本發(fā)明涉及木結(jié)構(gòu)建筑測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及木材滾動剪切模量和強(qiáng)度的測試方法。
背景技術(shù)：
為下一代創(chuàng)造良好的生存環(huán)境已經(jīng)成為全球共識。作為可持續(xù)、可再生的綠色環(huán)保材料，木材越來越受到的關(guān)注，木結(jié)構(gòu)建筑也由此越來越受到青睞。木結(jié)構(gòu)建筑具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、防火性能、隔聲性能、及抗震性能，特別是在地震多發(fā)地區(qū)，其表現(xiàn)尤為突出。近年來風(fēng)靡世界的正交膠合木(Cross-Laminated Timber，簡稱CLT)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于低層和中層建筑的重型木結(jié)構(gòu)建筑中。正交膠合木是由多層木板制造而成，其中相鄰層的木板紋理方向互相垂直，并用膠粘劑或緊固件使之成為一個整體，可作為房屋建筑中的墻板、樓板和屋頂板，并通過緊固件相連而構(gòu)成整棟木結(jié)構(gòu)建筑。由于正交膠合木相鄰層板材的木紋方向的相互垂直設(shè)計，從而造成了其較低的滾動剪切模量和強(qiáng)度。
木材的滾動剪切是指由剪切應(yīng)力所造成的在其橫切面(也就是垂直于木材縱向紋理的切面)內(nèi)引起的變形。在常用的正交膠合木的設(shè)計手冊中，其板材的整體面外剛度取決于橫向排列層的滾動剪切模量。所以，滾動剪切模量及強(qiáng)度是設(shè)計和利用正交膠合木的關(guān)鍵指標(biāo)。目前還沒有被廣泛接受的統(tǒng)一的測試木材滾動剪切性能的方法，一般推薦使用美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM D2718“Standard test methods for structural panel in planar shear(rolling shear)[結(jié)構(gòu)用板材面內(nèi)剪切(滾動剪切)標(biāo)準(zhǔn)測試方法]”測定。但是，該方法主要是用于厚度較小的像膠合板那樣的工程木基板材，并不完全適用厚度較大的正交膠合木。另外，該方法測試繁瑣，測量結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因?yàn)橛脙蓧K鋼板或鋁板作為外層，和實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。因此，發(fā)明一種操作簡易且更接近于正交膠合木實(shí)際應(yīng)用情況的滾動剪切性能測試方法有著重要的意義，也將為木結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供可靠的工程設(shè)計參數(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種木材滾動剪切模量和強(qiáng)度的測試方法，操作簡單、測試方便、數(shù)據(jù)可靠。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種木材滾動剪切模量和強(qiáng)度的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：用沿木材縱向紋理方向的規(guī)格材作為試件的兩個外層，沿木材橫向紋理方向的規(guī)格材作為芯層，用膠粘劑粘合后制成三明治試件；在三明治試件的兩個外層切除兩個堆成的直角楔子，在所述直角楔子端面上分別安置鋼板；向鋼板表面勻速施加壓力直至試件破壞，所述壓力的方向?yàn)榇怪庇阡摪宓姆较?，記錄加載時間、載荷、外層的相對位移、及加載頭的位移，通過公式計算得到所述木材滾動剪切模量，通過公式 計算得到所述木材滾動剪切強(qiáng)度，其中，G為滾動剪切模量，w為試件寬度，為在比例極限以下線性范圍內(nèi)的荷載和兩個外層相對位移曲線的斜率，τ為滾動剪切模量，Pmax為試件的破壞載荷，α為試件加載時的傾斜角度，L為試件長度，tc為試件芯層厚度。
進(jìn)一步的，上述試件加載時的傾斜角度通過公式計算得到，其中α為試件加載時的傾斜角度，L為試件長度，tc為試件芯層厚度，to為試件外層厚度，π為圓周率。為避免實(shí)驗(yàn)過程中因載荷不對稱而可能產(chǎn)生的彎矩，必須保證載荷通過試件的幾何中心。根據(jù)試件的長度和各層厚度，在三明治試件的兩個外層用臺鋸精確地切除兩個直角楔子，一個在上端，另一個在下端，如圖1所示，其切割角度α(等于試件加載時的傾斜角度)由公式(1)計算得出。
