CN104526792B - 木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用 - Google Patents

木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用，本发明中以国产速生材的木材改性技术，充分利用基于速生材材质松软和多孔性的液体可渗透性的优异特质，使含有更高键能的-B-O-化学键的硼酸改性低分子酚醛树脂浸入到木材细胞，再对相邻木材层纹理垂直配置的多层木材进行压缩密实化处理，同时辅以高温环境使木材内树脂快速固化以固定木材的压缩变形，并使多层木材粘结成型。本发明节点板可以作为内填板埋置在木构件内部，或作为外夹板包覆在木构件外侧使用。

Description

木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑结构工程技术领域，具体为一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代化木材加工技术和设备的日益成熟，重型木结构建筑以其出色的结构性能和用材绿色环保等诸多优点得到市场的广泛认可，这些建筑不仅大量应用于住宅，还广泛应用于大型公共建筑、体育馆建筑及桥梁等领域，近些年来在国内得以迅速的发展。在木结构建筑中，节点设计是难度最大、最重要的环节，由于木材的横纹承压强度、抗剪强度、抗拉强度均较低，同时，木材本身具有各向异性，因此木结构的连接需要较大的端距、边距和间距等以避免木材的劈裂破坏，因此与传统的钢结构连接相比，木结构的连接性能通常更差。
木结构中的连接形式主要包括传统的榫卯连接、钉连接、销栓连接和齿板连接：
(1)传统榫卯连接具有传力明确、抗震性能较好的优点，但由于构件截面面积的过度削弱，构件强度性能大幅降低，同时用料不经济；
(2)齿连接常用于用于屋架节点，可在工厂预制，连接性能可靠，但该类型节点只能传递压力，且构件截面削弱较大；
(3)胶连接主要利用胶粘剂的粘结作用直接将构件或板材进行连接，常用于小型桁架中，但该类型节点在连接处有应力集中现象，且传力复杂，不便于计算设计，同时难以实现现场操作；
(4)植筋连接，此类节点具有较高的刚度、良好的防火性能及美观效果，但对装配前构件的加工精度要求较高，且现场装配难度较大；
(5)钉连接一般用于荷载较小的领域，如轻型木结构用墙体等，操作简便、经济性能好，但此类连接形式无法应用于重型木结构建筑中承受较大荷载；
(6)齿板连接大多用于轻型木结构桁架中，操作简便、经济实用，但无法用于承受荷载较大的重型木结构建筑中。
(7)销栓连接常用于大型木构件或重型木结构中，尤其是钢板-销栓(或螺栓)连接节点，主要是销栓受弯、销槽木材和钢板承压，具有制作简单、造型精炼、安全可靠等优点，成为现代木结构建筑、桥梁主要的连接手段，受到人们的关注和青睐。
在木结构领域，随着人们对建筑大跨、复杂建筑功能需求的增加，结构中对柱和基础、柱和梁等构件之间的连接节点性能提出了更高的要求，在这个背景下，钢板-销栓连接节点，由于相对简单的制造工艺、施工方便、性能可靠，销栓节点强度更高、刚度更大，结构整体性能更好，施工也相对方便等诸多优点，在目前的木建筑领域中使用非常普遍。
但是，无论采用内填钢板还是外夹钢板的方式，销栓的插入连接需要在木构件节点处预钻孔，孔的直径一般较销栓大0.8-1.6mm以便于销栓的插入；当采用内填钢板连接时，木构件端部需要预开槽，槽的宽度较钢板厚度大2-4mm；木构件之间的连接所需销栓一般为多排多列，在节点承载过程中，木构件易发生沿木材纹理方向的劈裂现象，从而暴露出更多的钢节点。因此，传统的钢板-销栓节点也有以下不足，有造成重大的安全隐患和经济损失的隐患：
(1)木构件节点处存在的孔隙，使得潮湿的空气侵入到节点内部与钢材接触，会引起钢材的锈蚀，在例如室外无遮挡或用于游泳馆等高湿环境中尤为如此，钢材锈蚀引起的性能下降大大降低了木结构节点和结构的耐久性，一旦发生，钢节点板埋在木构件内部，难以进行除锈等维护处理；
(2)当建筑用于虫蚁灾害严重的地区时，木材须进行防腐处理，常用的防腐剂中含有的金属离子对钢材的劣化作用显著，钢材须进行防护和耐久处理，一旦发生，钢节点板埋在木构件内部，难以进行除锈等维护处理；
(3)木构件节点处存在的孔隙，使得发生火灾时，高温和可燃气体等会通过孔隙向节点内部蔓延，钢材在高温下的性能急剧降低，节点性能的下降直接影响到结构的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板及其制备方法和应用，该节点板利用木材的液体可渗透性，采用树脂浸渍压缩密实化技术，解决了木材强度低、机械加工性能差的缺陷，并且赋予木材优秀的耐候抗火性能。
本发明采用的技术方案为：一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板，该节点板包括木材单层板和树脂，所述树脂浸渍设置在木材单层板内，木材单层板为多层，相邻木材单层板之间采用正交层叠；
所述木材单层板为厚度在1-3mm范围内的速生木材单板；
所述树脂为水溶性低分子硼酸改性酚醛树脂。
作为优选，所述木材单层板为国产速生杨木、杉木、马尾松或桉木。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料准备
①将木材单层板含水率控制在10～25％范围内；
②浸渍用水溶性树脂的浓度根据节点板性能设计要求进行改变，浓度的变化范围为30％～50％；
(2)对木材进行树脂浸渍
