单板层积材

​单板层积材(Laminated Veneer Lumber, LVL)是由厚单板沿顺纹方向层积组坯、热压胶合再锯割而成的材料。

单板层积材优点

单向组坯的生产方式使得LVL与实木相比具有结构均匀、强度高、尺寸稳定性好等优点，能够满足

木结构建筑、桥梁、家具和交通等领域的使用要求。

单板层积材作为一种新型板材的研究始于20世纪70年代初，当时北美木材需求量迅速增大，优质木材价格高

涨，而由于石油工业发展迅猛，其副产品合成树脂价格不断下跌，从而促进了利用小径木生产单板层积材的快速发展。我国森林资源贫乏，再加上"天然林保护工程"的实施，人们越来越重视速生林的利用;而人工速生林材如杨木、杉木等都具有材质松软、强度低、尺寸变异性大等缺点。利用小径级低质速生材旋切的单板生产LVL来代替须用大径级原木锯制的大规格锯材使用，不仅可以实现劣材优用、小材大用，实现速生材的高效利用并拓宽其应用领域，同时对缓解我国木材短缺所带来的矛盾也具有重要的意义。

主要区别是:单板层积材用的单板旋切厚度较大，一般均在3毫米以上;单板是顺纹方向组坯胶合的，而胶合板则是以单板纹理相互垂直为原则组坯的。单板层积材主要是以代替锯材为目标的产品，强调的是产品的纵向力学性能的增强，突出的是木材的各向异性，而胶合板则是对天然木材各向异性的改造，强调的是各向同性。

单板层积材的铺装与胶合板不同:

1)单板层积材的单板必须讲究正反面,铺装时必须背对背,面对面,否则单板层积材的变形问题无法解决;2)对单板的强度应做适当分选,强度高的单板铺装时放在表层,强度差的放在芯层,只有这样才能保证单板层积材的整体性能;3)单板层积材铺装均是顺纹,单板沿纵向顺纹接长;4)单板斜接的接头要依次按照一定间隔要求错开,这不是外观质量的需要,而是强度均匀的要求。

单板层积材的热压与胶合板不同

结构材因规格大,考虑到板材进出的困难,很难采用类似胶合板多层、大幅面压机,但是单层压机的产量又低,因造价问题其长度又不能无限加长。综合以上因素考虑,在要求增大产量时,采用双层、三层或四层的压机对单板层积材生产比较合理,生产结构型单板层积材的另一个问题是压机长度 不足产品要求的长度。

马尾松单板层积材

桉树单板层积材

云南松单板层积材

落叶松单板层积材

杨树单板层积材

竹束单板层积材

竹木复合单板层积材

传统工艺

单板层积材的生产工艺过程与胶合板的生产工艺过程极为相似，这两种工艺中的单板制备过程几乎完全相同，最大的差别在于组坯、热压和产品的后期处理等工段。

新工艺和新方法

用中低密度的树种木材生产的LVL，用作室外建筑构件、地板及车厢底板时，都会出现表面硬度和强度低，尺寸稳定性和耐腐耐候性能差等问题，不能够满足使用要求利用树脂浸渍处理木材提高其尺寸稳定性的基础上，目前在国内外都出现了有关利用树脂浸渍单板的方法来生产表面硬度高、尺寸稳定性好、具有一定的耐腐耐候性能的强化LVL的研究。

(1)强度性能。

单板层积材强重比优于钢材。单板层积材作为木质结构材料，其强度性能对其应用有很大影响。根据实践结果，人们认为单板层积材虽然某些性能不如成材，但单板层积材使其原木本身的缺陷(节子、裂缝、腐朽等)均匀分布在单板层积材(LVL)中，平均性能优于成材。

(2)蠕变性能。

单板层积材有良好的抗蠕变性能。

(3)抗火灾性能。

单板层积材(LVL)抗火灾性能优于钢材。

(4)耐久性

单板层积材(LVL)经加速老化试验发生的破坏比成材胶合时胶层破坏最小。

(5)规格

由于其特殊的生产方法，这种材料的尺寸可以不受原木大小或单板规格的限制，完全可以满足大跨距梁

和车辆及船舶的需要，并且规格尺寸灵活多变，可自由选择。

(6)加工性

加工性单板层积材的加工与木材一样方便，可锯切、刨切、凿眼、开榫和钉钉等。

(7)稳定性

单板层积材的层积结构大大减少了发生翘曲和扭曲等变形的可能，因而稳定性好。

(8)抗振减振性

单板层积材具有极强的抗振减振性能，可抵抗周期性应力产生的疲劳破坏，并可作为结构材使用。

(9)阻燃性

由于木材热解过程的时间性和单板层积材的胶合结构，作为结构材的单板层积材耐火性比钢材好。日本对美式木结构房屋进行的火灾试验表明，其抗火灾能力不低于2小时，而重量较轻的钢结构会在遇火后1个小时内丧失支撑能力。

