LVL木框架受力性能试验

康家诚

摘 要：旋切板胶合木是一种人造工程木，一般采用防水结构胶，将锯材拼接起来后沿木材纤维方向平行层积胶合热压而制成的工程木产品。和实木材料相比，旋切板胶合木（LVL）强度高，尺寸稳定性好，抗震性能良好，尺寸规格灵活，经济性能好，耐火性能、隔音保温性能良好，防火性能好，易于加工，可实现连续化生产，但在建筑行业应用不多。本文将旋切板胶合木制成6榀框架构件，分别为LVL植筋连接纯框架、LVL钢填板纯框架以及LVL填充剪力墙梁柱式木框架，通过一系列试验研究了旋切板胶合木框架的受力性质。

关键词：旋切板胶合木； 框架； 受力性能

Abstract： Rotary cut veneer wood is a kind of man-made engineered wood. In general， the waterproof structure adhesive， the lumber splicing up along the fiber direction of the wood layer parallel product of hot press gluing and made of engineered wood products. Compared to the material and solid wood， rotary cut veneer wood （LVL） high strength， good dimensional stability， good seismic performance， flexible sizes， good economic performance， fire resistance， sound insulation performance is good， good fireproof performance， easy processing， realize the continuous production， but in the construction industry applications. The rotary cut veneer wood into 6 pin frame member， respectively for LVL bonded rebar connection pure framework， LVL steel fill in the pure frame and LVL filled shear wall beam column wood frame， through a series of experiments on the rotary cutting veneer wood frame of the nature of the force.

Key words： Laminated veneer lumber， framework， mechanical property

1.前言

我国速生林资源丰富，在制浆、造纸、人造板等林产工业和家具、装修等行业得到广泛应用，但在建筑行业应用不多。现代木材深加工技术成功应用于木材加工业，旋切板胶合木发展潜力巨大，和实木材料相比，旋切板胶合木物理性能更优，易于加工，产品附加值高。

旋切板胶合木（LVL）强度高，尺寸稳定性好，抗震性能良好，尺寸规格灵活，经济性能好，耐火性能、隔音保温性能良好[2][3]。防火性优于木材，可实现连续化生产。

我国虽然渐渐开始有建筑物使用旋切板胶合木， 但是数量极少，试验小组将通过不同的试验来对旋切板胶合木结构受力性能进行一定的研究。

2.LVL木框架结构抗侧性能试验

2.1试件的制作

（1）LVL钢填板纯框架（KJ1）

准备好框架所需要的材料，测量画线并孔槽的位置，分别对梁柱开槽、取孔，之后T型钢板，完成柱脚钢板拼接以及梁柱节点的拼接，最后进行框架组装。（如图1、2所示）

（2）LVL植筋连接纯框架（KJ2）

LVL植筋纯框架构件柱脚开槽与成孔过程与钢填板连接纯框架类似，只是在植筋节点的加工上有所区别。（如图3、4所示）

（3）LVL填充剪力墙梁柱式木框架（KJ3）

框架KJ3采用最基本的填充剪力墙梁柱式木框架混合体系，通过钉连接将LVL框架与LVL木剪力墙组合在一起。框架柱截面尺寸为150mm×150mm，框架梁截面尺寸为75mm×150mm，梁柱节点处均为钢填板螺栓连接，框架与木剪力墙处为单钉连接。（如图5、6所示）

2.3测点布置及测量内容

本次研究共进行了三组框架的试验，每组两榀框架，对每组框架分别施加单向和低周反复水平荷载。三组实验总共测量了基础底座水平滑移，柱脚处的水平位移，梁端处的水平位移，框架的极限承载力，墙骨柱的上拔量，框架剪力墙的极限承载力共6项测量内容。

在框架上布置百分表以及位移传感器，以更好的测试分析试件整体以及局部的变形性能。测点详细布置如图7所示，图中WYJ表示位移计。梁的中轴线处安装两个位移计，测量柱与作动器等高度处的水平位移，柱脚安放两个位移计测量柱脚位移，通过柱两端位移之差与柱高的比值可以计算出柱的转角，为考虑试验加载过程中基础地梁的水平滑移的影响，在基础地梁上安置百分表用以监测底座的滑移。

2.4加载方案

国际上木结构试验标准主要有美国的ASTM-E2126（2003）[4]、欧洲的CEN-12512 （2001）[5]以及ISO-16670（2003）[6]，本次试验采用ISO-16670（2003）加载程序，采用位移控制，该标准也是美国ASTM-E2126标准的加载程序之一，本次试验共分为3组试件，分别进行单向与低周反复荷载试验。

