層板銷接木性能研究進(jìn)展

付海燕，何敏娟

（同濟大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092）

隨著全球環(huán)境資源問題的凸顯，中國推出了“力爭2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實現(xiàn)碳中和”的“3060”戰(zhàn)略目標(biāo)，綠色低碳發(fā)展越來越成為主流.而建筑行業(yè)，尤其是建筑材料在能源消耗和廢棄物排放方面對環(huán)境產(chǎn)生較大程度的負(fù)面影響.因此，建筑材料的低碳發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵之一.

木材具有綠色節(jié)能、資源可再生等優(yōu)點，是一種具有固碳能力的建材，在可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境下具有顯著優(yōu)勢.此外，城市人口密度持續(xù)增長推動了多高層建筑的快速發(fā)展［1］，從而對木材的應(yīng)用已不僅僅局限于非結(jié)構(gòu)用材.近年來，與木材有關(guān)的工程材料技術(shù)取得較大進(jìn)展，如研發(fā)了膠合木［2-3］、層板釘接木［4］等工程木產(chǎn)品，以及竹木-鋼材［5］、竹木-混凝土［6］等混合竹木產(chǎn)品.

層板銷接木（dowel laminated timber，DLT）是層板通過木銷連接組合而成的一種結(jié)構(gòu)用工程木產(chǎn)品.此概念最早在20 世紀(jì)70 年代提出，近些年由于石材、鋼材等資源減少，以及當(dāng)前低碳政策的推廣，DLT 得到較多研究和應(yīng)用.一方面，DLT 基本屬于全實木產(chǎn)品，除了在層板接長時使用少量膠黏劑外，層板和木銷均采用木材；另一方面，DLT 板材可以根據(jù)使用目標(biāo)進(jìn)行定制，預(yù)制化程度較高.DLT 具有綠色節(jié)能、可持續(xù)性等優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造靈活，加工高效，可應(yīng)用范圍廣泛.

基于此，本文首先簡要概述了DLT 的基本構(gòu)造和分類；然后，系統(tǒng)梳理了DLT 在木銷、木銷節(jié)點及構(gòu)件方面的性能研究成果，包括木銷力學(xué)性能、木銷-層板銷槽承壓性能、木銷節(jié)點抗剪性能、DLT 木梁抗彎性能、DLT 板抗彎性能和振動特性；最后，介紹了DLT 在性能研究中存在的不足，同時提出了DLT 研究中亟需解決的關(guān)鍵問題.

1 DLT 概述

1.1 DLT 基本構(gòu)造

DLT 是一種將層板寬面通過側(cè)面拼接、層板組合采用銷連接的工程木產(chǎn)品，示意圖見圖1.目前DLT 產(chǎn)品中的層板通常使用厚度為20～38 mm，寬度為89～140 mm 的規(guī)格材（如冷杉、云杉等），含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在19%以下；銷通常為高密度木材（如橡木、櫸木等），直徑一般為10～19 mm，含水率為6%～8%［7-8］.近些年，由于壓縮木材（表1［9-11］）和竹材在性能研究方面取得了一些進(jìn)展，有部分學(xué)者采用壓縮木銷和竹銷來連接DLT［12-13］，但研究成果尚未投入應(yīng)用.

表1 部分木材壓縮處理前后力學(xué)性能對比Table 1 Comparison of mechanical properties of part wood species before and after compression treatment

圖1 層板銷接木Fig.1 Dowel laminated timber

DLT 加工過程中，在木銷插入層板之前，需要于層板相應(yīng)位置預(yù)鉆孔.預(yù)鉆孔直徑主要由銷連接工作原理和加工工藝決定，通常預(yù)鉆孔直徑比木銷直徑小0～1.5 mm［14］.圖2 為木銷排列方式.由圖2 可見：木銷可以一次性穿透7～10 塊層板；DLT 中木銷排數(shù)一般是1～2 排，排列方式主要為并列和錯列.在實際工程中，為避免木銷因長期效應(yīng)偏離所在軸線，通過改變木銷插入角度和方式來提高板材長期性能，比如調(diào)整木銷與層板之間的夾角（V-DLT）［10］或改變相鄰木銷的插入方向（W-DLT）［8］等，如圖3所示.

