人工林杉木工程結(jié)構(gòu)集成材工藝及性能研究.pdf

1、木材是一種古老的建筑材料,在我國上世紀(jì)五、六十年代,因木結(jié)構(gòu)能就地取材,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中大量采用,致使結(jié)構(gòu)用材采伐殆盡,木結(jié)構(gòu)停用達(dá)二十來年,木結(jié)構(gòu)在我國逐漸消失。木結(jié)構(gòu)房屋具有生態(tài)、環(huán)保、可再生利用等特點(diǎn),是人類理想的居住環(huán)境,隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的需求向多元化發(fā)展,北美等國已向我國出口應(yīng)用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的輕型木結(jié)構(gòu)住宅,我國木結(jié)構(gòu)因而得到復(fù)興。 我國有大面積的人工速生林,木材工業(yè)的發(fā)展使得生產(chǎn)速生樹種集成材,用于建

2、筑結(jié)構(gòu)成為可能,既提高了速生木材利用率,又大力促進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。 本論文以人工林杉木(Cunninghamia lanceolata)為試驗(yàn)材料,在分析國內(nèi)外集成材研究成果的基礎(chǔ)上,采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法,對(duì)人工林杉木集成材的加工工藝和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究方法參照結(jié)構(gòu)用集成材日本農(nóng)林規(guī)格和美國ASTM D4761和D198,并運(yùn)用FFT頻譜分析檢測(cè)。 主要研究內(nèi)容與成果如下： 一、研究人工

3、林杉木工程結(jié)構(gòu)集成材單元接長技術(shù),得出開齒杉木板材靜彈性模量和動(dòng)彈性模量之間呈顯著的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)0.965,并根據(jù)彈性模量測(cè)試結(jié)果,對(duì)杉木板材分等；采用雙組分膠黏劑能夠獲得較好的膠合強(qiáng)度；指接后板材的動(dòng)態(tài)彈性模量和靜彈性模量仍呈顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)0.960,表明FFT頻譜分析方法快速檢測(cè)集成材層板的彈性模量具有普遍性意義,實(shí)用性較強(qiáng)。 二、研究人工林杉木結(jié)構(gòu)集成材的膠合工藝,得出使用雙組分膠黏劑的最佳工藝條件為：單位壓

4、力0.8MPa;涂膠量250g·m-2;加入添加劑山核桃粉(200目)10％。使用雙組分膠黏劑試件的剪切強(qiáng)度優(yōu)于三聚氰胺改性酚醛樹脂膠黏劑(MPF),但耐沸水性不及MPF。防腐處理不會(huì)降低試件的膠合強(qiáng)度。 三、根據(jù)人工林杉木的材料特性,提出了杉木工程結(jié)構(gòu)集成材的加工工藝。對(duì)集成材構(gòu)件彈性模量的研究結(jié)果表明： (1)在試驗(yàn)范圍內(nèi),加載速度和跨距對(duì)集成材靜彈性模量測(cè)試結(jié)果影響不顯著,彈性后效變形是引起多次測(cè)量彈性模量變異的因

5、素之一。 (2)集成材的靜彈性模量、FFT縱波共振彈性模量和模型預(yù)測(cè)彈性模量之間呈顯著的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)0.92以上,說明FFT頻譜分析法快速檢測(cè)集成材彈性模量能方便有效地預(yù)測(cè)其彈性模量和利用預(yù)測(cè)模型根據(jù)層板的彈性模量預(yù)測(cè)集成材成品彈性模量的可行性。 (3)集成材指接單元靜彈性模量平均值、指接層板靜彈性模量平均值與集成材成品靜彈性模量之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均在0.93以上,進(jìn)一步驗(yàn)證了用單元彈性模量和層板彈性模

6、量預(yù)測(cè)集成材成品彈性模量的可行性。 四、對(duì)人工林杉木集成材受彎構(gòu)件進(jìn)行靜曲強(qiáng)度試驗(yàn)和承載力設(shè)計(jì)計(jì)算,得出： (1)集成材受彎破壞為受拉脆性破壞,大部分構(gòu)件破壞由純彎段內(nèi)的指接引起,因此應(yīng)嚴(yán)格控制受彎構(gòu)件的受拉區(qū)單層板質(zhì)量,在純彎段避免指接、節(jié)子等缺陷是提高集成材性能的關(guān)鍵。竹片貼面能降低構(gòu)件破壞時(shí)的危險(xiǎn)性,更好的發(fā)揮集成材性能的優(yōu)越性。 (2)集成材強(qiáng)度最低為23.75MPa,最高為41.55MPa,在力學(xué)性能方

7、面可以達(dá)到相應(yīng)優(yōu)質(zhì)鋸材的標(biāo)準(zhǔn),因此可以廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)住宅、大跨度建筑結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)橋梁等。疊合層數(shù)、層板配置方式、竹片貼面是影響集成材構(gòu)件極限承載力的因素,防腐處理不會(huì)降低構(gòu)件的強(qiáng)度。 (3)人工林杉木集成材靜曲強(qiáng)度與動(dòng)彈性模量和靜彈性模量之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.85和0.87,有密切的相關(guān)關(guān)系,因此,可以利用抗彎彈性模量的快速檢測(cè)來預(yù)測(cè)木材的抗彎強(qiáng)度。 (4)在平截面、應(yīng)力分布、中性層位置、彈性模量、膠層厚度等幾個(gè)基本