本發(fā)明涉及木材測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測(cè)試交叉層積材滾動(dòng)剪切強(qiáng)度與滾動(dòng)剪切模量的改進(jìn)裝置。

背景技術(shù)：

在木材測(cè)試領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)暫時(shí)無(wú)測(cè)試交叉層積材滾動(dòng)剪切的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D2718《Standard Test Methods for Structural Panels in Planar Shear(Rolling Shear)》中規(guī)定了結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材平面剪切(滾動(dòng)剪切)的兩平板法和五點(diǎn)彎曲法。在兩平板法中，需使用兩塊450mm×150mm(長(zhǎng)×寬)的鋼板將待測(cè)試件膠合固定，再在鋼板的上下兩端加裝V型塊進(jìn)行固定，以保證荷載呈線性加載避免發(fā)生偏移。實(shí)際操作中，主要存在以下方面的問(wèn)題：1)由于需將待測(cè)試件與鋼板進(jìn)行緊密膠合，試驗(yàn)完成后很難將待測(cè)試件從鋼板上卸除；2)鋼板與試件垂直放置于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)中加載進(jìn)行試驗(yàn)，由于垂直加載以及鋼板與木材之間膠合不良易導(dǎo)致發(fā)生鋼板-待測(cè)試件間膠層破壞而不是待測(cè)試件破壞；3)由于上下兩端需加裝V型塊進(jìn)行固定，所以被測(cè)試件的厚度尺寸受限。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 408《Structural timber and glued laminated timber:Determination of some physical and mechanical properties》中在結(jié)構(gòu)材與膠合木順紋剪切強(qiáng)度測(cè)量方法中規(guī)定，測(cè)量中使用鋼板厚度為10±1mm，可根據(jù)樹(shù)種和木材強(qiáng)度調(diào)整厚度，并規(guī)定加載方向和試件軸向所成角度為14°，由于角度固定，難于根據(jù)試件厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)；歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 789《Determination of mechanical properties of wood-based panels》中規(guī)定了人造板平面剪切性能的測(cè)試方法，其測(cè)試裝置在鋼板兩側(cè)進(jìn)行了加固，垂直加載必然會(huì)出現(xiàn)膠層破壞等問(wèn)題。

Thomas在《Rolling Shear Properties of some European Timber Species with Focus on Cross Laminated Timber(CLT):Test Configuration and Parameter Study》一文中采用櫸木代替測(cè)試鋼板測(cè)量針葉材和楊木的滾動(dòng)剪切強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定加載方向與試件軸向所成角度為14°。同樣由于加載頭位置及角度的固定，難于根據(jù)試件厚度進(jìn)行調(diào)整，從而導(dǎo)致剪切木板無(wú)法與加載頭很好的吻合。

綜上所述，現(xiàn)有的測(cè)量交叉層積材滾動(dòng)剪切的裝置需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置，旨在解決現(xiàn)有國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置存在操作困難、膠層破壞、測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的技術(shù)方案如下：

一種交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置，其特征在于：所述交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置由可移動(dòng)壓板、位移測(cè)量計(jì)和滾動(dòng)剪切試件構(gòu)成，并配合萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)一起使用。

所述可移動(dòng)壓板可沿垂直于加載方向左右移動(dòng)，分別由兩顆M14螺釘與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載頭和支撐頭緊固連接；所述壓板尺寸為175mm×120mm(長(zhǎng)×寬)，由鋼材制得?？筛鶕?jù)滾動(dòng)剪切試件厚度和鋸切角度左右移動(dòng)調(diào)整，保證垂直加載；

所述位移測(cè)量計(jì)由自攻木螺釘安裝固定在滾動(dòng)剪切試件表層硬質(zhì)闊葉木板上；

所述滾動(dòng)剪切試件由至少三層材料復(fù)合而成，其中包括一塊芯層待測(cè)木塊及兩塊表層硬質(zhì)闊葉木板。如圖3a-圖3c所示，所述待測(cè)木塊橫紋排列，位于芯層，a為9mm-36mm。兩塊硬質(zhì)闊葉木板順紋排列，位于兩側(cè)表層，b為18mm-36mm。表層木板根據(jù)需要分別在上下兩端沿寬度方向鋸切成一定角度，其中θ為8°-12°。滾動(dòng)剪切試件寬度c為150mm-175mm，長(zhǎng)度l為450mm。三層結(jié)構(gòu)試件經(jīng)膠黏劑膠合壓制而成。

綜上所述，本發(fā)明提供的木材滾動(dòng)剪切裝置使用闊葉材，顯著降低了試驗(yàn)操作的困難程度。另外，為解決現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)采用的滾動(dòng)剪切裝置所造成的膠層破壞問(wèn)題，本發(fā)明采用在表層木板上下兩端沿寬度方向鋸切呈一定角度，使?jié)L動(dòng)剪切試件受力方向偏離力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載方向，能有效避免試件的膠層破壞，并最大程度保證試件發(fā)生純滾動(dòng)剪切破壞，從而提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1a-圖1d是本發(fā)明所提供的交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所提供的交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置位移測(cè)量計(jì)的安裝示意圖。