圖2 木銷排列方式Fig.2 Dowel arrangement

圖3 V-DLT 或W-DLT 示 意圖Fig.3 Sketch map of V-DLT or W-DLT

根據(jù)木材的生物質(zhì)性和干縮濕脹性，DLT 銷連接系統(tǒng)的工作原理主要分為2 種：一種是將木銷固定在鉆頭上，在高速旋轉(zhuǎn)條件下，利用木銷中的非晶體聚合物（如木質(zhì)素）或者涂抹在木銷外層的熱熔膠受熱軟化，對層板和木銷進(jìn)行連接組合［15-16］；另一種是利用木材含水率平衡和其自身的吸濕膨脹性能［17-18］，通過使用含水率明顯低于層板的高密度木銷（通常干燥率為5%～8%）與層板（通常干燥率為12%～15%，不超過19%）進(jìn)行組裝，組裝后的DLT為達(dá)到含水率平衡，木銷濕漲且層板干縮，緊密結(jié)合后形成一個整體體系.然而，由于木材的各向異性，因含水率變化而發(fā)生干縮濕脹時各方向的尺寸變化并不均勻.因此，若采用第2 種工作原理進(jìn)行銷連接，在加工上需要特別注意預(yù)鉆孔與木銷之間的直徑差［19］，比如為保證銷連接性能，在確?？杉庸さ那闆r下，層板上的預(yù)鉆孔直徑仍需小于干燥后的木銷直徑.關(guān)于直徑差的具體數(shù)值，需要基于實際使用的木材種類、直徑等，根據(jù)預(yù)試驗或預(yù)加工進(jìn)行確定.

1.2 DLT 分類

在結(jié)構(gòu)工程中，DLT 常用做梁、墻體、樓面板和屋面板等.圖4 顯示，DLT 有2 種基本形式，分別是水平DLT 和垂直DLT.由圖4 可見：水平DLT 中木銷沿層板寬度方向進(jìn)行連接，構(gòu)件寬度由層板數(shù)量決定，多用于墻體、樓面板和屋面板［19］；垂直DLT 中木銷沿層板厚度方向進(jìn)行連接，構(gòu)件厚度尺寸較靈活、但寬度受層板截面高度限制，工程中主要用于制作梁［15］.

圖4 DLT 基本形式Fig.4 Basic form of DLT

DLT 木銷和層板的布置可根據(jù)用途和設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整.層板正交銷接木（dowel cross laminated timber，DCLT）是一種DLT 木銷連接與層板正交組坯（cross laminated timber，CLT）相結(jié)合的結(jié)構(gòu)材，示意圖見圖5［18］，其通過正交組坯的方式減小因?qū)影遄冃嗡斐傻膶娱g隙，進(jìn)而增強板材變形穩(wěn)定性.此外，DLT 還可以與其他材料（如混凝土）疊合形成組合樓板，以增強板材結(jié)構(gòu)剛度和減小板材振動，如圖6 所示［8］.

圖5 層板正交銷接木結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of dowel cross laminated timber［18］

圖6 DLT-混凝土結(jié)構(gòu)Fig.6 DLT-concrete structure［8］

圖7 為層板構(gòu)造.DLT 的形狀規(guī)格靈活，可以通過改變層板表面形式來增加板材的附屬功能.比如，通過加工槽口和切口、或安裝吸聲材料等來提高板材的聲學(xué)性能（圖7（a）［20］）；或通過使用不同截面高度的層板來形成層板間的凹槽，便于安裝線管等（圖7（b）［20］）.

圖7 層板構(gòu)造Fig.7 Detail construction of laminate

2 木銷及木銷節(jié)點性能研究

木銷連接是DLT 的連接方式，對DLT 物理力學(xué)性能有重要影響.木銷的抗剪強度、抗拔強度、抗彎強度，以及銷槽承壓強度是木銷節(jié)點的重要評價指標(biāo).以下將從木銷力學(xué)性能、木銷-層板銷槽承壓性能及木銷節(jié)點抗剪性能3 方面進(jìn)行闡述.

