国产日本落叶松正交胶合木的层间剪切性能

采用国产日本落叶松制备CLT,分析层板锯材自身的弹性模量、层数、层板厚度、组坯方向对CLT板层间剪切性能的影响。结果表明:层板模量增加、层数减少、层板厚度减少,对CLT层间剪切强度影响为显著,对层间剪切弹性模量影响不显著;改变组坯纹理方向能够显著提高CLT的层间剪切性能;采用剪力类比法,能够有效预测CLT等效剪切刚度,预测值和实测值相对误差在7%以内。     

加拿大铁杉正交胶合木弯曲性能预测与评估

为了对正交胶合木(CLT)的弯曲性能开展有效预测与评估,验证CLT板件弯曲性能预测值的可靠性,采用自由梁横向振动法,对加拿大铁杉锯材顺纹弹性模量进行动态测试与质量分等;采用悬臂板横向振动法动态测试铁杉锯材的横纹剪切模量和弹性模量;将分等后的铁杉锯材制成足尺CLT楼板、墙板用板材,并采用四点弯曲法静态测试CLT板材的弹性模量值;然后将锯材顺纹弹性模量、横纹剪切模量和弹性模量实测值代入模型公式进行CLT板弯曲性能预测,并与CLT板材静态弹性模量实测值作比较分析。结果表明:CLT主强度方向弹性模量预测值为11 222 MPa,实测值为11 312 MPa,CLT板材的弯曲弹性模量的预测值与其实测值决定系数为0.887,具有较强的相关性;用CLT板材的预测值模型公式评估其弯曲性能指标,具有应用上的可行性和可靠性;铁杉制成的CLT板材弯曲性能达到CLT楼板、墙板等工程用的等级要求。     

基于C语言的结构用集成材木梁抗弯刚度模型研究

基于平行轴定理,采用变换截面法建立结构用集成材木梁的抗弯刚度C语言可执行程序模型,并通过足尺木梁的抗弯力学性能试验验证模型的有效性。本试验根据木材抗弯弹性模量测定方法国家标准（GB/T 1936.2—2009）中的相关要求,测定层板木材的抗弯弹性模量并将其导入C语言程序模型,得到梁体抗弯刚度的模型理论值。依据结构用集成材国家标准（GB/T 26899—2011）对木梁进行四点抗弯测试并实时采集梁体跨中挠度、荷载数据,得到梁体抗弯刚度的实测值。对比梁体抗弯刚度的模型理论值与实测值,得出其平均相对误差率为3.89%。结构用集成材木梁抗弯刚度模型的建立应充分考虑梁体自身的构造缺陷,以综合层板的力学性能变异性及尺寸效应等影响因素,合理引入修正系数,提高模型的准确度与适用性。     

正交胶合木铁杉规格材弹性模量的动态测试及应力分等

为使规格材力学性能满足制造足尺正交胶合木(CLT)楼板和墙板的需要,笔者采用横向振动法,对加拿大铁杉规格材的顺纹弹性模量进行动态测试及其应力分等研究,并从被测试件中随机抽取50根通过应力波法进行对比测试,以验证测试及分等结果的可靠度。研究表明,所用铁杉规格材顺纹弹性模量平均值均达到制造CLT性能要求;顺纹弹性模量测试结果基本符合威布尔分布规律;依据其顺纹弹性模量性能进行应力分等后,达到1.5E应力等级的铁杉锯材占总数的35.0%,达到2.0E应力等级的铁杉锯材占总数的34.8%;横向振动法测试结果与应力波法测试结果相关系数达到0.815,具有较高的吻合度。上述有利于确保后续CLT的结构设计、性能预测、加工制造和性能评估等工作,并对促进国内CLT木建筑的良性发展具有工程应用价值。     

