竹材在桥梁工程中的应用与发展

　　随着水泥、黏土和钢材等结构材料的大量使用，不仅消耗了大量不可再生资源，而且其产生的工业“三废”已经严重影响了生态环境。因此，采用天然、可再生的有机材料，是实现土木工程可持续发展的可行之路，并且正在逐步被人们接受。天然木材作为主要的建筑材料，在欧美、日本等国家得到广泛的应用并且发展成熟，然而，中国的木材资源严重匮乏，使用木材作为建筑材料难实现；相反，我国竹资源却相当丰富。中国位于世界竹子分布的中心，竹类植物资源极其丰富，竹子种类、竹林面积和蓄积量均居世界之冠，素有“竹子王国”

　　

　　之称。

　　

　　作为含有木质纤维素的草茎植物，竹子３~ ４年即可成材，属于短周期的可再生资源，具有极高的利用价值。研究表明：竹材的力学性能优良，其抗拉强度可达到370MPa，相当于HRB400 钢材抗拉强度设计值（360MPa），约为木材的2 倍，抗压强度约为木材的1.5 倍。然而，由于诸多原因，竹材在桥梁工程中的应用还停滞在初级阶段。鉴于此，文章将结合竹材的力学性能及特性，介绍其在桥梁工程中的应用现状，为进一步研究提供参考。

　　

　　1　竹材力学性能及特性1.1　竹材的力学性能竹材的力学性能是指竹材抵抗外力作用的性能，主要包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、弹性模量、抗冲击性能等。竹材的力学性能受含水率、竹类品种、竹秆部位、纹理方向等因素的影响，所以在测试竹材力学性能时应该考虑这些因素。

　　

　　作为绿色可再生材料，现代竹材纤细致密，具有良好的物理力学性能和加工性能，可作为钢材和混凝土材料的有益补充，表1 为常见种类竹材、土材、钢材和混凝土的主要力学性能指标。由表中数据可知，竹材的力学性能略稍逊于钢铁，而优于其他传统建筑材料竹材，其的抗拉强度明显优于混凝土和木材；抗压强度也明显高于木材。

　　

　　表1　各类材料的主要力学性能类型抗拉强度/MPa 抗弯强度/MPa 抗弯强度/MPa 弹性模量/GPa竹材木材钢材混凝土1.2　竹材的特性竹材的密度较轻，约为7.5kM/m3，是混凝土的1/4，砖墙砌体的1/3，只有钢材的1/6~1/8。由于竹节、节隔的存在以及竹节附近竹壁厚度的变化，使得竹材的物理力学性能具有较大的变异性、非匀质性。竹节的存在将提高竹秆的抗压强度；竹材的力学性能与纹理方向紧密相关，竹节处顺纹抗压强度高于节间处约达8%，而竹节处横纹抗压强度高于节间处约45% ；而竹节的存在却会降低竹秆的抗拉强度。在绿色指标上，竹材吸收CO2 量是普通树木的４倍，具有自净作用，对环境影响小，同时具有导热系数低、尺寸稳定性好、韧性较好和保温隔热等诸多特点。

　　

　　2　竹材在桥梁工程中的应用2.1　竹材桥面板南昌某公路在修建过程中，采取就地取材的原则，使用竹材制成其中一段的桥面板，经过初略估算，该方法使得桥面板材料费用降低82%，取得了巨大的经济价值。其施工工艺为：将竹面板铺在梁上，并用铁丝将其捆绑于纵梁上，用压木扣住两端，然后用螺栓将压木与梁紧密连接；用沥青填补竹面板间的缝隙，然后采用经浸渍沥青的麻袋作为防水层，随后使用混合料进行路面铺装；使用原木代替桥梁栏杆处面板，以便于安置栏杆。该段竹制桥面板经过车辆荷载的不断冲击仍能保持完整，所以使用竹材制成的桥面板具有较大的经济和环保效益。

　　

　　2.2　竹束桩基在越南地区，普遍采用竹桩作为房屋的桩基，那些深度为1 米的密竹桩，经历了几十年的风水雨打仍能正常使用。桥梁专家拟采用竹桩代替木桩和钢筋混凝土管桩，通过粗略比较，竹桩能够带来较高的经济效益；同时研究部门做了相应的竹桩承载能力实验，用铁丝将竹束桩固定，然后用木锤将其锤击下沉，通过实验得出竹质单桩的承载力略高于木桩。

　　

　　2.3　竹桥年，在德国的巴登符腾堡州，花园博览会上，设计师用竹材料造起了一座高7.7m，全长55m 的竹桥。该桥引起了轰动，被人们称作“欧洲的第一竹桥”。肖岩课题组成功建成世界上第一座现代竹结构人行桥。该人行天桥具有结构简单、抗震性能好、质量轻、施工方便、节约建造成本、环保等优点。

　　

　　此外，在2007 年，肖岩课题组在耒阳的浔江河上建成了正式通车简支竹梁桥，成为了世界上第一座可以行车的竹桥，并且此桥也得到了国内外的业内人士普遍好评。

　　

　　3　结语随着全球能源危机的加剧以及环境问题的日益加剧，“绿色可持续材料”的使用将为未来发展的必经之路，合理研究和使用新型材料，在一定范围内取代刚才和混凝土作为主要建筑材料，将是21 世纪土木工程领域的要大改革和发展方向。竹材作为一种低碳、环保、可再生资源，具有价格实惠、来源广泛、力学性能良好、可塑性好等优点。倘若，研究者加强对竹材加工工艺的创新，并且结合混合材料，研究出一种新型的复合材料，结合当下可持续发展政策，竹材将对未来的土木领域产生深远的影响。