2.1 木銷力學(xué)性能

木銷作為層板連接的緊固件，主要承受剪力、彎矩和壓力3 種荷載.木銷雙剪節(jié)點破壞模式見圖8.由圖8 可見：（1）歐洲木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［21］給出了4 種銷連接破壞模式（Ⅰm/Ⅰs/Ⅲs/Ⅳ），其中Ⅰm和Ⅰs破壞模式分別是中間層板和兩側(cè)層板上的銷槽應(yīng)力達(dá)到銷槽承壓強度后發(fā)生的受壓破壞，銷釘無明顯損傷；Ⅲs破壞模式是銷釘在中間層板中受彎，產(chǎn)生1 個塑性鉸所發(fā)生的屈服破壞；Ⅳ破壞模式是銷釘在兩側(cè)和中間層板中分別受彎，共產(chǎn)生3 個塑性鉸所發(fā)生的屈服破壞.（2）Miller 等［22］對銷連接破壞模式進(jìn)行了補充，提出了第5 種破壞模式（Ⅴ），即“有效剪切”破壞模式.研究發(fā)現(xiàn)，DLT 中使用的高密度木銷在承受剪力、彎矩和壓力3 種荷載的合力作用下，易發(fā)生剪切破壞模式［23］.王必林［24］采用直徑12 mm 的壓縮楊木銷，設(shè)置0、6、12、18 mm 的剪切跨度，探究了木銷有效剪切強度與剪切跨距之間的關(guān)系，結(jié)果表明，隨著剪切跨度的增大，木銷的有效剪切強度逐漸下降.同時還提出了用于預(yù)測不同剪切跨度下壓縮木銷橫紋抗剪強度的計算表達(dá)式［24］：

圖8 木銷雙剪節(jié)點破壞模式Fig.8 Failure mode of double-shear joints［21-22］

式中：fy，v為木銷有效剪切強度，MPa；E為抗彎彈性模量，MPa；s為木銷剪切跨度，mm；d為木銷直徑，mm.

由于節(jié)點破壞過程中木銷主要有拔出和斷裂2 種破壞模式［25］，因此，木銷抗拔性能和抗彎性能對木銷節(jié)點力學(xué)性能有重要影響.研究表明：木銷的抗拔性能與其插入方向［26］、預(yù)鉆孔深度［27］、加工工藝［28］、木銷種類［29］，以及木銷直徑與預(yù)鉆孔直徑比值［30］等變量有關(guān).文獻(xiàn)中木銷抗拔性能試驗結(jié)果對比見表2.選擇高密度木銷或通過加工處理提高木銷密度、增加木銷插入深度、設(shè)計木銷插入層板方向為垂直于木紋等，均可以提高木銷的抗拔性能.

表2 文獻(xiàn)中木銷抗拔性能試驗結(jié)果對比Table 2 Pullout resistances of dowel from the experimental results in literature

針對木銷抗彎性能的研究較少，主要作為材料參數(shù)，用于計算節(jié)點承載力.Ioana 等［31］為探究節(jié)點力學(xué)性能，對12 mm 巴西紅檀（manilkara spp）木銷進(jìn)行了彎曲試驗，測得其抗彎屈服承載力為1.78 kN、抗彎屈服彎矩為40.05 kN·mm，其性能顯著優(yōu)于賈賀然等［14］研究得到的12 mm 櫸木銷的抗彎性能（抗彎屈服承載力0.52 kN、抗彎屈服彎矩17.84 kN·mm）.這表明，當(dāng)直徑相同時，木銷密度越大，木銷的抗彎屈服承載力和抗彎屈服彎矩也越大（巴西紅檀和櫸木銷密度分別為1.127 g/cm3和0.711 g/cm3）.

2.2 木銷-層板銷槽承壓性能

歐洲屈服理論模式（European yield model，EYM）中有2 種木銷連接延性破壞模式，分別為層板銷槽承壓屈服（Ⅰm和Ⅰs）、木銷和層板銷槽承壓同時屈服（Ⅲs和Ⅳ）.木銷連接的力學(xué)性能主要受層板銷槽承壓強度與銷釘?shù)目箯澇休d力影響［32］.銷槽承壓強度是歐洲屈服理論模式中的重要參數(shù)之一，也是評價層板銷連接承載力的技術(shù)指標(biāo)之一［33-34］.當(dāng)前銷槽承壓研究多為鋼銷-層板［35-36］，木銷-層板銷槽承壓研究較少.王必林［24］采用半孔試驗法對壓縮楊木銷-樟子松膠合木層板進(jìn)行了順紋和橫紋銷槽承壓試驗，結(jié)果表明：壓縮木銷-膠合木層板順紋和橫紋銷槽承壓強度分別為29.37～36.30 MPa 和16.59～19.54 MPa，順紋銷槽承壓強度明顯優(yōu)于橫紋；歐洲木結(jié)構(gòu)規(guī)范BS EN383《Determination of embedding strength and foundation values for dowel type fasteners》和美國木結(jié)構(gòu)規(guī)范ASTMD 5764-97a（2013）《Standard test method for evaluating dowel-bearing strength of wood and wood-based products》均能較為準(zhǔn)確地預(yù)測壓縮木銷-膠合木層板的順紋銷槽承壓強度（絕對誤差積分分別5.15%和8.52%），而對于橫紋銷槽承壓強度存在較大預(yù)測誤差（絕對誤差積分分別19.92%和27.25%）.