正交胶合木(CLT)梁剪应力分析及其层间剪切强度测试

【目的】探索正交胶合木(CLT)矩形截面梁剪应力计算公式,为测试CLT梁层间剪切强度提供理论依据。【方法】根据胡克定律及梁的弯矩与剪力的微分关系,计算3层、5层和7层CLT梁及同向胶合木梁的层间剪应力,给出CLT梁剪应力计算公式,比较CLT梁及同向胶合木梁的剪应力分布特征。【结果】CLT梁层间正应力间断,但层间剪应力是连续的;对于CLT矩形截面梁,其剪应力沿截面高度变化趋于均衡,不再遵循抛物线分布; CLT短跨距梁在三点弯曲加载中,依次发生垂直层滚动剪切破坏、层间剪切破坏和平行层弯曲破坏;短跨距梁三点弯曲载荷-位移曲线的最高峰值载荷为CLT发生层间剪切破坏载荷,其值稳定、易于读取;铁杉CLT梁层间剪切强度与其平行层弹性模量呈正相关。【结论】CLT梁层间剪应力和最大剪应力与CLT层数、平行层与垂直层弹性模量比值E_L/E_T(或E_L/E_R)有关; 3层、5层和7层CLT矩形截面梁的最大剪应力均发生在梁截面中性轴上,其值分别为1.5倍截面平均剪应力的92.8%、86.7%和92.6%;短跨距梁三点弯曲法是一种有效测试CLT层间剪切强度的方法。     

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。     

锯材/单板层积材混合正交胶合木力学性能研究

为改善正交胶合木(Cross laminated lumber,CLT)的力学性能,将加拿大云杉-松-冷杉规格材和单板层积材按照不同结构进行混合组坯,形成3种不同结构的混合结构CLT,并对CLT试件进行弯曲和剪切力学性能测试,观察试件破坏形式。试验结果表明,芯层(横向层)剪切破坏是CLT梁试件弯曲破坏的主要、关键形式,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)显示了较低的横纹剪切性能;将LVL置于表层,能较大地改善CLT材料的力学性能,其顺纹抗弯弹性模量比普通结构CLT值提高17.6%,将LVL置于芯层(横向层),SPF作为表层形成的混合CLT材料力学性能低于普通结构CLT性能。     

侧压型竹层板用竹条分级研究

按照GB/T 17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中的三点弯曲法,先测试竹条径向两面(近竹青面和近竹黄面)各节间和节部的抗弯弹性模量,然后将试件从宽度方向一分为二,测试其各对应位置的弦向抗弯弹性模量和静曲强度。探讨竹条节间中心位置不同方向的弹性模量相互之间及其与弦向静曲强度之间的关系,并建立相应的数学模型;分析竹节对竹条弹性模量的影响,确定侧压型竹层板用竹条的实用分级方法;按中间点径向抗弯弹性模量对竹条进行分级,并测试其弦向静曲强度,分析竹条分级的可靠性;将不同等级的竹条分别制备侧压型竹层板试件,测试其静曲强度和抗弯弹性模量,验证竹条分级的有效性。结果表明：通过测量竹条节间径向两面抗弯弹性模量并计算其平均值,可以较准确地推测其弦向抗弯弹性模量值;通过测试竹条某节间径向两面抗弯弹性模量的平均值,可以很好地预测该部位的弦向静曲强度;仅测量竹条中间点(无论是节间还是节部)的径向抗弯弹性模量就能较好地推测出整根竹条的弦向抗弯弹性模量;采用竹条中间点径向抗弯弹性模量分等可以对竹条(弦向静曲强度)进行有效分级;按竹条中间部位的径向抗弯弹性模量对竹条进行分级,其侧压型竹层板的分...     

高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响

【目的】研究高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响,明确高温热改性和环境湿度对木材平衡含水率、木材顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度的影响规律,揭示高温预处理对胶合木梁抗弯性能影响的作用机制,为高温热改性技术在木结构领域中的应用提供参考。【方法】以高应力等级的兴安落叶松为研究对象,采用工业化热处理技术对落叶松木材进行高温热改性,以高温热改性后的落叶松木材为层板,制备12个足尺胶合木梁。基于EN 408标准四点弯曲方法,分析高温热改性和环境湿度对胶合木梁抗弯弹性模量、抗弯强度、破坏模式、跨中截面荷载-应变曲线和跨中截面应变分布规律等抗弯性能的影响。【结果】高温热改性会在一定程度上降低胶合木梁的抗弯强度,但可明显提高高湿度条件下胶合木梁的抗弯弹性模量,与90%环境湿度下未处理胶合木梁相比,高温热改性后,同湿度下胶合木梁的抗弯强度降低29. 79%,抗弯弹性模量提高23. 71%;高温热改性可降低胶合木梁抗弯弹性模量对环境湿度的敏感性,环境湿度从60%提高到90%,未处理胶合木梁的抗弯弹性模量降低23. 27%,经高温热改性预处理的胶合木梁抗弯弹性模量降低7. 55%; 60%和90%环境湿度下的荷载-位移曲线和跨中截面应变分布曲线表明,胶合木梁在高湿环境中具有更明显的非线性特性,高温预处理后的胶合木梁表现为线弹性。环境湿度对胶合木梁的抗弯性能具有较为明显的劣化作用,90%湿度下胶合木梁抗弯强度和抗弯弹性模量分别为43. 98 MPa和12. 191 GPa,比60%湿度下未处理胶合木梁低17. 07%和23. 27%;环境湿度对木材平衡含水率影响明显,高温热改性是降低木材平衡含水率的有效措施,环境湿度从60%提高到90%,高温热改性处理后落叶松木材平衡含水率分别从10. 74%和20. 62%降至4. 76%和11. 18%。【结论】60%和90%环境湿度条件下,未处理胶合木梁为拉伸破坏,高温热改性构件为拉剪联合破坏,高温热改性后材料的顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度降低是材料破坏模式改变的根本原因。高温热改性后胶合木梁在高湿环境条件下抗弯弹性模量明显改善。     