圖3a-圖3c是本發(fā)明所提供的交叉層積材滾動(dòng)剪切試樣側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的交叉層積材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置存在的操作困難、容易在膠層出現(xiàn)破壞、測(cè)量不精確等問(wèn)題，本發(fā)明提供的木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置目的在于：1)解決試驗(yàn)完成后很難將待測(cè)試件從鋼板上卸除問(wèn)題；2)解決由于垂直加載以及鋼板與木材之間膠合不良易導(dǎo)致發(fā)生鋼板-待測(cè)試件間膠層破壞而不是待測(cè)試件破壞；3)解決由于上下兩端需加裝V型塊進(jìn)行固定而導(dǎo)致的被測(cè)試件厚度尺寸受限問(wèn)題。

如圖1a-圖1d所示，本發(fā)明提供的交叉層積材滾動(dòng)剪切裝置，其中，所述可移動(dòng)壓板可沿垂直于加載方向左右移動(dòng)，分別由兩顆M14螺釘與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載頭和支撐頭緊固連接；

如圖2所示，本發(fā)明提供的交叉層積材滾動(dòng)剪切裝置，其中，所述位移測(cè)量計(jì)由自攻木螺釘安裝固定在滾動(dòng)剪切試件表層硬質(zhì)闊葉木板上；

如圖3a-圖3c所示，本發(fā)明提供的滾動(dòng)剪切試件結(jié)構(gòu)，其中，所述滾動(dòng)剪切試件至少由三層材料復(fù)合而成，包括一塊芯層待測(cè)木塊及兩塊表層硬質(zhì)闊葉木板，所述待測(cè)木塊橫紋排列，位于芯層，a為9mm-36mm。兩塊硬質(zhì)闊葉木板順紋排列，位于兩側(cè)表層，b為18mm-36mm。表層木板根據(jù)需要分別在上下兩端沿寬度方向鋸切成一定角度，其中θ為8°-12°。滾動(dòng)剪切試件寬度c為150mm-175mm，長(zhǎng)度l為450mm。所述表層與芯層之間通過(guò)膠黏劑在一定壓力下膠合固定。

與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置相比，本發(fā)明所提供的木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

一是，本發(fā)明采用硬質(zhì)闊葉材替代鋼板，由于木材不需要像鋼板一樣重復(fù)利用，另外使用木材作為模具比鋼板更易于加工制造，顯著降低了試驗(yàn)的操作難度。

二是，本發(fā)明使用可移動(dòng)壓板與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)相匹配，可做到根據(jù)試件厚度和加工角度通過(guò)左右移動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以保證垂直加載。

三是，本發(fā)明在外層硬質(zhì)闊葉材上下兩端沿寬度方向鋸切成一定角度，使?jié)L動(dòng)剪切試件受力方向偏離力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載方向，能有效避免試件的膠層破壞，并最大程度保證滾動(dòng)剪切破壞，從而提高測(cè)量精度。

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的原理和操作方法，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)交叉層積材結(jié)構(gòu)及制造方法做進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施例1：

本實(shí)施例所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置由可移動(dòng)壓板、位移測(cè)量計(jì)、滾動(dòng)剪切試件構(gòu)成，并配合萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)一起使用，其中滾動(dòng)剪切試件參照?qǐng)D3a-圖3c尺寸及形狀進(jìn)行鋸制，將兩塊表層硬質(zhì)闊葉木板與待測(cè)木塊在一定壓力下經(jīng)膠黏劑壓制而成。

所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試具體步驟為：

1)制樣：根據(jù)需求制作滾動(dòng)剪切試件，本實(shí)施例中選取速生桉木作為芯層待測(cè)木材，菠蘿格木材作為表層硬質(zhì)闊葉材，木材膠黏劑選取聚氨酯膠黏劑。先使用高精度圓鋸機(jī)將速生桉木鋸至尺寸：450mm×150mm×9mm(R×L×T)；將菠蘿格木材鋸至尺寸：450mm×150mm×18mm(L×R×T)。如圖3a-圖3c所示，分別將兩塊菠蘿格木板上下兩端鋸切至θ為8°。將聚氨酯膠黏劑均勻涂施于桉木兩表面，并與菠蘿格木板紋理相互垂直組胚，施以1.0MPa壓力并保持200min以上直至膠黏劑完全固化。

