CN210238938U - 一种胶合木空心梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种胶合木空心梁，属于建筑木制构件技术领域。该胶合木空心梁包括受压盖板、左腹板、中腹板、右腹板和受拉底板，左腹板、右腹板和中腹板均设置在受压盖板和受拉底板之间，且中腹板置于左腹板、右腹板之间，还包括鱼腹型增强底板，鱼腹型增强底板置于受拉底板下端面上，且鱼腹型增强底板沿胶合木空心梁高度方向的尺寸由中部向两侧逐渐降低。本实用新型采用设置在受拉底板下侧面上的鱼腹型增强底板，克服了空心胶合木梁自身强度、刚度等力学性能不佳，中部容易首先断裂的缺陷。

Description

一种胶合木空心梁

技术领域

本实用新型属于建筑木制构件技术领域，具体地说，涉及一种胶合木空心梁。

背景技术

时下，钢筋混凝土建筑材料使用盛行，但其正面临一些突出的问题，即施工材料(钢材和水泥)的不可持续再生，且施工过程中容易对环境造成不良影响。鉴于该现状，发展以木结构为代表的绿色建筑，是解决这一问题的有效方式。然而受国内全面停止天然林商业性采伐的限制，国内木材可利用资源大幅减少，尤其大径材林木和珍贵树种等资源更为稀缺，各个国家近年来对于优质木材的出口限制也日趋严格，导致木材供需的结构性矛盾十分突出。

胶合木就是在森林资源供求关系发生结构性转变的大背景下产生的一种结构复合材，胶合木即集成材，可以采用高性能黏合剂将小规格实木锯材制成大规格结构用材，有效的利用了小径级林木资源代替大径级木材制成结构用材，是缓解大径级优质木材资源匮乏这一难题的可靠方式。

在胶合木的具体应用领域，南京林业大学曾经申请了一件名为一种竹节式空心胶合木梁及其制备方法的专利，该专利的申请公布号：CN108756060A，其公开日为2018年11月6日，该发明申请包括受压盖板、左腹板、右腹板、受拉底板和若干竹节板，其中竹节板设置于竹节式空心胶合木梁内部，且分别与受压盖板、左腹板、右腹板和受拉底板相互垂直，实现提高空心梁的刚度和抗弯强度等力学性能的目的。但是该实用新型存在以下缺陷：第一，若干竹节板分别安装在梁体的多个位置，接触面多，需要加工的面积增大，组合精度更加难以保证，影响实际使用时的效果；第二，该技术方案虽然优于传统空心木梁，但是并未解决梁体受到弯矩载荷时中段容易首先遭受破坏的问题。

另外，实验证明异型胶合空心梁还存在以下问题，即异型胶合空心梁受到荷载的作用时，侧板受到更大的弯矩，因此在极限情况下率先被破坏，导致木梁抗弯承载能力不足。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有技术中，梁体中段，尤其侧板容易在载荷作用下首先遭受破坏的问题，本实用新型提供一种胶合木空心梁，采用沿胶合木梁长度方向设置的中腹板和设置在底部的鱼腹型增强底板，提高梁体抵抗弯矩能力。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种胶合木空心梁，包括受压盖板、左腹板、中腹板、右腹板和受拉底板，左腹板、右腹板和中腹板均设置在受压盖板和受拉底板之间，且中腹板置于左腹板、右腹板之间，还包括鱼腹型增强底板，所述鱼腹型增强底板的上端面与受拉底板下端面贴合，且鱼腹型增强底板的高度从中部向两端逐渐降低。

优选的，鱼腹型增强底板的纵截面为六边形。

优选的，鱼腹型增强底板的纵截面由一长方形和一位于长方形下侧的倒等腰梯形组合而成，该倒等腰梯形的上底与长方形的下侧边共线，倒等腰梯形的下底与上底的长度比值为0.3-0.7。

