李世宏

（江苏省建筑科学研究院结构所 南京 210008）

[摘要]：对速生杨木制作的单板层积材（Laminated Veneer Lumber，简称 LVL）的各项材料性能指标进行测试，将测试验值按《木结构设计规范》确定设计值方法换算，结果表明杨木LVL可作结构材使用。

[关键词]：速生杨木；LVL；材料性能；试验研究

单板层积材（Laminated Veneer Lumber,简称LVL）是以小径材和低质材原木为主要原料，旋切成单板，经顺纹组坯、胶合、热压成型的新型人造材。LVL不仅保留了木材的天然特性，和原木相比还具有：木材缺陷随机分散，强度和其它物理性能均匀；小材大用，出材率高，可达60—70%；工厂化生产，质量稳定；可制作大尺寸构件且尺寸稳定性好；用木材单板制造，防腐、防虫、防火方便等诸多优点。国内速生杨木资源丰富，但其密度、强度、弹性模量都不高，新颁布的《木结构设计规范》(GB50005-2003)（以下简称规范）将其列为新利用树种，设计强度按TB11级打折使用，目前杨木材料主要用于包装、装修、施工用模板及其它非结构受力材料，未大量用于结构工程。随木材加工技术的进步，将杨木制成LVL并作为结构材应用于结构工程成为可能，但前提是取得基本其材料力学性能指标。笔者参考相关规范、标准对杨木LVL的材料性能进行了系列试验研究，本文对试验情况作简要介绍，供相关研究、设计人员参考。制作LVL的速生杨木产于江苏沭阳，杨木单板厚度1.7mm，使用胶粘剂为酚醛树脂胶，固含量49%，粘度100秒，密度1.3g/ml，热压温度为140—180℃，压力为1.４～１.８MPa，热压时间1min/mm。

参考《木材顺纹抗压强度试验方法》(GB1936-91)，制作了9个75mm×50mm×50mm杨木LVL标准试件进行抗压强度试验，试件胶缝平行于压力方向。试验设备采用30吨万能试验机，试验时以均匀速度对试件施加压力直至试件破坏。试件破坏后，立即采用XSD-1B型电子湿度仪测定木材含水率。各试件破坏状况见图1。

   

   

   

图1试件破坏情况

试件受压破坏主要特征及现象有：试件的木材纤维相互挤压变形试件表面出现皱褶(1、5、8)、LVL单板相互分离屈曲(3)、试件沿中部胶缝相互错动(2、4、9)或上述情况同时存在(6、7)。

试验相关数据整理后列于表1。

75mm×50mm×50mm试样抗压强度试验值表               表1

分析试验数据：试件抗压强度平均值为38.2MPa，均方差为3.49MPa，试件抗压强度标准值为32.4 MPa。将上述试验结果与文献[1]中的杨木原木的抗压强度数值（平均值为28.92MPa，标准值为24.86 MPa）。进行对比发现，此次试验的杨木LVL抗压强度比资料中杨木原木抗压强度高30%。试验结果证明了LVL强度均匀、木材的强度得到充分利用的观点。另外LVL在制造过程中热压程序使木材材质更趋紧密、胶粘剂渗入木材内部起到一定增强作用也是强度提高的原因。

参考《木结构试验方法标准》(GBT50329-2002)附录B木材顺纹受压应力应变曲线测定方法，制作6个600mm×100mm×100mm杨木LVL棱柱体试件进行抗压强度受压弹性模量试验及应力应变曲线测定。试验前预估小于比例极限的荷载F₁值和保持试件无松弛变形的荷载F₀值，然后加荷从F₀至F₁，读取变形，再卸荷到F₀，反复5次，无异常发现时取相近3次的平均值作为测定值。试验结果见表2。

杨木LVL受压弹性模量试验值表                     表2

注：试件2试验失败，表中未列出。

测完弹性模量对试件继续施加压力直至试件破坏，读取相应变形值。试件破坏现象：木材纤维相互挤压变形表面出现皱褶、木材单板相互分离屈曲等。

试件4、5、6受压应力－应变曲线的测试比较完整，具有代表性，详见图2。

图2 杨木LVL受压应力应变曲线

对试验曲线分析可知，LVL受压初期处于弹性阶段，至最大荷载后塑性充分发展，达比例极限时的压应变约为0.0025，考虑LVL出现破坏特征后承载力没有完全丧失，极限压应变 取0.02。