层板及其钉连接层积材弹性模量的关系研究

主要研究了钉连接层积材和层板弹性模量之间的关系,测定了117根层板的抗弯弹性模量,经Weibull分析,此批层板弹性模量达不到5 900 MPa的概率仅为5.53%。选取其中48根层板,将4根层板通过钉连接组成1组,共得到12组钉连接层积材。研究表明:钉连接层积材的弹性模量均高于对应的层板弹性模量最小值,但小于4根层板弹性模量的平均值。采用Origin软件拟合分析钉连接层积材和层板弹性模量之间的关系,发现钉连接层积材和对应的层板弹性模量平均值、标准差之间存在三元一次方程关系。本研究建立钉连接层积材和层板弹性模量之间的关系,可以为预测钉连接层积材的刚度提供参考。     

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。     

竹-原木组合梁受弯承载力试验与数值模拟

【目的】竹、木结构使用越来越广泛,传统竹、木结构跨度、结构尺寸和承载力受到材料特性多因素影响,大多以钢木、木混等组合居多,竹木组合结构很少,对竹木组合结构受力特性研究甚少。揭示竹木组合梁结构受力特性与承载力计算关系。【方法】以原木为骨架,利用环氧树脂胶合剂连接竹集成材一种竹-原木组合梁试验模型,采用结构尺寸和特性一致的3根原木梁和3根竹-原木组合梁,进行了三分点加载受弯对比试验,分析两种结构梁的破坏形态、极限承载力、抗弯刚度和应变变化规律。【结果】1)原木梁和竹-原木组合梁均发生脆性破坏,两种原材料天然缺陷对受弯承载力有较大影响。2)跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定,说明竹材和木材能够协同工作。3)竹-原木组合梁相比原木梁组平均值抗弯承载力提高了38.8%,刚度提高43.3%,跨中挠度增加24.2%。4)竹原木组合梁受弯承载力计算简式的理论计算与与试验结果进行对比,竹-原木组合梁极限承载力相比原木梁提高37.36%与试验结果提高38.8%,平均误差值在5%以内。【结论】说明竹片充分发挥抗拉性能,抗弯刚度和承载力均有较大提高;假定推理出了数值模拟与试验结果吻合较好,该研究成果对于竹-木组合结构设计以及在木结构工程中的应用提供了试验和理论依据。     

混合结构对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为评价层板材料对正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙抗侧性能的影响,对普通结构(单一锯材材料)CLT剪力墙和混合结构(锯材与单板层积材混合材料)CLT剪力墙进行了单向和低周反复加载试验。结果表明:墙体在单向荷载作用下主要因一侧墙角锚栓和基底锚栓的严重变形而发生破坏,在低周反复加载作用下则为墙角锚栓连接件的变形及钉子的疲劳剪断破坏;CLT剪力墙耗能主要来自于连接件变形和自攻螺钉弯曲、拔出和剪断;混合结构CLT墙体在单向和低周反复加载中的破坏位移、抗剪强度分别比普通结构CLT墙体低3.03%,24.75%和7.33%,3.31%;抗侧刚度则高出8.70%,7.45%。混合结构对CLT剪力墙不同抗侧性能影响不同,应加强CLT剪力墙与基础的连接,充分发挥CLT墙体本身的抗侧性能。     

基于横向振动法对樟子松木材进行应力分等的研究

以樟子松木材为试验对象,分别运用横向振动法和静态弯曲法得出其动态弹性模量和静态抗弯弹性模量,重点对二者的关系以及尺寸、节子等因素对动态弹性模量的影响进行了研究.其结论是：动态弹性模量与静态抗弯弹性模量以及抗弯强度都有很好的相关关系;尺寸对动态弹性模量没有显著性的影响;节子的个数对木材动态弹性模量有显著性影响.     