优选的，鱼腹型增强板的两端的高度不小于其最高部的15％。

优选的，鱼腹型增强底板中部的高度与受拉底板高度比值为0.8-2。

优选的，鱼腹型增强底板的长度小于受拉底板的长度，受拉底板的底面两端均设有水平支撑面。

优选的，胶合木空心梁的高度小于0.5m时，水平支撑面的长度不小于胶合木空心梁的高度。

优选的，左腹板和右腹板等宽。

优选的，左腹板的宽度与受压盖板的高度比值为1.0-1.5，中腹板的宽度与受压盖板的高度比值为0.5-1.0。

优选的，受压盖板、左腹板、右腹板、受拉底板均由至少两块板坯组合而成。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型采用设置在受拉底板下侧面上的鱼腹型增强底板，克服了空心胶合木梁自身强度、刚度等力学性能不佳，中部容易首先断裂的缺陷，具体地：

根据GB/T 50329-2012《木结构试验方法标准》对空心胶合木梁进行的一系列实验表明：

a、在组合空心梁的材质、尺寸空心率都相同的情况下，下底加底板的梁比不加梁的抗弯性能更强，故本申请胶合木空心梁下方的鱼腹型增强底板增强了胶合木空心梁的抗弯性能；

b、对于等截面梁，除弯矩最大值所在截面的最大正应力达到材料的许用应力外，其余截面的应力均小于，甚至远小于许用应力，因此，本实用新型采用变截面梁的方案，在弯矩较小处采用较小的截面，节省了材料，减轻了结构的重量；本实用新型下底设有鱼腹型增强底板，根据图6和图7(图中B1、B2、C1、C2分别代表四个实验试件的实验数据折线)可知，在空心梁的材质、尺寸和空心率均相同的情况下，下底加鱼腹型增强底板的梁相比加平直底板的梁能够承受的极限载荷更大，受弯极限承载力也更好；

c、根据梁弯曲的强度条件公式可知，组合梁的惯性矩越大其承载力越大；组合梁的惯性矩计算公式：

式(1)中：I为组合截面图形对其形心轴的惯性矩；I_i为各个组合截面对自身形心轴的惯性矩；A_i为各个组合截面的面积；a_i为各个组合截面图形的形心轴间距离；i为各个组合截面的序号；

由上式可知，相同面积的材料布置在离形心轴越远的位置，可获得越大的惯性矩，故本技术方案增加远离梁中心轴的材料截面(即受压盖板、受拉底板、鱼腹型增强底板的截面)，是使梁的性能更优，更经济合理的；

d、为了达到合理截面要求，必须使同一横截面上的最大拉应力和最大压应力之比σ_t,max/σ_c,max等于相应的拉、压容许应力之比[σ_t]/[σ_c]，这样当荷载增大时，截面上的最大拉应力和最大压应力同时达到容许应力，受拉区和受压区的材料可同样程度地发挥潜力，故对于抗拉和抗压强度相等的塑性材料，宜采用中性轴对称的截面；而对抗拉强度小于抗压强度的脆性材料，宜采用中性轴偏向受拉一侧的截面形状；唯有这样，才能使得材料同一横截面上的最大拉应力和最大压应力之比σ_t,max/σ_c,max等于相应的拉、压容许应力之比[σ_t]/[σ_c]；

虽然由木材标准小试件测得的顺纹抗压强度，约为顺纹抗拉强度的40％-50％，但由于木材缺陷对顺纹抗压强度影响很小，对顺纹抗拉强度影响很大，且胶合木一般都为较大的构件，无法避免木材本身的缺陷影响，故基于木结构设计规范，同等级材质较好的结构材顺纹抗压强度标准值与顺纹抗拉强度标准值的比值在1.05-2.2之间，对于本身具有缺陷的胶合木空心梁，宜采用中心轴偏向受拉一侧的截面，使胶合木空心梁的受拉区和受压区可以同样程度的发挥潜力；

结合图8所示，具体分析胶合木空心梁组合截面图形与其形心轴的惯性矩的关系：

A₁＝b*h₁(4)

A₂＝(2b₁+b₂)*h₂ (5)

A₃＝b*h₃ (6)

