 車流量 是 低 ADTT=（ 100 輛卡車）（ s）（ 365 天）（ 75 年） =15 天； 中等 ADTT=（ 200 輛卡車）（ s）（ 365 天）（ 75 年 ） =30 天； 高 ADTT=（ 600 輛卡車）（ s）（ 365 天）（ 75 年） =90 天。 對(duì)于短跨度橋梁 ,活荷載是由軸荷載甚至是輪軸荷載所引起的。對(duì)輪軸荷載的統(tǒng)計(jì)參數(shù)來(lái)自于現(xiàn)有的測(cè)量數(shù)據(jù)（諾瓦克教育學(xué)， 1994 年）。因此，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，每一個(gè)車輪荷載在一年中的最大平均值為 50kN（ 10 千磅）。 輪胎接觸區(qū)域的大小對(duì)活荷載能分散到短跨梁橋的組件上是一個(gè)重要的原因。在車輪荷載和車輪與地面接觸面的長(zhǎng)度之間存在一種近線性關(guān)系。因此，在這類研究中，單個(gè)輪胎與地面的接觸面被認(rèn)為是一個(gè) 180 毫米 250 毫米（ 英寸 10英寸 ）的矩形，而對(duì)于雙輪胎的車，可將其與地面的接觸面看成是一個(gè) 250 毫米 500毫米（ 10英寸 20 英寸）的矩形（差距可忽略不計(jì)）。而在美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī) 范（ 1998 年）中，木橋設(shè)計(jì)中所受的動(dòng)荷載值被規(guī)定是混凝土和鋼梁橋上所受動(dòng)荷載值的 50%?？梢园l(fā)現(xiàn)，木材的負(fù)載效應(yīng)要明顯低于其他材料。然而，在很短時(shí)間內(nèi)，木材的強(qiáng)度將會(huì)明顯地增大。 材料的阻力模型 里特總結(jié)出了一組用于觀測(cè)阻力的確定性模型（ 1990 年）。這些特性往往會(huì)受限于一個(gè)重要的變化 ,而且這些統(tǒng)計(jì)參數(shù)取決于尺寸、種類、等級(jí)、含水率、持續(xù)負(fù)荷。在 1996 年頒布的關(guān)于木制材料建筑物的設(shè)計(jì)規(guī)范手冊(cè)（ EWA 1996 年）中，就如同強(qiáng)度值一樣用表格列取了道格拉斯冷杉的偏差值，根據(jù)其值的不同，在 偏差值范圍為 到 中來(lái)提供選擇等級(jí)，并且等級(jí) 等級(jí) 2的數(shù)值范圍為 到 ，而變異系數(shù)在 至 范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，等級(jí)等級(jí) 2的數(shù)值范圍為 至 。而阻力則被認(rèn)為是一種符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量。產(chǎn)生的偏差因子大約是 23,它的平均值取為 ,產(chǎn)生 的變異系數(shù)范圍為 至 ,其平均值為 。赫南德斯等人（ 1995 年）提出了一組關(guān)于膠合 面 板的數(shù)據(jù)，從而可知膠合 面 板 在那個(gè)部位的 層壓是垂直的而不是水平的， 那 個(gè)部位面 板的偏差值在 到 之間變化， 那個(gè)部位 的變異系數(shù)在 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 8 到 之間變化。 由于水分含量的增加而會(huì)使阻值 MOR 隨之減小。水分含量對(duì)阻值 MOR的實(shí)際影響是可以很合理地預(yù)料到的，并且其它的材料性能會(huì)隨之呈現(xiàn)一個(gè)持續(xù)的曲線變化，而不是 像 水分含量呈現(xiàn)急劇的變化。 鋸木的阻值 MOR 受到荷載作用于寬廣面（在平面上加載）還是受到荷載作用于狹窄面（沿邊緣加載）的影響。用紅松木做了實(shí)驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)尺寸是 4 英寸 6 英寸、 4英寸 8英寸、 4英寸 10英寸和 4英寸 12英寸。在國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定實(shí)驗(yàn)值要高于設(shè)計(jì)值，它們兩者的比值在 （ 4 英寸 6英寸截面）到 （ 4英寸 12英寸）不等。當(dāng)變異系數(shù)的范圍在 至 之間時(shí)，寬截面處產(chǎn)生的變化最小。它被認(rèn)為是在變異系數(shù)為 是呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布的。兩者的關(guān)系可看作是如下所示的一種線性函數(shù)： MOE=[ (MOR)+] 1000 (1) 從這個(gè)觀點(diǎn)的可靠性看，這種關(guān)系是很重要的，因?yàn)樵谝粋€(gè)木結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（比如一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的 面 板）中最薄弱（不夠堅(jiān)硬）的地方受到較小的荷載的作用，從而減小了系統(tǒng)的可靠性。馬德森和尼爾森計(jì)算出這個(gè)形態(tài)尺寸的變異系數(shù)數(shù)值大概是 。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 9 結(jié)構(gòu)阻力模型 在現(xiàn)在的美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（ 1998 年）中，木橋梁體的分配系數(shù)（ GDF）公式僅僅是依據(jù)梁間距給出的。 GDF 公式是在某一個(gè)荷載分布充分的理想結(jié)構(gòu)下得到的，此結(jié)構(gòu)是用鋼筋或混凝土來(lái) 制作成的，故 稱混凝土板，且這公式不受結(jié)構(gòu)材料的影響。而很多木橋的梁間距和跨度都小于這些值。 根據(jù)分析結(jié)果可知 ,對(duì)于緊密排列這的鋸木梁 [400600毫米 ]（ 1624英寸） ,當(dāng)兩輛卡車并排行使時(shí)，由三個(gè)梁組成的子系統(tǒng)往往比較等同于分享負(fù)載?