2)安裝位移測(cè)量計(jì)：如附圖2所示，使用自攻木螺釘將上固定裝置固定于在一側(cè)表層菠蘿格木板上，并使用L板將位移測(cè)量計(jì)連接在上固定裝置上，再根據(jù)位移測(cè)量計(jì)的位置，將下固定裝置固定于另一側(cè)表層菠蘿格木板上。

3)安裝試件：將上下兩塊可移動(dòng)壓板分別與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭通過(guò)M14螺釘連接但不鎖緊，再將已安裝完位移測(cè)量計(jì)的滾動(dòng)剪切試件豎直置于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭之間，通過(guò)操作力學(xué)試驗(yàn)機(jī)與上下壓板，使?jié)L動(dòng)剪切試件如附圖1a-圖1d所示，與上下壓板緊密貼合但不施加荷載，以保證試件呈θ角度傾斜，而不至滑移。

4)加載與結(jié)果記錄：設(shè)定力學(xué)試驗(yàn)機(jī)以0.5mm/min速率加載，直至試件破壞，記錄下試件實(shí)際測(cè)量尺寸、破壞形式、最大荷載P_max、并根據(jù)位移變形對(duì)應(yīng)荷載繪制出荷載-位移圖。

5)滾動(dòng)剪切強(qiáng)度計(jì)算：

$f_v=\frac{\cos \mathrm{\θ}\·P_{\max }}{c\·l}---\left(1\right)$

式中，f_v為滾動(dòng)剪切強(qiáng)度(MPa)，θ為偏轉(zhuǎn)角度(本實(shí)施例中θ為4°)，P_max為最大荷載(N)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)。

6)滾動(dòng)剪切模量計(jì)算：

$G_{rt}=\frac{a}{c\·l}\·\frac{\mathrm{\Δ}P}{\mathrm{\Δ}y}---\left(2\right)$

式中，G_rt為滾動(dòng)剪切模量(MPa)，a為試件實(shí)際測(cè)量厚度(mm)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)，為荷載-位移曲線中直線部分的斜率。

實(shí)施例的技術(shù)效果：

本實(shí)施例中，測(cè)量計(jì)算得9mm厚速生桉木試件滾動(dòng)剪切強(qiáng)度f(wàn)_v為0.9MPa，滾動(dòng)剪切模量G_rt為3.6MPa。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置由可移動(dòng)壓板、位移測(cè)量計(jì)、滾動(dòng)剪切試件構(gòu)成，并配合萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)一起使用，其中滾動(dòng)剪切試件參照?qǐng)D3a-圖3c尺寸及形狀進(jìn)行鋸制，將兩塊表層硬質(zhì)闊葉木板與待測(cè)木塊在一定壓力下經(jīng)木材膠黏劑壓制而成。

所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試具體步驟為：

1)制樣：根據(jù)需求制作木材滾動(dòng)剪切試件，本實(shí)施例中選取速生桉木作為芯層待測(cè)木材，菠蘿格木材作為表層硬質(zhì)闊葉材，木材膠黏劑選取聚氨酯膠黏劑。先使用高精度圓鋸機(jī)將速生桉木鋸至尺寸：450mm×165mm×18mm(R×L×T)；將菠蘿格木材鋸至尺寸：450mm×165mm×25mm(L×R×T)。如圖3a-圖3c所示，分別將兩塊菠蘿格木板上下兩端鋸切至θ為10°。將聚氨酯膠黏劑均勻涂施于桉木兩平面，并與菠蘿格木板紋理相互垂直組胚，施以1Mpa壓力并保持200min以上直至膠黏劑完全固化。

2)安裝位移測(cè)量計(jì)：如附圖2所示，使用自攻木螺釘將上固定裝置固定于在一側(cè)表層菠蘿格木板上，并使用L板將位移測(cè)量計(jì)連接在上固定裝置上，再根據(jù)位移測(cè)量計(jì)的位置，將下固定裝置固定于另一側(cè)表層菠蘿格木板上。

3)安裝試件：將上下兩塊可移動(dòng)壓板分別與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭通過(guò)M14螺釘連接但不鎖緊，再將已安裝完位移測(cè)量計(jì)的滾動(dòng)剪切試件豎直置于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭之間，通過(guò)操作力學(xué)試驗(yàn)機(jī)與上下壓板，使?jié)L動(dòng)剪切試件如圖1a-圖1d所示，與上下壓板緊密貼合但不施加荷載，以保證試件呈θ角度傾斜，而不至滑移。

4)施載與結(jié)果記錄：設(shè)定力學(xué)試驗(yàn)機(jī)以0.5mm/min速率施載，直至試件破壞，記錄下試件實(shí)際測(cè)量尺寸、破壞形式、最大荷載P_max、并根據(jù)位移變形對(duì)應(yīng)荷載繪制出荷載-位移圖。

