国产日本落叶松正交胶合木制备工艺及力学性能评价

发布时间：2018-11-02 19:22

【摘要】：正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)是一种新型的工程木产品,由3层及以上锯材或结构复合板材垂直正交组坯,采用结构胶粘剂压制而成,主要用于木结构建筑的墙板、屋板、楼板。CLT在国外中高层木结构建筑领域中被广泛的应用,但国内关于CLT研究处于初期阶段,缺少CLT产品力学性能的基础数据,在木结构建筑中的推广受到限制,研究利用人工林木材制备CLT的生产工艺、力学性能、力学模型,对CLT在建筑结构中应用,以及拓宽人工林用材,提高其附加值,具有重要的现实意义。本论文采用日本落叶松(Larix kaempferi(Lamb.)Carr.)制备CLT,探讨CLT生产工艺。研究CLT抗弯性能、层间剪切性能、滚动剪切性能、顺纹抗压性能,探讨层板模量、组坯方向和层板层数对CLT力学性能的影响,建立有限元数值模型及理论计算模型。具体结论如下:1.对CLT浸渍剥离和胶层剪切强度的试验数据进行极差分析,综合考虑CLT的胶层剪切强度、浸渍剥离,CLT较优的生产工艺参数为A2B3C2(胶粘剂:聚氨酯;施胶量:200g/m2;压力:1.2MPa)。2.CLT力学性能影响因素分析(1)随着CLT表层锯材平均弹性模量从10.33GPa增加到16.21GPa,CLT抗弯强度和抗弯弹性模量分别增加47.48%和62.09%;层间剪切弹性模量没有显著差异在146MPa左右,层间剪切强度增加24.56%;滚动剪切弹性模量没有显著差异在138MPa左右,滚动剪切强度增幅14.92%;顺纹抗压强度和抗压弹性模量呈现递增趋势,增幅分别为34.48%和74.25%。(2)当CLT层数相同,锯材厚度从25mm减少到15mm,CLT抗弯强度和抗弯弹性模量分别增加8.24%和2.30%;剪切弹性模量差异不大,层间剪切强度增加24.41%;滚动剪切强度增加37.93%;顺纹抗压强度和抗压弹性模量分别增加4.75%和4.85%。(3)当锯材厚度相同,CLT层数从3层增加到5层,CLT抗弯强度和抗弯弹性模量分别减小20.94%和14.82%;层间剪切强度和层间剪切弹性模量分别减小26.26%和3.92%;顺纹抗压强度和抗压弹性模量分别减小17.76%和9.36%。(4)斜45°组坯的CLT相比较正交组坯的CLT,抗弯强度和抗弯弹性模量分别增加4.24%和3.69%;层间剪切强度和层间剪切弹性模量分别增加44.64%和24.94%;滚动剪切强度和滚动剪切弹性模量分别增加31.50%和19.09%;顺纹抗压强度和抗压弹性模量分别增加15.45%和15.82%。(5)采用线性模型对CLT各力学性质进行回归拟合,建立了CLT不同力学性质间关系式。(6)随着CLT板宽度的减少,CLT抗弯弹性模量变化不显著;随着跨高比的增加,CLT抗弯弹性模量呈现递增趋势;CLT动态抗弯弹性模量相比较静态抗弯弹性模量低11.42%。3.采用ABAQUS软件建立CLT模型,CLT抗弯、层间剪切、顺纹抗压的最大破坏载荷预测值与实测值相对误差在10%以内,相对误差较小,本文有限元建模正确,可用所建模型预测3层、5层、7层L-CLT、M-CLT、H-CLT组的力学性能。4.采用机械连接理论(Gamma法)、复合层板理论(K方法)、剪力类比法、简单设计法预测CLT等效抗弯刚度、抗弯弯矩和等效剪切刚度,预测值和实测值相对误差均在10%左右。采用剪力类比法推算3层、5层、7层不同等级CLT等效抗弯刚度和等效剪切刚度;采用简单设计法推算3层、5层、7层不同等级CLT抗弯弯矩。
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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS653.3

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