结构用集成材落叶松层板指接工艺

【目的】研究指榫对接所需端向压力(指接压力)与榫型参数和嵌合度的关系,探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,以获得较佳的指榫胶接工艺。【方法】采用5种不同型号的指榫铣刀,分别将兴安落叶松层板的一端加工成具有不同嵌合度的垂直型指榫,将两指榫对接并在力学试验机上加压至齿顶和槽底紧密接触,读取其压力值(各种榫型和嵌合度的试件各10对),研究指榫对接所需端向压力(指接压力)与榫型参数和嵌合度的关系;对指榫进行手工涂胶(双面施胶,施胶量为180 g·m-2),根据测试得到的指接压力对各种榫型和嵌合度的开榫木板进行对接加压胶合,试件放置24 h后按照GB/T 26899—2011《结构用集成材》中5.3.3抗弯试验方法 C和5.4抗拉强度试验测试指接部位的弹性模量、静曲强度和抗拉强度(各种榫型和嵌合度的试件各10个,一半用于测试静曲强度和弹性模量,另一半用于测试抗拉强度),探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,获得较佳的指榫胶接工艺。【结果】指接压力受嵌合度的影响十分显著,随嵌合度的增大而显著增大,但各榫型下嵌合度与指接压力的关系不尽相同,同时受榫齿长、榫齿角、齿距和槽底宽等影响;各种榫型下嵌合度对指接力学性能(抗拉强度、静曲强度和弹性模量)的影响有很大差别,但仔细比较各榫型嵌合度下的指接压力与抗拉强度、静曲强度和弹性模量的关系可以发现,当指接压力在8~15 MPa时各榫型都有较大的力学强度,且该值随榫齿长度的增加而基本上呈比例地增大。【结论】1)指榫胶接所需指接压力随嵌合度的增大而显著增大,且榫齿角和槽底宽度较小时更加显著;指接压力随榫齿长度的增加而增大;指接压力与嵌合率基本上呈正比,其斜率随榫齿角的增大而减小。2)各榫型的指接强度随榫齿长度的增加而增大;指接压力过小或过大其指接强度均下降,指接压力在8~15 MPa时各榫型都呈现较大的力学强度。3)短齿榫型产生最大指接强度的嵌合度比长齿榫型的大,榫长9和27 mm的榫型产生最大指接强度的嵌合度分别约为0.2和0.1 mm。4)从安全和经济2方面综合考虑,兴安落叶松层板的较佳指接工艺为:榫齿角9.8°、榫齿长15~20 mm、齿槽底宽0.8~1.2 mm、指接压力10~15 MPa、嵌合度0.12~0.20 mm(榫齿较长时嵌合度取较小值)。     

人工林杉木结构用集成材层板抗弯性能研究

以人工林杉木（Cunninghamia lanceolata）层板为研究对象,分析3种指榫长度和4种嵌合度对杉木指接层板抗弯性能的影响,比较不同等级杉木指接层板和非指接层板的抗弯性能,建立抗弯性能之间的相关性方程。结果表明,指榫长度与嵌合度对指接层板的抗弯强度和抗弯弹性模量有显著影响,人工林杉木层板较优指接工艺参数为：指榫长度15 mm、宽距比0.18、嵌合度0.1 mm;分等对指接层板和非指接层板的抗弯性能亦有显著影响,I等、II等指接层板的抗弯强度特征值分别为28.7、26.6 MPa,与未分等杉木指接层板抗弯强度特征值相比分别提高了17.14%和8.57%。基于应力波法获得的杉木层板动态抗弯弹性模量与静态抗弯弹性模量、静态抗弯弹性模量与抗弯强度之间均呈显著性正相关,相关系数r分别为0.838和0.691。     

落叶松结构用胶合木层板指接工艺参数对力学性能的影响

以兴安落叶松刨光锯材制作胶合木指接层板,探讨指榫参数、指接压力和不同规格尺寸对锯材指接层板抗弯性能的影响。结果表明:指榫工艺参数对指接层板抗弯弹性模量影响较小,而对抗弯强度影响较大。当选用12.7、19mm和25mm指榫长度及其相应的指接工艺参数时,层板抗弯强度平均值和5%分位值均能达到国家标准GB/T 26899-2011《结构用集成材》目测分等Ⅰ_d等级和机械分等M_E14等级规定值,对于中小截面胶合木层板,尽可能考虑选用12.7~19mm范围内较小的指榫长度进行指接加工以利节材。在指接过程中应选用合适的指接压力,指接压力过大或过小都会对指接层板抗弯性能尤其强度造成不利影响,指接层板抗弯强度的尺寸效应与非指接锯材相似。     