A＝∑A_i (7)

C＝[A₁*(h₁+h₂)/2-A₃*(h₂+h₃)/2]/A (8)

式(1)至式(14)中：I为组合截面图形对其形心轴的惯性矩；I_i为各个组合截面对自身形心轴的惯性矩；W₁为上侧抗弯截面模量(受压)；W₂为下侧抗弯截面模量(受拉)；C₁为截面上边缘距中性轴垂直距离；C₂为截面下边缘距中性轴垂直距离；A₁为受压盖板的横截面面积；A₂为左腹板、右腹板、中腹板的横截面面积和；A₃为受拉底板的横截面面积；A为组合截面的面积；b为受压盖板的宽度；b₁为左腹板、右腹板的宽度；b₂为中腹板的宽度；h₁为受压盖板的高度；h₂为各腹板的高度；h₃为受拉底板、鱼腹梁的高度和；

其中C₁/C₂越接近材料抗压设计强度与抗拉设计强度的比值越合理，但在实际情况中，很难达到两个比值完全一致，在构造等方面允许的前提下，使其差值更小即可，即

值越小越合理，f_t、f_c分别为材料抗拉强度设计值、抗压强度设计值。

(2)本实用新型通过各拼接部件用胶水粘合形成空心木梁，使小径级及低值木材可以得到更佳的利用，实现小材大用、劣材优用，与传统实心木梁以及实心胶合木梁相比，在保证力学性能的前提下，减轻木梁自重，大大节约木材消耗量，特别是大径级木材资源，从而降低生产成本，节约环境资源。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为图2沿P-P的剖视图；

图4为本实用新型的俯视图；

图5为本实用新型的分解图；

图6为受拉底板下底面添加平直底板的胶合木梁试件的极限荷载-挠度曲线图；

图7为受拉底板下底面添加鱼腹型底板的胶合木梁试件的极限荷载-挠度曲线图；

图8胶合木空心梁组合截面图；

图9为本实用新型的鱼腹型增强底板的主视图。

图中：

1、受压盖板；11、受压左盖板坯；12、受压右盖板坯；

2、左腹板；21、左上腹板坯；22；左下腹板坯；

3、中腹板；

4、右腹板；41、右上腹板坯；42、右下腹板坯；

5、受拉底板；51、受拉左底板坯；52、受拉右底板坯；

6、鱼腹型增强底板；

7、水平支撑面。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-9所示的一种胶合木空心梁，其制备木料为国产杉木，其高与Z轴同方向，具体高度为108mm；其宽与Y轴同方向，具体宽度为56mm；其长与X轴同方向，具体长度为2000mm。

该胶合木空心梁包括受压盖板1、左腹板2、中腹板3、右腹板4和受拉底板5，左腹板2、右腹板4和中腹板3均设置在受压盖板1和受拉底板5之间，且中腹板3置于左腹板2、右腹板4之间，在使用时，受拉底板5及鱼腹增强底板6需要具备较强的抗弯强度，因而选用材质最优且顺纹方向的板材；左腹板2、右腹板4承受剪力，长时间承受荷载容易造成节子处开裂，因此选用明显无节子的材料。

受拉底板5下端面上贴合有鱼腹型增强底板6，且鱼腹型增强底板6的高度从中部向两端逐渐降低，如图9为鱼腹型增强底板的主视图，该鱼腹型增强底板6的纵截面为一六边形，具体地，该六边形由一长方形和一位于长方形下侧的倒等腰梯形组合而成，该倒等腰梯形的上底边与长方形的下侧边共线。通过在梁体的最低端增加鱼腹型增强底板6，根据相同面积的材料布置在离形心轴越远的位置，可获得越大的惯性矩的原理，本技术方案增加远离梁中心轴的材料截面(即受压盖板、受拉底板、鱼腹型增强底板的截面)，使梁的抗弯性能更优。进一步地，梁体受弯矩载荷时，除弯矩最大值所在截面(胶合木空心梁的中部横截面)的最大正应力达到材料的许用应力外，其余截面的应力均小于许用应力，因此，本实施例采用变截面梁的方案，即鱼腹型增强底板6的高度从中部向两端逐渐降低，实现在弯矩较小处采用较小的截面，以节省材料，减轻结构的重量，使胶合木空心梁能够承受更大载荷。

