结构用落叶松规格材分级技术研究

【摘要】：兴安落叶松(Larix gmelinii)作为我国重要的商品林资源树种,具有生长速度快、强度高、耐腐性强等特点,是木质建筑结构的理想用材。对于结构材而言,分级技术可以提高材料的利用效率,是使结构材达到最佳使用效果的关键技术。 本论文以兴安落叶松为研究对象,主要针对截面尺寸分别为40mm×65mm、40mm×90mm和40mm×140mm,长度为4000mm的三种尺寸规格材的分级技术开展相关研究。通过对三种尺寸规格材目测分级研究,得到落叶松规格材的目测等级,了解了落叶松规格材目测等级的主要降等缺陷;对目测分级后的规格材进行足尺弯曲测试,得到了强度性质间关系,为机械分级提供了参考;初步构建了以节子为主要因子的落叶松规格材弯曲性质理论计算模型;通过对落叶松规格材强度性质的研究,设定了机械分级等级界限,并采用该研究结果对规格材进行了机械分级;通过综合比较不同分级方法,得到了适合我国国产落叶松规格材的分级体系。 本论文的主要结论如下: (1)相同厚度的落叶松规格材,随着宽度的增加,Ⅰc等级规格材所占的比例明显递增,其中40mm×140mm规格材Ⅰc等级的比例接近50%;三种尺寸规格材Ⅲc等级的比例相当,Ⅳc等级及R等级的比例有不同程度的下降,Ⅳc等级以上的落叶松规格材比例占80%以上;落叶松规格材的主要降等缺陷有:节子、轮裂/干裂、钝棱、腐朽和漏刨,节子是Ⅱc等级最主要的降等缺陷,轮裂/干裂对落叶松规格材低等级的影响较为严重;加工方法会影响规格材中缺陷的类型和比例。 (2)目测等级和尺寸对落叶松规格材的弯曲性质均有显著影响;落叶松规格材Ⅰc等级MOR的特征值明显高于Ⅱc和Ⅲc等级,而MOE的平均值则略有提高;落叶松规格材MOE与MOR之间具有很好的相关性,可以通过弹性模量对落叶松规格材的强度进行非破坏性预测;以弯曲性质为基础的力学性质的研究为国产结构材力学性能的评估提供技术支持。 (3)落叶松规格材足尺抗弯强度的理论计算模型为f_(full)= -65 .04Ik/I_g+51.56ρ~(1. 25)+15.12,采用平均密度ρ和最大降等缺陷处节子受拉侧的惯性矩与横截面惯性矩的比值IK/Ig来预测足尺抗弯强度的拟合效果最好,决定系数R~2为0.798,均方根RMSE为4.73;以规格材的平均密度?和测试跨距内所有节子截面的惯性矩与整个截面惯性矩比值及木节所在位置的弯矩值与测试跨距中心处弯矩的比值为独立变量得到规格材弹性模量计算模型为: Efull = -5.19∑[(I_K/I_g)·(M_K/M_o)] +8.30ρ~(1.25)+6.71,决定系数R~2为0.681,均方根RMSE为0.97;足尺弯曲性质与无疵材弯曲性质和节子之间的计算模型分别为:f_(full) / f_(clear)=-0.70I_k/I_g+0.46和E_(full) / E_(clear)=- 0 .49∑(I_k/I_g)·(M_k/M_0 )+0.96,节子尺寸对足尺规格材弯曲性质的影响非常严重。 (4)落叶松规格材的MOE服从正态分布,MOR呈偏正态分布,数据较为分散;以静态测试得到的MOE为参考指标,确定了落叶松规格材机械分级的等级界限,并将落叶松规格材划分为M14、M30和M40三个强度等级,M30和M40两个等级规格材所占的比例大于80%;通过机械分级,得到了较高等级(M30、M40)的落叶松规格材,提高了落叶松规格材的利用价值,为落叶松规格材在建筑结果中的有效应用提供了保障。 (5)机械分级可以提高规格材的分等效率,提高高等级规格材的强度特征值,其中机械分级得到的M40等级的强度特征值比目测分级得到的Ⅰc等级高30%,机械分级得到的强度特征值变异系数小,各等级强度性质更加稳定;我国结构用落叶松规格材更适合进行机械分级,通过机械分级可以充分开发利用国内落叶松资源,发挥地域优势,减少能源的消耗,得到经济效益和环保效益的最佳结合。