使用指接铣床加工长材应注意的两个问题

随着市场对实木制品需求量的日益增多和木材资源的日益匮乏,指接材以其特有的优势越来越多地应用在各类木材制品中。目前常见的铣床多为单机加工出端榫后再指接成长条材待用。这样,指接产品加工后容易出现木条侧弯、嵌合度缺陷等,严重影响了制品的质量,使制品降等甚至报废。为此,我们对指接制品的这些缺陷进行了研究并提出了解决的办法。1嵌合度缺陷嵌合度是指榫的齿顶宽与齿底宽之差,它是影响指接强度的主要因素。在实际生产中嵌合度取正值,以保证接合压力有效地作用在指榫的斜面上,通常在0.1～0.3mm范围内选取。树种不同,嵌合度取值也不同…     

落叶松指接规格材弹性模量的研究

研究指接、锯材等级对兴安落叶松结构用指接材弹性模量的影响,分析不同检测方法评估落叶松指接规格材弹性模量的可靠性。以落叶松锯材为原料,根据纵向基频振动(FFT)测试结果将其分为M_E12、M_E14、M_E16、M_E18四组,制备截面为40 mm×90 mm的规格材和指接规格材;分别利用纵向基频振动(FFT)、横向振动(TV)、机械应力分等级(MSR)测试评估指接材的静态弹性模量。结果表明:落叶松规格材和指接规格材是一种高弹性模量的锯材,其平均弹性模量大于SPF目测二级规格材的弹性模量;分级后,不同等级指接材弹性模量差异显著;指接加工降低中低等级锯材的弹性模量,但不影响高等级锯材的弹性模量;利用MSR测试结果评估指接材的弹性模量效果最佳,但其设备复杂,结合FFT设备的优点,推荐工厂使用FFT在线检测落叶松指接规格材的弹性模量。     

樟子松指接材抗弯强度有限元模拟分析

采用ANSYS有限元分析软件,模拟分析3种嵌合度条件下樟子松结构用指接材的抗弯强度,实现对指接材抗弯强度的无损检测。当指榫嵌合度为0,0.1,0.3mm时,模拟分析得出的抗弯强度分别为78.0,72.0和45.0MPa。将模拟分析结果与试验测试结果进行对比可以发现,有限元模拟分析方法可以用于预测指接材的抗弯强度性能,但由于模拟过程中未考虑齿榫加工后干缩变形引起的指接嵌合度下降,因此导致模拟分析结果相对试验测试结果偏大20%左右。为减小模拟分析结果与试验测试结果间的误差,需要对模拟分析模型进行一定程度的修正。     

截面尺寸、加载方式和指接形式对落叶松大尺寸结构指接材抗弯性能的影响

【目的】研究截面尺寸、加载方式和指接形式等因素对落叶松大尺寸结构指接材抗弯性能的影响,得出不同试验因素下的抗弯强度特征值,为结构指接材的分级技术提供测试数据和可行性建议,为大尺寸结构指接材的抗弯强度测试标准及其特征值的确定方法提供参考,推动落叶松及其他树种作为结构指接材在建筑结构上的应用。【方法】参照LY/T 2228—2013《轻型木结构-结构用指接规格材》标准,选取2种尺寸(截面尺寸为40 mm×90 mm和40 mm×140 mm)的Ⅱc等级落叶松材料加工成结构指接材,采用数理统计方法检验样本数据的正态性和方差齐性,然后用2个独立样本t检验方法判定试验因素对大尺寸结构指接材抗弯强度和抗弯弹性模量是否有显著影响。【结果】截面尺寸、加载方式和指接形式在特定条件下对抗弯强度和抗弯弹性模量有显著影响。截面尺寸对V形指接侧面抗弯强度和侧面抗弯弹性模量均有显著影响,即截面尺寸大的(40 mm×140 mm)侧面抗弯强度和侧面抗弯弹性模量也大;不同加载方式对抗弯强度没有显著影响,但对截面为40 mm×140 mm试样的抗弯弹性模量有显著影响,即侧面加载方式测得的抗弯弹性模量明显高于平面加载方式;不同指接形式对截面为40 mm×140 mm的试样平面抗弯强度有显著影响,即V形指接的平面抗弯强度高于H形指接的平面抗弯强度,而指接形式对截面为40 mm×90 mm的试样侧面抗弯强度和抗弯弹性模量均有显著影响,即H形指接的侧面抗弯强度和抗弯弹性模量高于V形指接的侧面抗弯强度和抗弯弹性模量。在大尺寸结构指接材抗弯性能检测数据的基础上得到了参数法和非参数法计算的强度特征值,参数法计算的特征值低于非参数法。【结论】落叶松结构指接材完全可用作木质工程材料,宽面承载、V形指接以及适宜的截面尺寸有利于保证结构指接材的抗弯性能。截面尺寸较大的结构指接材在侧面加载条件下,其抗弯强度和弹性模量更易受到加载方式和指接形式的影响,因此在保证强度的前提下不建议使用大截面尺寸的结构指接材;侧面抗弯强度也极易受到各试验因素的影响,应尽量避免这种使用方式。强度特征值的计算建议采用非参数法,但是当样本数量不够大时仍会出现参数法计算值低于非参数法计算值的结果,此时建议采用2种方法的低值。     