600mm×100mm×100mm试样抗压强度试验值表           表3

对比表1和表3数据，后者抗压强度小于前者，其主要原因是高度相对增加，试验机压板和试件的摩擦影响相对减少，体积增大导致木材薄弱环节出现机会加大也是强度降低的原因。前者与实际受压构件的受力情况并不完全相同，后者则更能反映实际受压构件的抗压能力，因此分析实际LVL受压、受弯构件承载力时采用后者的数据比较合理。

参考《木结构试验方法标准》梁弯曲试验方法测定梁受弯时的弹性模量E_m和强度f_m，制作50×150×3000mm杨木LVL梁试件3根，梁胶缝平行于受力方向，加载点距支座900mm，纯弯段测量标距790mm。试验前预估小于比例极限的荷载F₁值和保持试件无松弛变形的荷载F₀值，然后加载从F₀至F₁，读取挠度，再卸载到F₀，反复5次，无异常发现时取相近3次挠度差的平均值作为测定值Δω，相应荷载值为ΔF=F₁-F₀。试验照片见图3，试验结果见表4。

      

                      (a)                                 (b)

图3 抗弯模量试验

                              杨木LVL梁纯弯弹性模量试验值表                  表4

试验中对梁全跨内的中点挠度也作了测量，计算全跨度内的表观弯曲弹性模量。弯曲弹性模量测试结束后，加载至梁破坏，测试梁抗弯强度。表观弯曲弹性模量、抗弯强度测试结果列于表3-5，梁的荷载-挠度曲线见图4。

                        杨木LVL梁全跨内表观弹性模量试验值表              表5

图4 梁的荷载-挠度曲线

LVL是由木材单板组成，不能按《木材顺纹抗拉方法》GB1938-91制作试样。为测试杨木LVL抗拉强度，课题组制作了专门试样，其平面尺寸见图5，厚度约6～7mm，试件中含4～5片木材单板。因LVL制作时采用单板接长工艺，LVL中含有木材单板接缝，受拉时接缝对抗拉强度影响较大，为了能够反映构件受力时的真实情况，制作试样时没有采取措施避开有接缝的部位，而是在LVL材料中随机取样，因此试样中的接缝也是随机分布的。试验设备为REGER拉伸试验机，加载速度4mm/min，试样在1～2 min内破坏。

图5 杨木LVL抗拉试样

 

共制作试样25个，7个试样在试验机夹具处断裂，其它试验结果列于表6。

                                 

抗拉试验值表                         表6

丁晔对苏北速生杨木的材料物理力学性能作了大量的研究工作，并在文献^[1]中作了详细阐述。表7列出了文献^[1]中苏北速生杨木及本次苏北速生杨木LVL材性试验结果。

苏北速生杨木木材及速生杨木LVL力学性能指标               表7

注：表中数值均为平均值。

表7表明，苏北速生杨木制作成LVL后，除因工艺原因顺纹抗拉强度明显降低，顺纹抗拉弹性模量基本保持不变，其它性能指标都有所提高。根据《木结构设计规范》确定设计值方法，试验标准值除各指标相应分项系数后再乘方程精确性影响系数、尺寸误差影响系数、构件材料折减系数(天然缺陷影响系数、干燥缺陷影响系数、长期受荷强度折减系数、尺寸影响系数相乘)得到木材设计值，按上述方法对表7速生杨木LVL性能指标数值估算，杨木LVL抗拉强度值约为7.6 MPa（因试样未排除缺陷，不考虑天然缺陷影响系数），达到《规范》中规定的按TB11级数值乘0.9系数采用数值(7.2 MPa)；抗压强度值约为13.8 MPa，基本达到TB15级指标(14.0 MPa)；抗弯强度值为11.3 MPa，达到TB11级指标(11.0 MPa)，速生杨木LVL可以作结构材使用。

 

 

参考文献

[1] 丁烨 苏北意杨材性及FRP复合木结构的试验分析和研究 [D]：[硕士学位论文].南京：东南大学土木工程学院，2005

 

第一作者简介：

李世宏，男，1972.3出生，江苏省建筑科学研究院结构所，高级工程师，南京市北京西路12号，210008，025-83278538，13505159024。

                              

               《建筑结构》2009年第二期 新技术新材料 109～112，80