发布时间 : 星期二 文章锯材宏观特征对正交胶合木横向层滚动剪切性能影响更新完毕开始阅读5bc22400df36a32d7375a417866fb84ae45cc3ce
锯材宏观特征对正交胶合木横向层滚动剪切性能影响
正交胶合木(Cross-laminated timber,CLT)的滚动剪切(Rolling shear)刚度及强度是决定其作为楼面板和屋面板力学性能的关键。CLT横向层材料在剪力作用下易于发生滚动剪切破坏。
滚动剪切并不是材料的固有属性,它受树种、木材密度、年轮宽度、年轮走向等因素的影响。论文主要研究杨木锯材宏观构造及树种对CLT滚动剪切性能的影响,评价分析出性能优越的锯材宏观特征及树种,应用到CLT建筑中,提高建筑的安全性,扩大杨木的使用范围,充分利用我国丰富的杨木资源。
论文首先通过原木制材、干燥和砂光等工序,得到径切板、斜切板和弦切板三种横切面年轮走向的杨木锯材,同时得到三种髓心距离(42.5mm、72.5mm、102.5mm)的弦切板和包含髓心的径切板。论文然后采用两平板法测量杨木锯材的滚动剪切性能,试验结果表明:弦切板、斜切板、径切板的滚动剪切模量和滚动剪切强度分别为165 MPa、196 MPa、180 MPa和3.28MPa、3.09 MPa、2.82 MPa。
从弦切板到径切板,随着年轮角度的增大,滚动剪切模量先增大后减小,斜切板的滚动剪切模量最大,比径切板的滚动剪切模量高8.9%,比弦切板滚动剪切模量高18.8%;随着年轮角度的增大,滚动剪切强度逐渐减小,弦切板的滚动剪切强度最大,比斜切板滚动剪切强度高6.1%,比径切板滚动剪切强度高16.3%。年轮走向对滚动剪切模量和强度的影响不显著。
髓心距离为42.5mm、72.5mm、102.5mm的试件滚动剪切模量和滚动剪切强度分别为176 MPa、200 MPa、204 MPa和3.26 MPa、3.3 MPa、3.42 MPa,滚动剪切模量和滚动剪切强度均随着髓心距离的增大而增大。髓心距离对滚动剪切模量和强度的影响不显著。
含髓心试件的滚动剪切模量和滚动剪切强度均大幅度降低,滚动剪切模量和滚动剪切强度分别为119 MPa和2.09 MPa,模量比距离其最近的髓心距离为42.5mm的试件降低32.4%,强度比距离其最近的髓心距离为42.5mm的试件降低35.9%。髓心对滚动剪切模量和强度均有显著性影响。
论文还采用4种进口针叶材树种作为CLT的横向层,采用三层剪切测试方法测量其滚动剪切性能,试验结果表明:云杉-松-冷杉(Spruce-pine-fir,SPF)、落叶松、樟子松、铁杉的滚动剪切模量和滚动剪切强度分别为96 MPa、168 MPa、56 MPa、104 MPa和1.27 MPa、1.66 MPa、1.29 MPa、1.35 MPa,落叶松的滚动剪切模量和滚动剪切强度均最大,樟子松的滚动剪切模量最小,SPF的滚动剪切强度最小。对于杨木和不同针叶材树种,滚动剪切模量和密度、滚动剪切强度和密度及滚动剪切强度和滚动剪切模量之间存在正相关趋势;同种树种中,滚动剪切模量和强度与密度的相关性相对较低,不同树种之间滚动剪切模量和强度与密度存在高度相关性。
论文最后采用扫描电子显微镜观察杨木3种典型破坏模式的断裂面,总结了杨木和4种针叶树材的破坏模式,发现破坏部位主要位于木射线、年轮的早晚材交界区域。不同年轮走向的杨木锯材,径切板和弦切板主要沿着年轮破坏,斜切板主要沿着木射线方向破坏。
含髓心杨木试件破坏部位均位于髓心区域。