间伐小径木指接技术研究

间伐材指接胶合加工，变短材为长材，弯材为直材，为合理，有效利用间伐材开辟了新路。对间伐材木材含水率，指接端压的大小和时间，指接后养护时间，涂胶量，指榫规格等对指接材抗弯强度的影响进行了研究，并测定了苯酚，间苯二酚，甲醛树脂胶胶合的指接材快速老化性能。     

竹/杨复合规格材制备工艺研究

研究以竹展平规格材和杨木单板为原料,以脲醛树脂为胶黏剂,采用竹黄-杨木-竹黄的组坯方式制备竹/杨木复合规格材,通过L9(34)正交试验,探讨涂胶量、热压温度、热压压力以及热压时间四因素对竹/杨复合规格材物理力学性能的影响。结果表明:热压温度对竹/杨复合材性能影响最大,其次是涂胶量和热压压力,热压时间影响最小。通过加权法得到的优化热压工艺参数为热压压力1.5 MPa、热压时间12 min、热压温度130℃、涂胶量(单面)240 g/m2。     

结构用指接材的研究现状北大核心

通过对建筑材料结构用指接技术的研究,介绍了指接技术概念,概括了木材结构用指接材齿榫几何参数、指接形式、指榫嵌合齿类型、以及胶黏剂的选择、施胶情况、层间接头距离研究与发展现状,拓宽了指接用木材的适用范围,讨论了指接用木材的适用性,此指接材相关适用性内容包括:胶接性能好坏、木材本身强度对指接部位强度影响、胶层厚度对指接材强度影响、层间接头距离对整体指接构件影响,并探讨了结构用指接材今后可能的研发趋势。     

不同因素对竹/杨复合规格材性能影响

基于目前以规格竹条为单元制备竹集成材,存在单元尺寸小、出材率较低、劳动力成本高等问题,研究以无刻痕竹展平板为单元制备新型竹集成材,以有效改善生产效率,降低成本。以尺寸规格化的无刻痕竹展平板和杨木单板为原材料,制备展平竹-杨木-展平竹三层组坯结构的竹/杨复合规格材,运用单因素试验方法,探讨胶合界面方式、胶黏剂和杨木单板厚度三个因素对竹/杨复合规格材抗弯性能、胶合强度以及尺寸稳定性的影响。结果表明:以竹黄面-杨木-竹黄面胶合界面复合方式,采用脲醛树脂胶黏剂与2 mm厚杨木单板制备的竹/杨复合规格材整体性能较优。研究结论为今后新型竹集成材的制备奠定基础。     

竹壁铣削量对竹-木插接结构的力学性能影响研究北大核心

圆竹家具有利于减少生产能耗、提高竹材利用率。针对大多数圆竹家具连接结构接合不便、接合强度低的问题,本文提出了竹-木插接式连接结构,即将竹材内壁铣削为正圆后与实木插接式连接。考察了竹壁铣削量对竹-木胶合性能、插接结构节点抗弯性能的影响。结果表明:竹壁铣削量对竹木胶合剪切强度无显著影响(p>0.05);胶黏剂种类对竹木胶合剪切强度和木破率有显著影响(p<0.05);竹壁铣削量与抗弯强度和抗弯弹性模量呈负线性相关;与竹壁铣削量2 mm相比,1 mm和0 mm的抗弯强度分别增加13.60%和37.58%,抗弯弹性模量分别增加13.02%和42.43%。因此,为提高竹-木插接结构的力学性能,建议控制竹壁铣削量,保留更多的圆竹壁厚。研究结果可为竹-木插接结构提供设计依据,并为圆竹家具结构优化提供参考。     

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

竹质工程材料的力学性能试验研究

重组竹与竹集成材是两种应用较为广泛的竹质工程材料,对其力学性能的研究有助于扩展其在工程上的应用。本研究对重组竹和竹集成材进行了抗弯和抗压力学性能试验,分别得到了它们的抗弯弹性模量、抗弯强度、抗压弹性模量和抗压强度,并分析了两种竹质工程材料的不同破坏情况。试验结果表明:重组竹的抗弯和抗压力学性能要优于竹集成材;重组竹抗弯破坏表现为脆性破坏,竹集成材则表现出一定的延性特性;竹材的力学性能与其本身材料性能和胶合面的力学性能有关。     