研究發(fā)現(xiàn)，層板種類對木銷-層板銷槽承壓性能有一定影響.Ioana 等［31］采用12 mm 巴西紅檀木銷分別與云杉、云杉制CLT 和栗木層板組合，并進(jìn)行順紋銷槽承壓試驗，得到3 種木銷-層板銷槽承壓強度值，分別為11.3、11.9、12.7 MPa.層板密度由大到小為栗木、云杉制CLT 和云杉，表明隨著層板密度的增大，木銷-層板順紋銷槽承壓強度有增長的趨勢，但該趨勢并不明顯.

木銷種類對木銷-層板銷槽承壓性能的影響存在分歧.Ioana 等［31］采用全孔法進(jìn)行順紋銷槽承壓試驗，測得巴西紅檀木銷-云杉層板和鋼銷-云杉層板順紋承壓強度值分別為11.3、31.3 MPa，鋼銷順紋銷槽承壓強度明顯優(yōu)于巴西紅檀木銷.賈賀然等［14］采用半孔法進(jìn)行橫紋銷槽承壓試驗，測得櫸木銷-云杉/松/冷杉（SPF）層板與鋼銷-SPF 層板橫紋的銷槽承壓強度基本相同，分別為28.20、28.36 MPa.2 個研究結(jié)果不同的原因為：一方面，可能是木銷種類對順紋銷槽承壓性能有影響，對橫紋銷槽承壓性能基本無影響；另一方面可能是采用了不同的試驗方法和評估方式.研究表明［34］銷槽承壓強度的試驗方法和評估方式對橫紋銷槽承壓強度有重要影響，這需要在今后的研究中進(jìn)一步確認(rèn).

2.3 木銷節(jié)點抗剪性能

當(dāng)前，主要采用雙剪試驗［37］和單剪試驗［38］來探究層板銷連接節(jié)點的抗剪性能.2 種試驗示意圖如圖9 所示.

Jung 等［37］采用單銷雙剪試驗，探討了銷的初始剛度、極限承載力、屈服強度等抗剪性能.結(jié)果表明：其余變量一致時，壓縮木銷節(jié)點的極限承載力、屈服強度和耗能明顯優(yōu)于未壓縮木銷，而初始剛度無明顯不同；加載方向平行于銷截面木紋時，壓縮木圓銷和方銷的極限承載力和初始剛度分別為6.10～7.65、8.33～11.07 kN 和4.09～4.43、6.73～8.49 kN/mm，其中壓縮木方銷承載力與鋼圓銷的極限承載力基本相當(dāng)，均為6.97～13.87 kN.

薛瑩瑩等［38］采用單剪抗拉試驗，探究了水青岡木銷（直徑10 mm、平均密度0.703 g/cm3、含水率2%、抗彎強度93.68 MPa）和自攻螺釘（直徑5.2 mm、頭部直徑10.3 mm、抗彎強度1 184.3 MPa）的極限荷載、初始剛度和延性系數(shù)等抗剪性能.結(jié)果表明：水青岡木銷的極限荷載低于自攻螺釘（兩者分別為3.62、5.25 kN）、延性系數(shù)與自攻螺釘相似（兩者分別為2.02、2.39）、初始剛度明顯優(yōu)于自攻螺釘（兩者分別為1.11、0.38 kN/mm）.

研究發(fā)現(xiàn)，木銷種類，層板種類、厚度和加工方式等對木銷節(jié)點抗剪性能有重要影響.