浸渍方法为常温真空加压满细胞浸渍法：常温真空加压气压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08～-0.09MPa，保持10min-30min，导入树脂后，再气压加压至0.4～1.0MPa，保持10～30min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06～-0.08MPa，保持5min-10min；常温真空加压液压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08～-0.09MPa，保持10min-30min，导入树脂后，再液压加压至1.4～2.2MPa，保持10～20min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06～-0.08MPa，保持5min-10min；树脂在处理过程中温度不超过50℃，木材始终位于树脂液面以下；
木材浸渍树脂后，在低于40℃环境中调整至含水率在10-20％范围内；
(3)相邻层木材单板正交层叠配板
节点板采用正交层叠的方式配置，以达到节点板主次方向上的受力性能相同；
(4)热压压缩密实化
压缩采用机械压板热压方式进行，压缩时的温度为120～140℃，节点板的压缩率在60-80％范围内。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的应用：所述节点板可以作为内填板埋置在木构件内部，或作为外夹板包覆在木构件外侧使用。
本发明中以国产速生材的木材改性技术，充分利用基于速生材材质松软和多孔性的液体可渗透性的优异特质，使含有更高键能的-B-O-化学键的硼酸改性低分子酚醛树脂浸入到木材细胞，再对相邻木材层纹理垂直配置的多层木材进行压缩密实化处理，同时辅以高温环境使木材内树脂快速固化以固定木材的压缩变形，并使多层木材粘结成型。
由于木材是各项异性的材料，顺纹理力学性能高，横纹力学性能较低，特别是横纹抗拉强度差，为避免节点板产生横纹受拉破坏，节点板采用正交层叠的方式配置，在主方向(顺纹方向)和次方向(横纹方向)上的受力性能相同，同时具有耐候、抗火、高强、尺寸稳定、可规模化生产等优点。所述节点板选用国产人工林速生材单板为基材，不会受到原木尺寸的限制，取材方便，成本低，具有广阔的应用前景。有益效果：
1.本发明所制备节点板所用材料为速生材单板，原料对原木尺寸要求低，来源广泛，且制作工艺简单，消耗时间短，有利于工业化的生产和推广。
2.本发明所制备节点板强度高，可根据设计要求，通过改变浸渍用树脂的浓度和压缩率形成不同性能指标的系列产品。
3.本发明浸渍用的树脂为低分子硼酸改性酚醛树脂，经该树脂浸渍密实化处理的木材节点板，具有良好的抗火性能。
4.本发明制备的节点板密实度高尺寸稳定性好，耐候防腐，耐久性强，可在多种环境下使用。
5.本发明制备的节点板为正交层叠组坯，在热压作用下密实后可使板材在平面内主次方向上都具有高强的性能。
附图说明
图1为木结构构件连接用功能性双向增强节点板示意图；
图2为木结构构件连接用功能性双向增强节点板用作内填节点板示意图；
图3为木结构构件连接用功能性双向增强节点板用作外夹节点板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板，该节点板包括木材单层板和树脂，所述树脂浸渍设置在木材单层板内，木材单层板为多层，相邻木材单层板之间采用正交层叠；所述木材单层板为厚度1mm的速生木材单板；木材单层板为国产速生杨木；所述树脂为水溶性低分子硼酸改性酚醛树脂。
如图1所示，所述节点板包括奇数层木质单层板1、偶数层木质单层板2和木质单层板内浸渍的树脂3。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料准备
①将木材单层板含水率控制在10％；
②浸渍用水溶性树脂的浓度为30％；
(2)对木材进行树脂浸渍
浸渍方法为常温真空加压满细胞浸渍法：常温真空加压气压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08MPa，保持10min，导入树脂后，再气压加压至0.4MPa，保持10min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06MPa，保持5min；常温真空加压液压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08MPa，保持10min，导入树脂后，再液压加压至1.4MPa，保持10min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06MPa，保持5min；树脂在处理过程中温度不超过50℃，木材始终位于树脂液面以下；木材浸渍树脂后，在低于40℃环境中调整至含水率在10％；
(3)相邻层木材单板正交层叠配板
节点板采用正交层叠的方式配置，以达到节点板主次方向上的受力性能相同；
(4)热压压缩密实化
压缩采用机械压板热压方式进行，压缩时的温度为120℃，节点板的压缩率在60％。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的应用：如图2所示，所述节点板4作为内填板埋置在木构件5内部，并通过螺栓6连接。
实施例2
一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板，该节点板包括木材单层板和树脂，所述树脂浸渍设置在木材单层板内，木材单层板为多层，相邻木材单层板之间采用正交层叠；所述木材单层板为厚度在2mm的速生木材单板；木材单层板为国产速生杉木，所述树脂为水溶性低分子硼酸改性酚醛树脂。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料准备