板式T型构件圆棒榫连接节点稳健优化设计北大核心

为减少家具的质量波动并延长其使用寿命,将稳健设计思想引入板式家具的结构设计中,对以多层板为基材的板式家具T型构件,进行稳健优化设计。试验选取板式家具中最常见的连接件——圆棒榫为优化对象,通过田口法,研究圆棒榫的直径、长度、材料三个因素对18 mm厚多层板T型构件抗弯性能的影响。将抗弯极限承载力设为目标质量特性,信噪比(S/N)作为衡量产品质量稳定性的指标。结果表明:以多层板为基材的T型构件抗弯强度随圆棒榫直径和长度的增加而增强;三种材料中,荷木圆棒榫表现出最好的性能;圆棒榫直径对构件的抗弯性能影响最大。优化后,长为50 mm且直径为10 mm的荷木圆棒榫为最稳健设计方案。三种设计因素中,优化后板式T型构件的抗弯极限承载力增强21.07%,信噪比提高4.42%。试验表明:基于稳健设计原则的田口法可有效增强板式家具T型结构节点的质量稳定性,进而实现板式家具结构质量稳定性的提升,延长家具的使用寿命。     

增强-染色复合改性杉木的力学及加工性能评价

测试增强-染色复合改性人工林杉木的颜色和力学性能,并对改性材进行刨、砂、钻、铣、开榫和车削等机械加工性能的分析和评价。结果表明:人工林杉木经过增强-染色复合改性后,染色均匀、色彩饱和、色牢度良好;密度比对照材提高了60.7%,抗弯弹性模量、抗弯强度和抗压强度分别提高48.5%、95.7%和83.2%;改性材的机械加工性能综合评分达优秀级。     

小径级圆竹家具用材力学性能及其设计改良研究

以毛竹、红竹和苦竹为研究对象,对其竹片、圆竹和圆竹不同部位的物理力学性能进行分析对比。研究表明:红竹和苦竹力学性能稍强于毛竹;竹材中部位置力学性能较优,可作为加工圆竹家具用材料。对局部注塑后圆竹力学性能变化的研究表明:注塑可大幅提高圆竹力学性能。根据力学性能变化情况及小径级圆竹特点,分别设计了直角斜接接合、三角并接接合、鱼口接合以及局部注塑后的圆竹丁字榫和偏心连接件连接方式;并将圆棒榫应用于圆竹家具部件接合部,使接合部性能更为优异。     

竹筒展平板接长方式及层压后对其性能的影响

接长是高效利用竹材的一种方式,为拓宽展平板创新利用范围,以指接、燕尾接、直角接和搭接后的竹展平板为研究对象,对其不同位置开榫并比较其接长后的力学性能;同时,通过对接长后的竹展平板进行3层层压,探究组坯方式对其力学性能的影响。结果表明:(1)开榫位置距竹节的距离对接长后的力学性能影响不大;(2) 4种单板接长方式下指接各项力学性能最佳,其中指接单板拉伸强度是其他3种的5倍左右。(3)指接方式下的层压板静曲强度最优,且层压板静曲强度是单板的1. 5倍。     

黄荆木重组材家具结点性能分析

对黄荆木重组材家具结点强度进行测试,选用T型、L型结构,对L型结构进行抗弯强度测试,对T型结构进行抗弯、抗拔强度测试,分析试验结果以及试件在试验中、试验后的情况,探讨自攻螺钉接合、双圆榫接合、三合一连接件接合三种连接方式对黄荆木重组材家具结构的适用性。通过对三种连接方式的抗弯、抗拔强度进行综合分析,结果表明:自攻螺钉接合强度双圆榫接合强度三合一连接件接合强度。若是要使用三合一连接件连接时,要配合其他连接方式进行使用。     

声－超声技术评价兴安落叶松规格材的抗弯性质

测量落叶松规格材的波速、峰值电压、时间形心和频率形心等声－超声参数,以及气干密度、抗弯弹性模量和抗弯强度等物理力学性质,研究声－超声参数、气干密度、动态弹性模量等与抗弯性质之间的相关性。为了探索利用声－超声技术预测落叶松抗弯性质的可行性,分别以动态弹性模量和声－超声参数及气干密度为自变量,建立预测其规格材抗弯性质的回归模型。结果表明：所有的声－超声参数、气干密度与抗弯弹性模量均在0.01水平显著相关,峰值电压、频率形心、气干密度与抗弯强度在0.01水平显著相关。利用气干密度、峰值电压和波速3个参数为自变量建立的抗弯弹性模量和抗弯强度的预测模型的相关性(决定系数 r2分别为0.83和0.66)与传统的超声波方法(以动态弹性模量为自变量建立的抗弯弹性模量和抗弯强度预测模型,r2分别为0.80和0.34)相比,模型的预测能力显著提高。利用声－超声技术能够较好地预测落叶松规格材的抗弯力学性质,特别是抗弯强度。