2.3.1 木銷種類

E-Houjeyri 等［39］在單調(diào)和循環(huán)加載條件下對云杉層板-壓縮云杉木銷（SJ-SCWD）和云杉層板-橡木銷（SJ-OWD）2 種節(jié)點進(jìn)行了順紋方向的單銷雙剪試驗.圖10 為木銷種類對節(jié)點抗剪性能的影響.圖10 顯示，壓縮云杉木銷節(jié)點抗剪承載力為11.0～13.0 kN，顯著高于橡木銷節(jié)點的抗剪承載力4.0～7.5 kN.另外壓縮云杉的彈性模量和斷裂模量顯著高于橡木，這也在一定程度上說明提高木銷材性可以增強節(jié)點抗剪承載力.

圖10 木銷種類對節(jié)點抗剪性能影響Fig.10 Effect of dowel types on shear properties of joints［39］

2.3.2 層板種類和厚度

研究表明，層板種類對節(jié)點抗剪性能有影響［31，39］.圖11 為層板種類對節(jié)點抗剪性能影響.由圖11 可見，當(dāng)采用云杉層板-壓縮云杉木銷和橡木層板-壓縮云杉木銷做單銷雙剪試件時，橡木層板和云杉層板節(jié)點的順紋抗剪強度和初始剛度分別為20.14、12.97 kN 和7.06、3.65 kN/mm，橡木層板節(jié)點的抗剪強度和剛度優(yōu)于云杉［39］.橡木層板的密度、彈性模量和斷裂模量均大于云杉，表明提高層板材性可以增強節(jié)點抗剪強度和初始剛度.

圖11 層板種類對節(jié)點抗剪性能影響Fig.11 Effect of laminate types on shear properties of joints［39］

表3 為不同層板厚度在雙剪試驗中的力學(xué)性能對比.由表3 可見，層板厚度的增加也可以提高銷連接節(jié)點的抗剪承載力和延性，但會降低節(jié)點剛度［40］.

表3 不同層板厚度在雙剪試驗中的力學(xué)性能對比Table 3 Comparison of mechanical properties of different thickness of laminates in double-shear test［40］

2.3.3 其他因素

根據(jù)木銷連接工作原理，木銷與層板組合加工方式主要為木錘敲入和高速旋轉(zhuǎn)鉆入.研究表明［11］：木銷在高速旋轉(zhuǎn)鉆入時產(chǎn)生的損傷明顯大于敲入時，敲入式的單銷雙剪試件的平均抗剪承載力（6.786 kN）略高于高速旋轉(zhuǎn)式試件（6.127 kN）.

此外，木銷節(jié)點抗剪性能也因木材的生物質(zhì)性和干縮濕脹性而受環(huán)境濕度影響［31］.

3 DLT 構(gòu)件性能研究

目前針對DLT 構(gòu)件的力學(xué)性能研究主要是垂直DLT 木梁抗彎性能、DLT 板抗彎性能和振動特性［41］.

3.1 垂直DLT 木梁抗彎性能

3.1.1 性能對比

表4 匯總了當(dāng)前主要的垂直DLT 木梁和膠合木梁抗彎性能對比.由表4 可見：垂直DLT 木梁的抗彎強度和抗彎剛度均低于膠合木梁，分別約為膠合木梁的1/2 和1/4；但最大變形和延性明顯優(yōu)于膠合木梁，約為膠合木梁的2 倍.這是由于膠結(jié)的完全剛性顯著提高了層板的抗彎強度和抗彎剛度，而木銷的半剛性連接可以通過層板間的相對滑移進(jìn)行耗能，從而提高木梁整體的延性.

同時，研究發(fā)現(xiàn)［39］，膠合木梁的破壞模式為脆性破壞，而垂直DLT 木梁的破壞模式主要是底層板的順紋開裂和木銷斷裂造成的層板間錯位，如圖12所示.

圖12 垂直DLT 木梁破壞模式Fig.12 Failure mode of DLT-vertical beams［39］

3.1.2 影響因素

目前，垂直DLT 木梁抗彎性能研究主要是以木銷的相關(guān)性能為變量，探究木梁的初始剛度、抗彎模量、抗彎承載力和變形等.研究表明，木銷間距（數(shù)量）、直徑及種類、插入角度對垂直DLT 木梁抗彎性能均有重要影響.

（1）木銷間距（數(shù)量）

O’loinsigh 等［15］制作了1 種采用高速旋轉(zhuǎn)木銷進(jìn)行層板連接的4 層垂直DLT 木梁，研究了木銷間距對垂直DLT 木梁力學(xué)性能的影響，結(jié)果見圖13.由圖13 可見：采用木銷數(shù)量為44、32、20、0 的垂直DLT木梁抗彎承載力和最大變形分別為24.00、22.75、22.00、21.00 kN 和98.70、108.15、115.04、123.57 mm；在試驗范圍內(nèi)，隨著木銷間距的減小（即木銷數(shù)量的增加），垂直DLT 木梁的抗彎承載力均呈現(xiàn)增長趨勢，但最大變形逐漸減小.