2.4.1 单向加载试验方案

根据加载方案ISO-16670（2003），单向荷载试验采用位移控制，速率恒为7.5mm/min。在试验前，以试验破坏荷载预估值的10%为加载值进行预加载，持续加载2分钟后卸载，若所有仪器正常，试验装置可靠，试件与加载端接触良好，则待荷载完全卸除后2分钟，再将所有仪表读数清零，进入正式加载阶段。正式加载时，当试件完全失去承载能力或者荷载下降至极限荷载的80%时即可终止试验。

2.4.2 低周反复加载试验方案

在低周反复荷载试验中，常用的加载制度有力加载、位移加载、力和位移混合加载。本实验参照ASTM-E2126标准中的国际标准协会ISO16670，采用位移控制加载，速率恒为5mm/秒。低周反复荷载试验的控制位移采用相同试件单向荷载试验所确定的极限位移（试件出现严重破坏时或者荷载下降至极限荷载的80%的位移），分两个阶段加载：

阶段一：根据控制位移值的1.25%、2.5%、5%、7.5%、10%三角波依次进行一次循环加载，中间无停歇。

阶段二：根据控制位移值的20%、40%、60%、80%、60%、100%和120%的三角波依次进行三个循环加载。（达到每一级循环位移值的峰值时停顿15s，以便进行试验现象的记录。）

这种加载制度的优点在于能够全面的研究试件的综合性能。

2.5试验现象

（1）试件KJ1与KJ2

试件KJ1与KJ2胶合木纯框架，其中KJ1为钢填板连接纯框架，KJ2为植筋连接纯框架。试验过程中，随着水平位移不断增大，木材被柱脚螺栓与钢填板挤压，不断发出响声。位移达到60mm时，钢填板框架KJ1柱脚出现劈裂裂缝，位移达到50mm时植筋框架KJ2柱脚出现劈裂裂缝，位移继续增加，柱脚裂缝逐渐延伸并未穿过螺栓孔。作动器到达最大量程后 （﹣100mm～100mm），KJ1与KJ2的承载力仍然不断上升。（如图8所示）

（2）试件KJ3

KJ3为填充剪力墙木框架混合结构，破坏时的极限位移较小，主要为木剪力墙的破坏，木框架基本无变化。

单向荷载的作用下，当位移达32mm时，面板拼接处发生错动，后位移继续增加，墙面板脚部挤压破坏，OSB面板在平面外有明显的翘曲，拼接处钉子被拔出，右侧面板脱离墙骨柱。

在整个试验过程中，木剪力墙中间墙骨柱上拔最明显，两端墙骨柱几乎无上拔，在此过程中胶合木框架梁端与柱端状态完好。当木框架剪力墙发生破坏并丧失极限承载力之后，由于木框架的作用，结构仍然有残余承载力。（如图9所示）

2.6试验现象分析

2.6.1单向加载位移﹣荷载曲线

2.6.2 各试件承载力及位移值

各试件的承载力及位移值如下表：

3.结论

通过三组LVL框架的加载试验现象及数据分析，得出了以下结论：

（1）LVL纯框架抗侧刚度较小，在受到侧向力时会产生较大的侧向变形。LVL螺栓-钢填板连接纯框架的极限承载力要高于LVL植筋连接纯框架，但抗侧刚度要小于植筋连接纯框架。

（2） LVL框架-剪力墙的水平极限位移远小于纯框架，侧向刚度与极限承载力大于纯框架。

参考文献

[1] 张磊、李志国、王敏杰、王俊杰.胶合木结构建筑的发展现状及前景[J].低温建筑技术，2011.12（162）：28-30.

[2] 李登华、杨学兵、王永维.胶合木结构特点评述[J].四川建筑科学研究，2010.36（5）：62-66.

[3] 陆伟东、杨会峰、刘伟庆、岳孔、程小武.胶合木结构的发展、应用及展望[J].南京工业大学学报（自然科学版），2011，33（5）：105-110

[4] STM-E2126，Standard test methods for cyclic load test for shear resistance of framed walls for building.2003，Pennsylvania，USA：ASTM international.

[5] CEN-2512，Timber structures-Test methods-Cyclic testing of joints made with mechanical fasteners，2003，European Committee for Standardization.

[6] ISO-16670，Timber structure-Joints made with mechanical fasters–Quasi-static reversed cyclic test method.2003：International Organization for Standard.