5)滾動(dòng)剪切強(qiáng)度計(jì)算：

$f_v=\frac{\cos \mathrm{\θ}\·P_{\max }}{c\·l}---\left(3\right)$

式中，f_v為滾動(dòng)剪切強(qiáng)度(MPa)，θ為偏轉(zhuǎn)角度(本實(shí)施例中θ為4°)，P_max為最大荷載(N)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)。

6)滾動(dòng)剪切模量計(jì)算：

$G_{rt}=\frac{a}{c\·l}\·\frac{\mathrm{\Δ}P}{\mathrm{\Δ}y}---\left(4\right)$

式中，G_rt為滾動(dòng)剪切模量(MPa)，a為試件實(shí)際測(cè)量厚度(mm)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)，為荷載-位移曲線中直線部分的斜率。

實(shí)施例的技術(shù)效果：

本實(shí)施例中，測(cè)量計(jì)算得18mm厚速生桉木試件滾動(dòng)剪切強(qiáng)度f(wàn)_v為1.1MPa，滾動(dòng)剪切模量G_rt為3.9MPa。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試裝置由可移動(dòng)壓板、位移測(cè)量計(jì)、滾動(dòng)剪切試件構(gòu)成，并配合萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)一起使用，其中滾動(dòng)剪切試件參照?qǐng)D3a-圖3c尺寸及形狀進(jìn)行鋸制，將兩塊表層硬質(zhì)闊葉木板與待測(cè)木塊在一定壓力下經(jīng)木材膠黏劑壓制而成。

所述木材滾動(dòng)剪切測(cè)試具體步驟為：

1)制樣：根據(jù)需求制作木材滾動(dòng)剪切試件，本實(shí)施例中選取速生桉木作為芯層待測(cè)木材，菠蘿格木材作為表層硬質(zhì)闊葉材，木材膠黏劑選取聚氨酯膠黏劑。先使用高精度圓鋸機(jī)將速生桉木鋸至尺寸：450mm×175mm×36mm(R×L×T)；將菠蘿格木材鋸至尺寸：450mm×175mm×36mm(L×R×T)。如圖3a-圖3c所示，分別將兩塊菠蘿格木板上下兩端鋸切至θ為12°。將聚氨酯膠黏劑均勻涂施于桉木兩平面，并與菠蘿格木板紋理相互垂直組胚，施以1Mpa壓力并保持200min以上直至膠黏劑完全固化。

2)安裝位移測(cè)量計(jì)：如附圖2所示，使用自攻木螺釘將上固定裝置固定于在一側(cè)表層菠蘿格木板上，并使用L板將位移測(cè)量計(jì)連接在上固定裝置上，再根據(jù)位移測(cè)量計(jì)的位置，將下固定裝置固定于另一側(cè)表層菠蘿格木板上。

3)安裝試件：將上下兩塊可移動(dòng)壓板分別與萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭通過(guò)M14螺釘連接但不鎖緊，再將已安裝完位移測(cè)量計(jì)的滾動(dòng)剪切試件豎直置于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)施載頭和支撐頭之間，通過(guò)操作力學(xué)試驗(yàn)機(jī)與上下壓板，使?jié)L動(dòng)剪切試件如圖1a-圖1d所示，與上下壓板緊密貼合但不施加荷載，以保證試件呈θ角度傾斜，而不至滑移。

4)施載與結(jié)果記錄：設(shè)定力學(xué)試驗(yàn)機(jī)以0.5mm/min速率施載，直至試件破壞，記錄下試件實(shí)際測(cè)量尺寸、破壞形式、最大荷載P_max、并根據(jù)位移變形對(duì)應(yīng)荷載繪制出荷載-位移圖。

5)滾動(dòng)剪切強(qiáng)度計(jì)算：

$f_v=\frac{\cos \mathrm{\θ}\·P_{\max }}{c\·l}---\left(5\right)$

式中，f_v為滾動(dòng)剪切強(qiáng)度(MPa)，θ為偏轉(zhuǎn)角度(本實(shí)施例中θ為4°)，P_max為最大荷載(N)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)。

6)滾動(dòng)剪切模量計(jì)算：

$G_{rt}=\frac{a}{c\·l}\·\frac{\mathrm{\Δ}P}{\mathrm{\Δ}y}---\left(6\right)$

式中，G_rt為滾動(dòng)剪切模量(MPa)，a為試件實(shí)際測(cè)量厚度(mm)，c為試件實(shí)際測(cè)量寬度(mm)，l為試件實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度(mm)，為荷載-位移曲線中直線部分的斜率。

實(shí)施例的技術(shù)效果：

本實(shí)施例中，測(cè)量計(jì)算得36mm厚速生桉木試件滾動(dòng)剪切強(qiáng)度f(wàn)_v為1.5MPa，滾動(dòng)剪切模量G_rt為4.9MPa。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，例如，對(duì)本發(fā)明中的各組分的常見(jiàn)/慣用的替換等，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。