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。     

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)。     

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。     

齿榫类型及参数对指接竹规格材性能的影响

以竹规格材为研究对象,分别探讨指榫类型(垂直型和水平型)、齿榫参数(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型齿榫)和嵌合度(0、0.1、0.3 mm)等参数对指接竹规格材性能的影响,结果显示垂直型指榫指接竹规格材的力学性能优于水平型指榫;当嵌合度为0.1 mm,采用垂直Ⅱ型齿榫指接竹规格材的性能最优,与未指接竹规格材相比,指接竹规格材较好地保持了竹材的抗弯和抗拉性能,其抗弯性能和抗拉强度分别满足GB/T 26899—2011《结构用集成材》中机械分等层板力学性能M_E16级和最高级M_E18的要求,具备作为结构材的潜力。     

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。     

竹片接头形式对侧压竹层板抗弯性能的影响

竹材接长处理是制备大尺寸构件的常用方法,为探究竹层板的接长工艺,制备三种竹片接头形式和不同层数 的侧压竹层板,分析接长对板材抗弯性能的影响。结果表明：接长会使侧压竹层板的抗弯强度略有降低,但不同接 头形式制备侧压竹层板的抗弯性能差异不显著;当接长竹片位于中间层,且板材层数≥3 层时,层数变化对侧压竹 层板的抗弯性能影响亦不显著。     

结构用胶合木生产工艺研究进展

结合近年来结构用胶合木国内外研究现状, 从生产工艺角度出发, 归纳总结有关结构用胶合木结构的研究状况, 包括结构用胶合木生产标准、层板分等、指接等技术、胶层理论与胶种选择、胶合木增强材料对胶合木性能的影响等, 对我国今后结构用胶合木的研究提出进一步的建议。     

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。     

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。     

短周期工业材指接压力与强度性能的研究

短周期工业材指接压力与强度性能的研究何林，李琳（黑龙江省林产工业研究所）在指接材的加工条件中。影响其强度性能的因素较多，压力是其中一个重要因素。若压力不足，胶层将变厚，胶合性能降低；反之，则易产生指榫根部劈裂和缺胶现象，引起胶合不良。因此，对指榫施加...     

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。     

小径落叶松层板等级区分和集成材强度性能的研究

根据抗弯弹性模量、节径比、纹理斜度、年轮宽度和裂纹、腐朽、变色等木材缺陷,确定小径落叶松层板等级。结构集成材具有较大的规格尺寸、较高的强度和耐久性等优点,它的强度取决于层板强度和配置以及胶合性能。     

正交胶合木胶合耐久性能研究进展

胶合耐久性是正交胶合木(CLT)最基本的性能之一,正交组坯结构和层板间缝隙等构造特征增加了CLT胶合耐久性评估方法的复杂性。同时,胶黏剂种类、胶合工艺参数、试件大小及形状和层板处理等均会影响胶合耐久性能的评价结果。比较分析了不同CLT胶合耐久性测试方法,并对CLT胶合耐久性能主要影响因素相关研究进行总结,为后续CLT胶合耐久性能研究提供参考。     

胶合木人工模拟酸雨和海水老化耐久性能

人工加速老化试验在一定程度上可以模拟自然界中某些气候及地理条件,在较短的试验周期内得到试验结果,更快地评价各因素对层板胶合木性能的影响。共设置8组672个试件,采用自制人工模拟酸雨和海水溶液,参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,对2种层板胶合木(落叶松-间苯二酚甲醛树脂和樟子松-间苯二酚甲醛树脂)试件进行人工模拟酸雨和海水老化处理。试验结果表明:模拟溶液的pH对胶合木吸水行为有一定影响,但有待进一步研究; 2种胶合木试件在盐度(S)=6%的海水老化处理后尺寸稳定性较S=3%时更好; 2种老化处理对试件的抗弯性能有负面影响。盐度水平对试件抗弯性能影响的差异不大,但随着盐度的增加,抗弯性能的下降趋势减慢; 2种老化处理后,试件的胶合性能呈下降趋势。pH为2和S=3%的模拟溶液对2种胶合木试件的胶层剪切强度影响更大;对比海水老化试验,酸雨老化对试件胶层剥离率的影响更大。方差分析结果表明,本研究中2种老化处理方式的老化时间、材料种类和2种模拟溶液水平对试件的3种力学性能均会产生显著影响。     

日本落叶松胶合木销槽承压强度的影响因素分析

参照美国标准ASTM D 5764-97a(2007),探讨测试方法、层板等级、钢销直径和加载方向对日本落叶松(Larix kaempferi)胶合木销槽承压强度的影响。单因素方差分析结果表明,影响日本落叶松胶合木销槽承压屈服强度的因素依次为:层板等级钢销直径加载方向,测试方法对承压性能的影响不显著。     