本实施例中，受压盖板1高度为16mm、宽为56mm，由受压左盖板坯11和受压右盖板坯12横向胶接拼成受压左盖板坯11和受压右盖板坯12的高均为16mm、宽均为28mm；

受拉底板5和受压盖板1尺寸相同，由受拉左底板坯51和受拉右底板坯52横向胶接拼成，受拉左底板坯51和受拉右底板坯52的高均为16mm，宽均为28mm；

左腹板2宽16mm，高56mm，由左上腹板坯21和左下腹板坯22横向胶接拼成，左上腹板坯21和左下腹板坯22的宽均为16mm，高均为28mm；

右腹板4与左腹板2尺寸相同，由右上腹板坯41和右下腹板坯42横向胶接拼成，右上腹板坯41和右下腹板坯42的宽均为16mm，高均为28mm；

中腹板3宽度9mm，高度56mm，且除鱼腹型增强底板6以外的所有构件的长度均为2000mm；

以上设置，通过将两块木坯用胶水粘合形成胶合木空心梁的构件，使小径级及低值木材可以得到更佳的利用。

鱼腹型增强底板6中部高度为20mm，也即其高度值最大的部分，鱼腹型增强底板6两端高度为4mm；鱼腹型增强底板6的纵截面为一个六边形，具体可划分为由一个宽4mm，长1680mm的长方形和一个下底(短边)800mm，上底(长边；对齐长方形的长边)1680mm，高16mm的倒置等腰梯形组合而成。

在受拉底板5下端面上，受拉底板5沿长度方向超出鱼腹型增强底板6的部分，分别形成一个水平支撑面7，基于该水平支撑面7，能够利用外接的支撑设备将胶合木空心梁平稳支撑。

基于本实施例中的尺寸数据选择，依据式(8)至式(10)，算得胶合木梁截面上边缘距中性轴的垂直距离与截面下边缘距中性轴的垂直距离比值为1.062，小于抗拉强度设计值与抗压强度设计值之比的范围1.34～1.57，即表明中性轴的位置位于略靠胶合木梁横截面下侧(受拉侧)，对于本身具有缺陷的胶合木空心梁，这种设置有利于使胶合木空心梁的受拉区和受压区同样程度地发挥荷载潜力。

需要进一步补充说明的是：制作该胶合木空心梁首先对东北落叶松木料进行锯切、分拣、干燥、指接、刨削、施胶、拼接、冷压胶合、整形，从而获得木坯；接着对木坯单元进行施胶、组坯、冷压胶合，制备得到梁构件，即受压盖板1、左腹板2、中腹板3、右腹板4、受拉底板5和鱼腹型增强底板6，最后将以上构件以250g/m²施胶量进行施胶(单组分聚氨酯)，成品胶层厚度为0.1mm，以获得更加产品结构性能。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：

胶合木空心梁的制备木料为加拿大SPF规格材，胶合木空心梁高400mm，宽267mm，长4270mm；胶合木空心梁的受压盖板1、左腹板2、中腹板3、右腹板4和受拉底板5均各由三块板坯胶接制成，板坯尺寸均为38mm×89mm×4270mm。

受压盖板1高度为38mm，宽为267mm，受压盖板1和受拉底板5尺寸相同；

左腹板2高度为267mm，宽为38mm，左腹板2、右腹板4和中腹板3尺寸相同；

除鱼腹型增强底板6以外，所有构件的长度均为4270mm。

鱼腹型增强底板6中部高度为57mm，两端高度为10mm，鱼腹型增强底板6的纵截面为一个六边形，具体可划分为由一个宽为19mm、长为3000mm的长方形和一个下底(短边)为2100mm，上底(长边；对齐长方形的长边)为3000mm，高为38mm的倒置等腰梯形组合而成。

