CN106153476B - 木材滚动剪切模量和强度的测试方法 - Google Patents

木材滚动剪切模量和强度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种木材滚动剪切模量和强度的测试方法，用沿木材纵向纹理的规格材作为试件的两个外层，沿木材横向纹理的规格材作为芯层，用胶粘剂粘合后制成三明治试件；在三明治试件的两个外层切除两个堆成的直角楔子，在所述直角楔子端面上分别安置钢板；向钢板表面匀速施加压力直至试件破坏，所述压力的方向为垂直于钢板的方向，记录加载时间、载荷、外层的相对位移、及加载头的位移，通过计算即可得到所述木材滚动剪切模量和强度。

Description

木材滚动剪切模量和强度的测试方法
【技术领域】
本发明涉及木结构建筑测量技术领域，尤其涉及木材滚动剪切模量和强度的测试方法。
【背景技术】
为下一代创造良好的生存环境已经成为全球共识。作为可持续、可再生的绿色环保材料，木材越来越受到的关注，木结构建筑也由此越来越受到青睐。木结构建筑具有良好的结构稳定性、防火性能、隔声性能、及抗震性能，特别是在地震多发地区，其表现尤为突出。近年来风靡世界的正交胶合木(Cross-Laminated Timber，简称CLT)，已经被广泛应用于低层和中层建筑的重型木结构建筑中。正交胶合木是由多层木板制造而成，其中相邻层的木板纹理方向互相垂直，并用胶粘剂或紧固件使之成为一个整体，可作为房屋建筑中的墙板、楼板和屋顶板，并通过紧固件相连而构成整栋木结构建筑。由于正交胶合木相邻层板材的木纹方向的相互垂直设计，从而造成了其较低的滚动剪切模量和强度。
木材的滚动剪切是指由剪切应力所造成的在其横切面(也就是垂直于木材纵向纹理的切面)内引起的变形。在常用的正交胶合木的设计手册中，其板材的整体面外刚度取决于横向排列层的滚动剪切模量。所以，滚动剪切模量及强度是设计和利用正交胶合木的关键指标。目前还没有被广泛接受的统一的测试木材滚动剪切性能的方法，一般推荐使用美国标准ASTM D2718“Standard test methods for structural panel in planar shear(rolling shear)[结构用板材面内剪切(滚动剪切)标准测试方法]”测定。但是，该方法主要是用于厚度较小的像胶合板那样的工程木基板材，并不完全适用厚度较大的正交胶合木。另外，该方法测试繁琐，测量结果不够准确，因为用两块钢板或铝板作为外层，和实际情况相差甚远。因此，发明一种操作简易且更接近于正交胶合木实际应用情况的滚动剪切性能测试方法有着重要的意义，也将为木结构设计工作提供可靠的工程设计参数。
【发明内容】
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的目的是提供一种木材滚动剪切模量和强度的测试方法，操作简单、测试方便、数据可靠。
本发明的技术方案是：
一种木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：用沿木材纵向纹理方向的规格材作为试件的两个外层，沿木材横向纹理方向的规格材作为芯层，用胶粘剂粘合后制成三明治试件；在三明治试件的两个外层切除两个堆成的直角楔子，在所述直角楔子端面上分别安置钢板；向钢板表面匀速施加压力直至试件破坏，所述压力的方向为垂直于钢板的方向，记录加载时间、载荷、外层的相对位移、及加载头的位移，通过公式计算得到所述木材滚动剪切模量，通过公式 计算得到所述木材滚动剪切强度，其中，G为滚动剪切模量，w为试件宽度，为在比例极限以下线性范围内的荷载和两个外层相对位移曲线的斜率，τ为滚动剪切模量，Pmax为试件的破坏载荷，α为试件加载时的倾斜角度，L为试件长度，tc为试件芯层厚度。
进一步的，上述试件加载时的倾斜角度通过公式计算得到，其中α为试件加载时的倾斜角度，L为试件长度，tc为试件芯层厚度，to为试件外层厚度，π为圆周率。为避免实验过程中因载荷不对称而可能产生的弯矩，必须保证载荷通过试件的几何中心。根据试件的长度和各层厚度，在三明治试件的两个外层用台锯精确地切除两个直角楔子，一个在上端，另一个在下端，如图1所示，其切割角度α(等于试件加载时的倾斜角度)由公式(1)计算得出。
进一步的，上述钢板的厚度为25-30mm，宽度大于所述直角楔子的斜边，长度大于试件的宽度。
进一步的，上述外层的相对位移通过设置在试件的正面和反面的位移传感器测试得到。
进一步的，上述位移传感器的精度大于等于0.01mm。
进一步的，上述加载时间大于等于4min。
进一步的，上述压力的加载速度为0.5mm/min。
以上参数均是为了得到更为准确的测试结果。
进一步的，上述顶部钢板设置有球形支座，以保证应力均匀分布在试件的加载面上。
进一步的，上述外层或芯层的厚度为38mm或等于规格材的厚度，长度为 254-305mm，宽度为89-140mm。
进一步的，所述芯层由至少三块芯层规格材横向排列组成。
本发明具有以下有益的技术效果：免去了将芯层木材粘合到钢板或铝板外层的复杂耗时的试件准备过程，用相同木材制作试件或直接从正交胶合木上截取试件，操作简单，测试方便；测试试件直接利用规格材作为试件的两个外层，更加接近于正交胶合木的实际情况，同时考虑了正交胶合木芯层厚度较大的因数，引进倾斜角度，所测得的滚动剪切模量和强度数值更加精确和可靠。
【附图说明】
图1是本发明的测试示意图。
标记说明：1，外层；2，芯层；3，钢板；4，位移传感器。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例
本发明直接利用规格材(指木材领域中的定义，即木材截面的宽度和高度按规定尺寸加工的规格化木材，尺寸根据国标GB50005-2003界定)作为试件的两个外层，其木纹方向平行于试件的长度方向；三块或三块以上的芯层规格材横向排列组成芯层，其端部木纹就是横切面纹理；两个外层和芯层正交铺设，用胶粘剂粘合后，在一定压力和温度下制成三明治试件，如图1所示。胶粘剂可以采用和正交胶合木生产厂家同样的胶粘剂，或者其它结构用胶粘剂。试件也可以直接从正交胶合木截取。
试件两个外层的厚度必须相同。试件的建议尺寸是，每一层的厚度为38mm或等于规格材的厚度，长度为254-305mm，宽度为89-140mm，其中芯层规格材数量不少于3块。
为避免实验过程中因载荷不对称而可能产生的弯矩，必须保证载荷通过试件的几何中心。根据试件的长度和各层厚度，在三明治试件的两个外层用台锯精确地切除两个直角楔子，一个在上端，另一个在下端，如图1所示，其切割角度(α)由公式(1)计算得出。
式中，α为试件加载时的倾斜角度(°)，L为试件长度(mm)，tc为试件芯层厚度(mm)，to为试件外层厚度(mm)，π为圆周率(约等于3.14159)
试验时，在试件上下安置两块25mm厚的钢板，其宽度略大于所切割楔形的斜边，长度略大于试件的宽度(w)。在顶部加载钢板上安置球形支座，以保证应力均匀分布在试件的加载面上。
如图1所示，在试件的正反面各安装一个精度不低于0.01mm的位移传感器，以测定试件两个外层的相对位移(Δ1和Δ2)，用其平均值来计算滚动剪切模量，建议测量范围是50mm。匀速加载直至试件破坏，建议加载速度为0.5mm/min，保证试件受力后到破坏的时间不低于4min。用数据采集器自动记录试验过程中的加载时间、载荷(P)、外层的相对位移(Δ1和Δ2)、及试验机加载头的位移。
通过以上测试结果，按照公式(2)和(3)分别计算得出木材的滚动剪切模量和强度。
式中，G为滚动剪切模量(MPa)，w为试件宽度(mm)，及为在比例极限以下线性范围内的荷载和两个外层相对位移曲线的斜率(kN/mm)，α为试件加载时的倾斜角度(°)，L为试件长度(mm)，tc为试件芯层厚度(mm)。
式中，τ为滚动剪切模量(MPa)，Pmax为试件的破坏载荷(MPa)，α为试件加载时的倾斜角度(°)，L为试件长度(mm)，tc为试件芯层厚度(mm)。