(10)耐候性

单板层积材的结构是用防水性胶粘剂将单板层积胶合构成，因此，它比其他木质材料有较高的耐候性。如果对单板进行特殊处理后再胶合，也可使其具有耐腐蚀性。

(11)经济性

单板层积材的经济性集中地表现在小材大用，劣材优用的增值效应，它可以利用小径木、弯曲木、短原木生产，出材率可达到60%~70%。

单板层积材(LVL)作为一种新型材料推向市场的时间不长，产量仍很小，用途正在开发阶段。单板层积材(LVL)的特性主要是外观美丽，给人视觉以清新感，强度均匀，稳定，耐久性好，不需干燥，尺寸自由度大等。

板层积材由于其在规格、强度、性能等方面的独到优势，具有非常广泛的应用范围，按其用途可分为非

结构用和结构用两种。其中结构用单板层积材又分为小规格结构材和大规格结构材。非结构用单板层积材主

要用于家具制造，做高档家具台面的芯材或框架;小规格结构材主要用做门窗构架、内部墙壁支柱和门窗框、

楼梯等建筑部件;大规格结构材可广泛用于建筑托梁，屋顶衍架、工字梁等构件、家庭住宅的屋顶、结构框架

和地板系统中，也可作车船材、枕木等。

《工程木质复合材的无损检测与性能评价》首先以未增强型单板层积材和玻璃纤维网格布增强型单板层积材为研究对象，以FFT分析检测方法、人工神经网络方法、均匀设计方法等为主要研究方法，进行了材料力学性能的无损检测、材料生产工艺的优化、材料力学性能的增强设计等方面的研究，构建了动态与静态力学性能之间的线性模型、生产工艺参数与力学性能之间的非线性模型、力学性能增强的优化模型。同时还以胶合木为研究对象，设计试验分析了不同因素对胶合木力学性能的影响，确定了最优的增强方式与尺寸位置参数;建立了基于动态力学性能的胶合木力学性能的预测模型，并且在模型中考虑增强的参数和方式对性能的影响;基于动态力学性能预测了速生木材的静态力学性能，并通过可靠性分析评价了无损检测方法用于木结构设计的安全性;利用多种分析手段分析了木材-FRP材料粘接界面的形成机理，并找出了这一复合界面中的薄弱环节，从而可以对其进行有针对性的改性与增强。

前言

1 绪论

1.1 工程木质复合材的力学性能研究现状

1.1.1 单板层积材的力学性能研究现状

1.1.2 胶合木的力学性能研究现状

1.2 无损检测及其在木材工业中的应用研究现状

1.2.1 无损检测概述

1.2.2 单板层积材的无损检测研究现状

1.2.3 木质复合材料的无损检测研究现状

1.3 人工神经网络技术在木材工业中的应用现状

1.4 可靠性及其在木材工业中的应用研究现状

1.4.1 可靠性概述

1.4.2 复合材料的可靠性问题

1.4.3 工程木质复合材的可靠性分析研究现状

1.5 本书主要研究内容

2 理论及方法

2.1 力学性能检测方法

2.1.1 纵向共振方法

2.1.2 弯曲振动方法

2.1.3 静力学检测方法

2.2 单板层积材力学性能优化方法

2.2.1 二次多项式逐步回归方法

2.2.2 BP神经网络方法

2.3 可靠性分析方法

2.3.1 一次二阶矩法(中心点法)

2.3.2 改进的一次二阶矩法

2.3.3 JC法(验算点法)

2.3.4 高次高阶矩法

2.3.5 响应面法

2.3.6 Monte-Carlo法

2.3.7 随机有限元法

2.4 界面分析方法

2.4.1 环境扫描电子显微镜

2.4.2 差示扫描量热法

2.4.3 傅里叶红外光谱分析

3 单板层积材的性能检测与工艺优化

3.1 试验材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 垂直加载试件检测结果相关性分析

3.2.2 平行加载试件检测结果相关性分析

3.2.3 单板层积材生产工艺的回归方程优化

3.2.4 单板层积材生产工艺的神经网络优化

3.2.5 模型对比

3.3 小结

4 单层玻纤网格布增强型LVL的制备与检测

4.1 试验材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 垂直加载试件检测结果相关性分析

4.2.2 平行加载试件检测结果相关性分析

4.2.3 铺设角度的影响

4.3 小结

5 多层玻纤网格布增强型LvL的铺层优化设计

5.1 试验材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 试验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 垂直加载试件检测结果相关性分析

5.2.2 平行加载试件检测结果相关性分析

5.2.3 铺层位置的优化设计

5.3 小结

6 杨木胶合木的增强设计

7 基于无损检测方法的杨木木结构设计的可靠性分析

8 FRP增强速生杨木胶合木的无损检测和弹性模量预测

9 FRP增强杨木胶合木的粘接界面分析

参考文献