圖13 木銷間距（數(shù)量）對垂直DLT 木梁力學(xué)性能影響Fig.13 Effect of dowel spacing on flexural performance of DLT-vertical beams［15］

Sotayo 等［12］通過ABAQUS 數(shù)值模擬，探討了3層垂直DLT 木梁初始橫向剛度，結(jié)果表明，在試驗范圍內(nèi)，隨著木銷間距的減?。ㄑ啬玖嚎v向方向由100 mm 減小到50 mm），垂直DLT 木梁的橫向剛度增大.Bouhala 等［44］通過四點彎曲試驗和數(shù)值模擬，探討了木銷間距和排數(shù)對垂直DLT 木梁結(jié)構(gòu)性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)木銷數(shù)量不變時，隨著木銷排數(shù)的增加，垂直DLT 木梁的抗彎承載力降低；當(dāng)木銷排數(shù)不變時，隨著木銷數(shù)量的增加，垂直DLT 木梁的抗彎承載力提高.

上述研究表明，木銷數(shù)量的增多使得結(jié)構(gòu)整體性得到了提高.因此，減小木銷間距或增加木銷數(shù)量，一定程度上可以提高垂直DLT 木梁的抗彎強度和剛度.

Sotayo 等［42］采用壓縮木銷為歐洲赤松和山毛櫸，層板為歐洲赤松組合制作了7 層垂直DLT 木梁，并對其抗彎性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：當(dāng)其余變量一致時，采用木銷直徑為10、15 mm 的垂直DLT 木梁平均抗彎模量和抗彎強度分別為2.6、3.7 GPa 和20.2、22.0 MPa，表明適當(dāng)增大木銷直徑可以提高木梁抗彎模量；當(dāng)其余變量一致時，分別采用壓縮赤松木銷和壓縮山毛櫸木銷的垂直DLT 木梁平均抗彎模量和抗彎強度為2.5、2.6 GPa 和34.8、20.2 MPa，一定程度上說明選擇高性能木銷可以增強垂直DLT 木梁抗彎強度.

也有學(xué)者采用回收的工程木制作木銷，來連接層板形成垂直DLT 木梁，并對該木梁進(jìn)行了抗彎性能研究［45］，如圖14 所示.研究表明：回收的工程木可以用做DLT 中的木銷.

圖14 回收工程木制木銷對垂直DLT 木梁力學(xué)性能影響Fig.14 Effect of recycled dowel on flexural performance of DLT-vertical beams［45］

（3）木銷插入角度

關(guān)于木銷插入角度對垂直DLT 木梁抗彎性能影響的研究結(jié)果存在一定分歧.Sotayo 等［42］采用四點彎曲試驗對7 層垂直DLT 木梁的破壞模式、抗彎強度和抗彎模量等力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：木銷間距為50 mm 時，木銷插入角度為55°和90°的垂直DLT 木梁抗彎模量均為2.5 GPa，故木銷插入角度對木梁的抗彎模量無明顯影響.而李橋等［13］對雙層垂直DLT 木梁進(jìn)行了四點彎曲試驗，結(jié)果表明：在試驗范圍內(nèi)，木銷插入角度為60°和90°的垂直DLT 木梁初始剛度和極限承載力分別為275.42、313.29 N/mm 和8.51、10.18 kN，表明木銷插入角度的增加會提高木梁的抗彎性能.

以上2 個研究結(jié)果出現(xiàn)分歧的原因可能是垂直DLT 木梁的其他變量數(shù)值未統(tǒng)一，在不同情況下，影響垂直DLT 木梁力學(xué)性能的關(guān)鍵變量會發(fā)生變化.因此，后續(xù)需要在保證其余變量盡可能相同的情況下，進(jìn)一步確認(rèn)木銷插入角度及其與其他變量之間的相互關(guān)系對垂直DLT 木梁抗彎性能的影響.

3.2 DLT 板性能研究

當(dāng)前，針對DLT 板性能研究相對較少，主要是探究DCLT 板抗彎模量、抗彎剛度等抗彎性能，以及自振頻率、阻尼等振動特性.