Claims (10)

1.一种木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：用沿木材纵向纹理方向的规格材作为试件的两个外层，沿木材横向纹理方向的规格材作为芯层，用胶粘剂粘合后制成三明治试件；在三明治试件的两个外层切除两个堆成的直角楔子，在所述直角楔子端面上分别安置钢板；向钢板表面匀速施加压力直至试件破坏，所述压力的方向为垂直于钢板的方向，记录加载时间、载荷、外层的相对位移、及加载头的位移，通过公式计算得到所述木材滚动剪切模量，通过公式计算得到所述木材滚动剪切强度，其中，G为滚动剪切模量，w为试件宽度，为在比例极限以下线性范围内的荷载和两个外层相对位移曲线的斜率，τ为滚动剪切模量，Pmax为试件的破坏载荷，α为试件加载时的倾斜角度，L为试件长度，tc为试件芯层厚度。
2.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述试件加载时的倾斜角度通过公式计算得到，其中α为试件加载时的倾斜角度，L为试件长度，tc为试件芯层厚度，to为试件外层厚度，π为圆周率。
3.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述钢板的厚度为25-30mm，宽度大于所述直角楔子的斜边，长度大于试件的宽度。
4.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述外层的相对位移通过设置在试件的正面和反面的位移传感器测试得到。
5.根据权利要求4所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述位移传感器的精度大于等于0.01mm。
6.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述加载时间大于等于4min。
7.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述压力的加载速度为0.5mm/min。
8.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，试验时，在所述试件上端和下端安置所述钢板，其中试件上端的所述钢板上安置球形支座。
9.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述外层或芯层的厚度为38mm，长度为254-305mm，宽度为89-140mm。
10.根据权利要求1所述的木材滚动剪切模量和强度的测试方法，其特征在于，所述芯层由至少三块芯层规格材横向排列组成。
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