；谀Ｐ偷哪M ,可得三梁子系統(tǒng)的變異系數(shù) V 是 （典型的元件 V=） ,然而當(dāng)梁間距遠(yuǎn)大于 600 毫米（ 24英寸）（膠合板梁橋）時(shí) ,變異系數(shù)相對(duì)組件的 V 并不會(huì)減小。主梁分布因子為 。子系統(tǒng) [500 毫米（ 20 英寸）寬 ]承載能力（阻力）的平均值等于每個(gè)元素（木板）的平均值之和。然而 ,其變異系數(shù)為 （對(duì)于典型的單一薄層 V=）。然而 ,研究顯示 ,膠合面板顯示出與壓力面板相類似的、略多的穩(wěn)定的橫向反應(yīng)（ Batchelor 等人 1979 年 , 1981 年 。 板材面板是基于 Eamon 等人先前的一個(gè)研究（ 2020 年），假定木板與輪胎接觸區(qū)域是用來(lái)抵抗輪軸荷載。當(dāng)板寬度小于 250 毫米（ 10英寸）時(shí) ,鄰近的木板可以分擔(dān)的板所受的載 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 10 荷，而荷載的 分布是與每個(gè)厚木板上的接觸面積成比例的。 圖 板子系統(tǒng) 可靠性分析 可靠性分析方法是用來(lái)計(jì)算彎曲極限狀態(tài)的。然而 ,彎曲故障一般能支配著主要承載的橋梁元件 ,雖然這對(duì)板橋而言不一定是正確的。個(gè)別元件的電阻測(cè)試數(shù)據(jù)表明承載能力的分布近似于函 數(shù)的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，特別是應(yīng)用于較低次數(shù)的累積分布函數(shù)。 表 1. AASHTO 標(biāo)準(zhǔn)（ 1996 年）規(guī)定的可靠性指標(biāo) 結(jié)構(gòu)類型 β單元 β子系統(tǒng) 鋸木梁 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 11 膠合木梁 釘合面板 應(yīng)力面板 板材面板 表 2. AASHTO 設(shè)計(jì)規(guī)范（ 1998 年）規(guī)定的可靠性 指標(biāo) 結(jié)構(gòu)類型 β單元 β子系統(tǒng) 鋸木梁 膠合木梁 釘合面板 應(yīng)力面板 板材面板 校準(zhǔn)結(jié)果 基于這些結(jié)果 ,來(lái)選擇可靠性指標(biāo)。對(duì)于膠合木梁元件可靠性指標(biāo)β T=，而子系統(tǒng)β T=；對(duì)于釘合 面板元件β T=，而子系統(tǒng)β T=；對(duì)于應(yīng)力面板元件β T=，而子系統(tǒng)β T=；對(duì)于板材面板元件β T=，而子系統(tǒng)β T=。注意到這一系統(tǒng)的部件 ,如一個(gè)梁體、目標(biāo)指數(shù)及面板系統(tǒng)都要高于單一成分部件 ,相對(duì)于單個(gè)元件出障礙而言整個(gè)系統(tǒng)出障礙的可能性減少了。為了達(dá)到目 標(biāo)指數(shù) ,美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)規(guī)范建議以下的設(shè)計(jì)規(guī)定 : 1. 使用美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)規(guī)范（ 1998 年）中指定的負(fù)載因子； 2. 使用木材建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范手冊(cè)（ 1996 年）中指定的材料強(qiáng)度值； 3. 持續(xù)負(fù)荷與活荷載作用一樣也是兩個(gè)月 ,所以材料強(qiáng)度值必須乘以持續(xù)負(fù)荷 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 12 系數(shù)（ )。 表 結(jié)構(gòu)類型 β單元 β子系統(tǒng) 鋸木梁 膠合木梁 釘合面板 應(yīng)力面板 板材面板 總結(jié) 在當(dāng)前版本的美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)下的設(shè)計(jì)規(guī)范（ 1998 年）中，木橋設(shè)計(jì)規(guī)范的校準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致建議荷載、阻力因數(shù)、及其他因數(shù)的變化。在木制建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范手冊(cè)（ EWA 1996 年）中規(guī)定建議使用材料強(qiáng)度 值。水分因素必須被考慮到橋梁組件中。 致謝 非常感謝美國(guó)農(nóng)業(yè)部 (USDA)森林服務(wù)、森林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室，及聯(lián)邦高速公路管理局把 ISTEA 木橋研究項(xiàng)目作為自己工作的一部分，感謝這些部門對(duì)此研究的支持和幫助。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院畢業(yè)翻譯部分 13 參考文獻(xiàn) 美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ AASHTO）（ 1998 年）。“公路橋的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范”， AASHTO，華盛頓； .（ 1988 年）。橋梁的簡(jiǎn)化分析， McGrawHill，紐約； ., Van ., .（ 1979 年）?！霸陬A(yù)應(yīng)力疊層木橋甲板中紅松和冷杉結(jié)構(gòu)特性”， 加拿大金斯頓省彼得堡市皇后大街 23122 號(hào)； ., ., .,和 .（ 2020 年）?！盎竞奢d的幾率發(fā)展是以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) A58 為標(biāo)準(zhǔn)”