①将木材单层板含水率控制在15％；
②浸渍用水溶性树脂的浓度为40％；
(2)对木材进行树脂浸渍
浸渍方法为常温真空加压满细胞浸渍法：常温真空加压气压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.085MPa，保持20min，导入树脂后，再气压加压至0.8MPa，保持20min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.07MPa，保持8min；常温真空加压液压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.085MPa，保持20min，导入树脂后，再液压加压至2MPa，保持15min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.07MPa，保持8min；树脂在处理过程中温度不超过50℃，木材始终位于树脂液面以下；木材浸渍树脂后，在低于40℃环境中调整至含水率在15％；
(3)相邻层木材单板正交层叠配板
节点板采用正交层叠的方式配置，以达到节点板主次方向上的受力性能相同；
(4)热压压缩密实化
压缩采用机械压板热压方式进行，压缩时的温度为130℃，节点板的压缩率在70％。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的应用：如图2所示，所述节点板4作为内填板埋置在木构件5内部，并通过螺栓6连接。
实施例3
一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板，该节点板包括木材单层板和树脂，所述树脂浸渍设置在木材单层板内，木材单层板为多层，相邻木材单层板之间采用正交层叠；所述木材单层板为厚度在3mm的速生木材单板；木材单层板为国产速生马尾松；所述树脂为水溶性低分子硼酸改性酚醛树脂。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料准备
①将木材单层板含水率控制在25％范围内；
②浸渍用水溶性树脂的浓度为50％；
(2)对木材进行树脂浸渍
浸渍方法为常温真空加压满细胞浸渍法：常温真空加压气压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.09MPa，保持30min，导入树脂后，再气压加压至1.0MPa，保持30min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.08MPa，保持10min；常温真空加压液压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.09MPa，保持30min，导入树脂后，再液压加压至2.2MPa，保持20min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.08MPa，保持10min；树脂在处理过程中温度不超过50℃，木材始终位于树脂液面以下；木材浸渍树脂后，在低于40℃环境中调整至含水率在20％；
(3)相邻层木材单板正交层叠配板
节点板采用正交层叠的方式配置，以达到节点板主次方向上的受力性能相同；
(4)热压压缩密实化
压缩采用机械压板热压方式进行，压缩时的温度为140℃，节点板的压缩率在80％。
上述木结构构件连接用功能性双向增强节点板的应用：如图3所示，所述节点板4作为外夹板包覆在木构件5外侧使用，并通过螺栓6连接。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种木结构构件连接用功能性双向增强节点板的制备方法，所述节点板包括木材单层板和树脂，所述树脂浸渍在木材单层板内，木材单层板为多层，相邻木材单层板之间采用正交层叠；
所述木材单层板为厚度在1-3mm范围内的速生木材单板；
所述树脂为水溶性低分子硼酸改性酚醛树脂；
其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
(1)原材料准备
①将木材单层板含水率控制在10～25％范围内；
②浸渍用水溶性树脂的浓度根据节点板性能设计要求进行改变，浓度的变化范围为30％～50％；
(2)对木材进行树脂浸渍
浸渍方法为常温真空加压满细胞浸渍法：常温真空加压气压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08～-0.09MPa，保持10min-30min，导入树脂后，再气压加压至0.4～1.0MPa，保持10～30min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06～-0.08MPa，保持5min-10min；常温真空加压液压的浸渍工艺为先进行抽真空处理至真空度为-0.08～-0.09MPa，保持10min-30min，导入树脂后，再液压加压至1.4～2.2MPa，保持10～20min，导出树脂后，再抽真空处理至真空度为-0.06～-0.08MPa，保持5min-10min；树脂在处理过程中温度不超过50℃，木材始终位于树脂液面以下；
木材浸渍树脂后，在低于40℃环境中调整至含水率在10-20％范围内；
(3)相邻层木材单板正交层叠配板
节点板采用正交层叠的方式配置，以达到节点板主次方向上的受力性能相同；
(4)热压压缩密实化
压缩采用机械压板热压方式进行，压缩时的温度为120～140℃，节点板的压缩率在60-80％范围内。
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