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。     

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。     

硫酰氟熏蒸处理对出口包装樟子松木材力学性能的影响

采用硫酰氟作为熏蒸剂处理樟子松木材,在试验室条件下,研究熏蒸处理对木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、颇纹抗剪强度和颇纹抗压强度的影响。结果表明,经硫酰氟熏蒸处理后樟子松木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度和顺纹抗压强度均有程度不同的变化;除顺纹抗剪强度有所增强,抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均减小;抗弯强度和抗弯弹性模量的相关性有所下降。     

ACQ-B防腐处理对木箱包装材料力学性能的影响

采用常温常压浸泡法、利用水溶性木材防腐剂-季铵铜(ACQ-B)处理木箱包装材料-樟子松板。在实验室条件下,用电子万能力学试验机研究不同浓度药液处理和后期不同干燥条件对木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和横纹抗压强度的影响。结果表明,经不同浓度药液处理以及后期不同的干燥条件,使得樟子松木材的抗弯强度和抗弯弹性模量变化不大;顺纹抗压强度在较高浓度下有所增强,0.5%浓度处理下略有降低;而横纹抗压强度均有不同程度的降低。     

胶合木T梁负弯曲性能试验研究

【目的】探讨胶合木T梁的负弯曲性能,观察极限状态下构件的破坏形式,解析极限状态下构件的破坏机理,推导极限承载能力计算模型,以期为工程实际应用提供理论参考依据。【方法】采用跨中荷载试验与理论计算对比方式进行研究,实测分析了两组试件的应变、挠度、抗弯刚度、极限承载力及延性结果,观察分析了胶合木梁的破坏形态与破坏机理,基于Rammer剪切强度公式将弯剪强度理论值和试验值进行了对比。用兴安落叶松作为原材料,以剪跨比、跨高比为参数,设计制作2组即A组3根(高跨比1/12,剪跨比5.2)、B组3根(高跨比1/14,剪跨比6.1),共计6根平行胶合木T梁试件。将T梁反转成倒T梁,在两端简支条件下跨中加载产生正弯矩,使肋板受压、翼板受拉,模拟连续T梁跨中支承截面的受力性能。【结果】1)两组构件整体工作性能良好,受弯时极限破坏形态均为中部顺纹剪切破坏。2)两组构件相比,B组较于A组试件,屈服荷载降低9.7%,跨中屈服位移提高27.5%,极限抗弯承载力降低10.4%,跨中极限位移提高42.7%,抗弯刚度降低36%,延性系数提高22.4%。3)两组构件的荷载应变曲线在达到屈服点之前呈比例关系,满足平截面假定。4)受剪力滞效应影响,两组构件的跨中截面翼缘板正应力横向分布不均匀,呈现随距离肋板中心位置越远而越小的关系,最大差值比率达30%。5)构建了弯剪承载力计算模型,理论值与试验值最大相差3.1%,匹配度较高。【结论】总结了胶合木连续T梁在跨中支承截面的受力变形规律,揭示了其破坏机理,构建了极限弯剪承载力计算模型,经验证,具有一定的可靠性。     

竹木板材动态模量在线检测系统

竹木板材作为一种原料,被广泛用于生产家具、地板及工程装修等。其中,弹性模量和剪切模量是其重要的力学性能指标。为快速无损测定竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,设计了一种基于FPGA的板材动态弹性模量和剪切模量测试系统。系统通过全桥电阻应变传感器拾取板材的冲击响应信号,信号经过调理电路放大后输入FPGA开发板,进行模数转换及频谱变换,得到振动信号的一阶模,最后计算得到竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量。为方便用户使用,该系统增加了上位机显示体系,实现信号采集、频谱分析、一阶模提取、模量计算等功能,执行一次测试仅需几秒。为验证测量方案的可行性,与分离刚度法测试进行了对比,其弹性模量的相对误差在0.14%～2.59%,平均误差为1.46%;剪切模量的相对误差在0.32%～7.45%,平均误差为4.18%。实测数据表明,该动态模量在线检测系统可以有效地测量竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,处理速度快、应用灵活、稳定性强,可满足生产过程的实时检测需求。