進(jìn)一步的，上述鋼板的厚度為25-30mm，寬度大于所述直角楔子的斜邊，長度大于試件的寬度。
進(jìn)一步的，上述外層的相對位移通過設(shè)置在試件的正面和反面的位移傳感器測試得到。
進(jìn)一步的，上述位移傳感器的精度大于等于0.01mm。
進(jìn)一步的，上述加載時間大于等于4min。
進(jìn)一步的，上述壓力的加載速度為0.5mm/min。
以上參數(shù)均是為了得到更為準(zhǔn)確的測試結(jié)果。
進(jìn)一步的，上述頂部鋼板設(shè)置有球形支座，以保證應(yīng)力均勻分布在試件的加載面上。
進(jìn)一步的，上述外層或芯層的厚度為38mm或等于規(guī)格材的厚度，長度為 254-305mm，寬度為89-140mm。
進(jìn)一步的，所述芯層由至少三塊芯層規(guī)格材橫向排列組成。
本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：免去了將芯層木材粘合到鋼板或鋁板外層的復(fù)雜耗時的試件準(zhǔn)備過程，用相同木材制作試件或直接從正交膠合木上截取試件，操作簡單，測試方便；測試試件直接利用規(guī)格材作為試件的兩個外層，更加接近于正交膠合木的實(shí)際情況，同時考慮了正交膠合木芯層厚度較大的因數(shù)，引進(jìn)傾斜角度，所測得的滾動剪切模量和強(qiáng)度數(shù)值更加精確和可靠。
【附圖說明】
圖1是本發(fā)明的測試示意圖。
標(biāo)記說明：1，外層；2，芯層；3，鋼板；4，位移傳感器。
【具體實(shí)施方式】
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
以下所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，所描述的步驟也不是用以限制其執(zhí)行順序。本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有公知常識對本發(fā)明做顯而易見的改進(jìn)，亦落入本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例
本發(fā)明直接利用規(guī)格材(指木材領(lǐng)域中的定義，即木材截面的寬度和高度按規(guī)定尺寸加工的規(guī)格化木材，尺寸根據(jù)國標(biāo)GB50005-2003界定)作為試件的兩個外層，其木紋方向平行于試件的長度方向；三塊或三塊以上的芯層規(guī)格材橫向排列組成芯層，其端部木紋就是橫切面紋理；兩個外層和芯層正交鋪設(shè)，用膠粘劑粘合后，在一定壓力和溫度下制成三明治試件，如圖1所示。膠粘劑可以采用和正交膠合木生產(chǎn)廠家同樣的膠粘劑，或者其它結(jié)構(gòu)用膠粘劑。試件也可以直接從正交膠合木截取。
試件兩個外層的厚度必須相同。試件的建議尺寸是，每一層的厚度為38mm或等于規(guī)格材的厚度，長度為254-305mm，寬度為89-140mm，其中芯層規(guī)格材數(shù)量不少于3塊。
為避免實(shí)驗(yàn)過程中因載荷不對稱而可能產(chǎn)生的彎矩，必須保證載荷通過試件的幾何中心。根據(jù)試件的長度和各層厚度，在三明治試件的兩個外層用臺鋸精確地切除兩個直角楔子，一個在上端，另一個在下端，如圖1所示，其切割角度(α)由公式(1)計算得出。
式中，α為試件加載時的傾斜角度(°)，L為試件長度(mm)，tc為試件芯層厚度(mm)，to為試件外層厚度(mm)，π為圓周率(約等于3.14159)
試驗(yàn)時，在試件上下安置兩塊25mm厚的鋼板，其寬度略大于所切割楔形的斜邊，長度略大于試件的寬度(w)。在頂部加載鋼板上安置球形支座，以保證應(yīng)力均勻分布在試件的加載面上。
如圖1所示，在試件的正反面各安裝一個精度不低于0.01mm的位移傳感器，以測定試件兩個外層的相對位移(Δ1和Δ2)，用其平均值來計算滾動剪切模量，建議測量范圍是50mm。勻速加載直至試件破壞，建議加載速度為0.5mm/min，保證試件受力后到破壞的時間不低于4min。用數(shù)據(jù)采集器自動記錄試驗(yàn)過程中的加載時間、載荷(P)、外層的相對位移(Δ1和Δ2)、及試驗(yàn)機(jī)加載頭的位移。
通過以上測試結(jié)果，按照公式(2)和(3)分別計算得出木材的滾動剪切模量和強(qiáng)度。
式中，G為滾動剪切模量(MPa)，w為試件寬度(mm)，及為在比例極限以下線性范圍內(nèi)的荷載和兩個外層相對位移曲線的斜率(kN/mm)，α為試件加載時的傾斜角度(°)，L為試件長度(mm)，tc為試件芯層厚度(mm)。
式中，τ為滾動剪切模量(MPa)，Pmax為試件的破壞載荷(MPa)，α為試件加載時的傾斜角度(°)，L為試件長度(mm)，tc為試件芯層厚度(mm)。