在本实施例中，胶合木梁截面上边缘距中性轴的垂直距离与截面下边缘距中性轴的垂直距离为1.194，抗拉强度设计值与抗压强度设计值比范围为1.08～2.11，同样地，该尺寸的胶合木空心梁的中性轴略靠木梁横截面下侧(受拉侧)，利于胶合木空心梁的受拉区和受压区同样程度的发挥荷载潜力，提高胶合木空心梁整体抗弯能力。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：

胶合木空心梁的制备木料为加拿大SPF规格材，胶合木空心梁高419mm，宽267mm，长4270mm；胶合木空心梁的受压盖板1、左腹板2、中腹板3、右腹板4和受拉底板5均各由三块板坯胶接制成，其中受压盖板1和受拉底板5板坯尺寸为38mm×89mm×4270mm，左腹板2、右腹板4板坯尺寸为57mm×89mm×4270mm，中腹板3板坯尺寸为19mm×89mm×4270mm。

受压盖板1高度为38mm，宽为267mm，受压盖板1和受拉底板5尺寸相同；

左腹板2高度为267mm，宽为57mm，左腹板2、右腹板4尺寸相同；

中腹板2高度为267mm，宽为19mm；

除鱼腹型增强底板6以外，所有构件的长度均为4270mm。

鱼腹型增强底板6中部高度为76，两端高度为15mm，鱼腹型增强底板6的纵截面为一个六边形，具体可划分为由一个宽为38mm、长为3000mm的长方形和一个下底(短边)为900mm，上底(长边；对齐长方形的长边)为3000mm，高为38mm的倒置等腰梯形组合而成。

在本实施例中，胶合木梁截面上边缘距中性轴的垂直距离与截面下边缘距中性轴的垂直距离为1.147，抗拉强度设计值与抗压强度设计值比范围为1.08～2.11，同样地，该尺寸的胶合木空心梁的中性轴略靠木梁横截面下侧(受拉侧)，利于胶合木空心梁的受拉区和受压区同样程度的发挥荷载潜力，提高胶合木空心梁整体抗弯能力。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的普通技术人员应当了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种胶合木空心梁，包括受压盖板(1)、左腹板(2)、中腹板(3)、右腹板(4)和受拉底板(5)，所述左腹板(2)、右腹板(4)和中腹板(3)均设置在受压盖板(1)和受拉底板(5)之间，且中腹板(3)置于左腹板(2)、右腹板(4)之间，其特征在于：还包括鱼腹型增强底板(6)，所述鱼腹型增强底板(6)的上端面与受拉底板(5)下端面贴合，且鱼腹型增强底板(6)的高度从中部向两端逐渐降低。

2.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述鱼腹型增强底板(6)的纵截面为六边形。

3.根据权利要求2所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述鱼腹型增强底板(6)的纵截面由一长方形和一位于长方形下侧的倒等腰梯形组合而成，该倒等腰梯形的上底边与长方形的下侧边共线，倒等腰梯形的下底与上底的长度比值为0.3-0.7。

4.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述鱼腹型增强底板(6)两端的高度不小于其最高部的15％。

5.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述鱼腹型增强底板(6)中部的高度与受拉底板(5)的高度比值为0.8-2。

6.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述鱼腹型增强底板(6)的长度小于受拉底板(5)的长度，所述受拉底板(5)的底面两端均设有水平支撑面(7)。

7.根据权利要求6所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：胶合木空心梁的高度小于0.5m时，所述水平支撑面(7)的长度不小于所述胶合木空心梁的高度。

8.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述左腹板(2)和右腹板(4)等宽。

9.根据权利要求1所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述左腹板(2)的宽度与受压盖板(1)的高度比值为1.0-1.5，所述中腹板(3)的宽度与受压盖板(1)的高度比值为0.5-1.0。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种胶合木空心梁，其特征在于：所述受压盖板(1)、左腹板(2)、右腹板(4)、受拉底板(5)均由至少两块板坯组合而成。

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