落叶松层板分级质量评价

对落叶松胶合木用层板进行目测分级并测定其弹性模量和静曲强度,研究各等级层板的弹性模量和静曲强度及其相互之间的关系,探讨层板目测分级和机械弹性模量分级的科学性、合理性。结果表明:根据层板缺陷进行目测分级,等级高的层板其弹性模量和静曲强度的平均值和5%分位值高,目测分级能够基本反映其材质性能,具有一定的科学性与合理性;但目测分级层板弹性模量和静曲强度值的离散度很大,目测分级所能达到的准确与可靠程度决定其不能替代机械弹性模量分级。机械弹性模量分级层板的静曲强度与弹性模量呈正相关性,但各等级层板的静曲强度与弹性模量的相关系数大不相同,其静曲强度值的离散度也比较大,说明该分级方法还有改善的余地。更加科学、可靠的胶合木层板分级方法还有待进一步的探索研究。     

正交胶合木(CLT)性能测试及其分析

简述了国内首条大幅面CLT生产线制造的铁杉正交胶合木(CLT)的工艺过程,并主要对该CLT板主强度方向的弹性模量、抗弯强度,以及胶层剪切强度、层间剪切强度和浸渍剥离等性能进行了测试与分析。表明:铁杉CLT的抗弯性能和抗剪性能测试值均能达到加拿大ANSI APA PRG320—2012标准相关等级要求;CLT垂直层滚动剪切强度是决定CLT抗弯强度和界面层剪切强度的主要因素;真空—加压浸渍处理对胶结面附近木材力学性能的影响大于对胶层的影响,其浸渍剥离率的平均值为9.75%,单组份PUR胶黏剂的胶层剪切强度和耐候性等性能符合室外环境的使用要求;铁杉CLT的抗弯性能和抗剪性能测试值达到加拿大ANSI APA PRG320—2012标准相关等级要求,满足工程要求。     

工程胶合木胶合成型工艺优化研究

以兴安落叶松Larix gmelini为原材料,以间苯二酚树脂为胶粘剂,较系统地研究了压力和涂胶量对落叶松胶合木胶合性能的影响规律,获得了优化的胶合工艺参数。结果表明:胶合木试件的剥离率随着胶合压力和涂胶量的减小而增大;剪切强度和木破率随着胶合压力的增加呈现出先增加后降低的变化趋势,随涂胶量的增加呈现先增加后保持不变的变化趋势;胶合木胶合成型的优化工艺参数为胶合压力1.25 MPa、双面涂胶量300 g/m2。     

结构用指接材制造中工艺参数对齿梳表面粗糙度的影响（英文）

指接材齿梳加工后的表面粗糙度对指接材的胶合质量具有重要影响,它受木材密度等性能指标和刀具磨损时间等加工工艺参数的影响。笔者研究了不同齿梳类型对其表面粗糙度及结构用指接材胶合性能的影响。试验用规格材材种为加拿大黑云杉(Picea mariana),分为1500f-1.4E和2250f-1.9E两个等级。齿梳长度分为12.7和28.3 mm两种。指接材试件在刀具切削磨损10和60 min后获取。试验用Veeco三维非接触式光学轮廓检测仪测量了齿梳表面粗糙度,并以平均粗糙度(Sa)和均方根梯度(Sdq)表示。此外,用力学试验机测量了指接材的弯曲弹性模量(MOR)和极限拉伸强度(UTS),以评价其胶合性能。研究结果表明:齿梳部位的Sa随着木材等级、齿梳长度和刀具磨损时间的增加而显著增加,但Sdq没有明显变化;Sa可以用作评价齿梳部位表面粗糙度的一个主要指标;所选用材料和加工参数均能获得具有良好胶合性能的指接材;在研究所选参数范围内,齿梳表面粗糙度对指接材的MOE和UTS没有显著影响。     

指接胶合木经济分析

将短方材或短板材开指榫,经胶合即可形成指接胶合木。中国林业科学研究院木材工业研究所在湖北省某林场试验生产的指接胶合木,已经批量投产,产品用做载重汽车的纵梁垫木和车箱底板。指接木对生产原料没有太高的要求,只是在指接部位不允许有死节、腐朽、虫眼、夹皮等缺陷。指接木的原料,可以是间伐小径木、短轮伐期的速生木材、弯曲材,甚至可以是大枝丫材。在实际生产中,利用的原料段最短只有25cm,加工出的成品可达4m、5m或更长。所以,用指接胶合的方法,可以达到短材接长、小材大用的效果,有利于合理利用木材,提高人工林经济价值,缓和大径级材的供需矛盾。