梯度含水狀態(tài)下木質(zhì)梁靜曲彈性模量的定量計(jì)算和設(shè)計(jì).pdf

1、梯度含水狀態(tài)下木質(zhì)梁力學(xué)性能的定量化計(jì)算，是木質(zhì)梁靜態(tài)力學(xué)性能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。它可使設(shè)計(jì)人員直接獲得真實(shí)環(huán)境下木質(zhì)梁的力學(xué)性能，亦可為木質(zhì)梁力學(xué)性能水分折減系數(shù)的確立提供可靠的理論計(jì)算途徑。但是，上述定量化計(jì)算相比平衡含水狀態(tài)下的卻要復(fù)雜和困難得多，導(dǎo)致至今多數(shù)研究仍沿用平衡含水狀態(tài)下木質(zhì)梁“力學(xué)性能-水分”回歸分析的思路來處理這一問題，這顯然不能直接反映木質(zhì)梁靜態(tài)力學(xué)性能和呈梯度狀態(tài)分布水分的本構(gòu)關(guān)系，同時(shí)也導(dǎo)致了尚處于初級(jí)發(fā)展階段

2、的我國(guó)木結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在這一問題的處理上仍需依賴經(jīng)驗(yàn)和大量繁雜實(shí)驗(yàn)的不利局面。
　　針對(duì)上述情況，本論文以我國(guó)常用的云南松（Pinusyunnanensis，用YNP簡(jiǎn)稱）、意楊（Populus euramevicana，用P代簡(jiǎn)稱）和意楊酚醛樹脂單板層積材(LaminatedVeneer Lumber of Poplar bonded with Phenol Formaldehyde Resin，用LVL簡(jiǎn)稱)為研究對(duì)象，在獲得

3、三種材料不同含水狀態(tài)下基礎(chǔ)物理力學(xué)性能以及吸濕/解吸規(guī)律的基礎(chǔ)上，依次建立了木質(zhì)梁的吸濕/解吸水分遷移數(shù)理模型和梯度含水狀態(tài)下木質(zhì)梁靜曲彈性模量(Bending Modulous of Elasticity,簡(jiǎn)稱Eb)的理論計(jì)算模型，最后又以昆明地區(qū)典型的氣候條件為計(jì)算依據(jù)，給出了基于這兩種數(shù)理模型的木質(zhì)梁Eb的水分折減系數(shù)。同時(shí)，本文也給出考慮梯度水分分布的木質(zhì)梁設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟、計(jì)算實(shí)例及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本論文的主要研究成果

4、和創(chuàng)新點(diǎn)可歸納如下:
　　1)無論在吸濕過程還是在解吸過程，YNP、P和LVL三種材料的外形尺寸、靜曲彈性模量Eb、順紋拉伸彈性模量Et、順紋剪切彈性模量G均與材料的平衡含水率（Equilibrium moisture content，簡(jiǎn)稱:EMC）成高度的正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，P和LVL材料解吸過程中的Eb、Et、G的變化速率均小于吸濕過程中的，但它們的橫紋拉伸彈性模量E和順紋拉伸泊松比μ12卻受含水率的影響不大。
　　2

5、)相同名義含水率(Nominal Moisture Content，NMC)下，三種材料處于吸濕梯度水分狀態(tài)下的Eb均小于其處于EMC狀態(tài)下的Eb，其中LVL試件的差別最大;但隨名義含水率的趨衡，三種材料的這種差別均逐漸減小。
　　3)發(fā)現(xiàn)膠層雖能顯著降低LVL的吸濕或解吸速率，但未能完全阻止水分在其厚度方向上的遷移。
　　4)論文所用的“擴(kuò)散+相變”水分遷移模型能較好地預(yù)測(cè)纖維飽和點(diǎn)以下實(shí)木和LVL中的水分遷移過程，其預(yù)測(cè)

6、精度遠(yuǎn)高于“集總參”單擴(kuò)散模型。但需要特別注意的是，模型所用的環(huán)境邊界條件We應(yīng)取木材在該環(huán)境下的實(shí)際可達(dá)EMC。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，木材的吸著水?dāng)U散系數(shù)Dls和水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)Dvs均隨含水率的增高而增大，但在一定含水率區(qū)間內(nèi)可視其為一常數(shù)。
　　5)吸濕過程中，木材初始含水率與其環(huán)境理論最大平衡含水率(SurindingEquilibrium Moisture Content，簡(jiǎn)稱:SEMC)的差值越大，則木材層間的含水率梯度也越大，但其

7、整體到達(dá)目標(biāo)EMC的時(shí)間卻越短;同時(shí)發(fā)現(xiàn)，解吸過程中的規(guī)律與上述情況相反。
　　6)基于各向異性層合板理論的Eb計(jì)算模型可較好地預(yù)測(cè)梯度含水狀態(tài)下木質(zhì)梁的Eb。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，材料厚度膨脹對(duì)實(shí)木材料和LVL的Eb計(jì)算結(jié)果影響非常小，但單板的特殊輔層方向?qū)VL的Eb計(jì)算結(jié)果影響很大。
　　7)在環(huán)境濕度(Relative Humidity)不大于65％的情況下，按照我國(guó)木結(jié)構(gòu)規(guī)范和本文給出的木質(zhì)梁靜曲性能設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)制作的木質(zhì)梁的