3.2.1 DCLT 板抗彎性能

（1）性能對比

五年后，我大學(xué)畢業(yè)時，老馬還在寫詩，已經(jīng)是個小有名氣的農(nóng)民詩人。雖然依舊在種地，但他有了一點難得的感悟：詩歌可能與稻草有關(guān)系，但一定和職業(yè)沒有關(guān)系。別人可以把愛詩和寫詩的人當(dāng)成怪物，但詩人自己不能。

研究發(fā)現(xiàn)，DCLT 板與垂直DLT 木梁抗彎性能相似，均具有優(yōu)良的延性特性和抗震性能.Sotayo等［42］對DCLT 板進(jìn)行了彎曲試驗，并與CLT 進(jìn)行了比較，結(jié)果見圖15.由圖15可見：（1）截面尺寸相近時，DCLT 的抗彎強度較低，約為CLT 抗彎強度的1/2；但DCLT 的延性系數(shù)顯著高于CLT.（2）CLT 板材為典型的脆性破壞，主要是膠層的分離和層板的滾動剪切破壞；而DCLT 板材表現(xiàn)出不同破壞模式，包括圍繞木節(jié)發(fā)生的層板拉伸破壞及靠近支撐輥軸的橫向?qū)影逖啬句N排列方向破壞，所有破壞中木銷并無損傷.

圖15 DCLT 與CLT 板抗彎性能對比Fig.15 Comparison of flexural performance between DCLT and CLT plates［42］

（2）影響因素

圖16 為層板數(shù)量及種類對DCLT 板抗彎性能的影響.由圖16 可見：（1）5 層DCLT 板材的縱向抗彎剛度和斷裂模量約為3 層DCLT 板材的2 倍和0.8；當(dāng)均布荷載為2 940 N/m2、撓度標(biāo)準(zhǔn)為l/400 時（l為跨度），3 層和5 層DCLT 板材的最大跨度分別為3.25、4.50 m，說明層板數(shù)量的增加可以提高DCLT板材的抗彎剛度及結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大跨度［18］.（2）橡木DCLT 的抗彎模量和抗彎強度均高于歐洲赤松DCLT；對比于歐洲赤松層板，橡木層板較高的抗彎強度和剛度顯著提高了DCLT 的抗彎模量和抗彎強度，說明可以通過改善層板力學(xué)性能來優(yōu)化DCLT板材的抗彎性能［42］.

圖16 層板數(shù)量及種類對DCLT 板抗彎性能的影響Fig.16 Effect of number and type of laminates on flexural performance of DCLT plates

木銷直徑似乎對DCLT 板抗彎性能存在影響.木銷直徑16 mm 的DCLT 抗彎模量和抗彎強度均優(yōu)于木銷直徑10 mm 的DCLT［42］，但由于該研究中存在其余變量，因此結(jié)論需要進(jìn)一步確定.圖17 為層板拼接方式對DCLT 板抗彎性能影響.由圖17 可見，相鄰層板拼接處凹槽的有無對DCLT 板抗彎性能無明顯影響［42］，故DCLT 加工可以直接采用平接方式進(jìn)行拼板，以減少加工流程，便于組裝.

圖17 層板拼接方式對DCLT 板抗彎性能影響Fig.17 Effect of laminate splicing method on flexural performance of DCLT plate［42］

3.2.2 DLT 板構(gòu)件振動特性

現(xiàn)有研究表明［46-47］，DCLT 板振動特性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.通過彎曲試驗和ABAQUS 數(shù)值模擬，得到了足尺DCLT 板的自振頻率、撓度和參數(shù)b分別為11.0 Hz、0.82 mm/kN 和137，均滿足歐洲木結(jié)構(gòu)設(shè)計 規(guī) 范［21］要 求（自 振 頻 率 大 于8 Hz、撓 度0.4～4.0 mm/kN、參數(shù)b為50～150）.同時，研究發(fā)現(xiàn)，相鄰層板拼接處有無凹槽對DCLT 板的實測振動頻率值和阻尼也基本無影響.

4 結(jié)論與展望

一系列的研究成果證明DLT 作為結(jié)構(gòu)用材應(yīng)用于建筑中的可行性.通過對DLT 構(gòu)造分類的介紹及研究現(xiàn)狀的闡述，得到相關(guān)結(jié)論：（1）構(gòu)造方面，僅由木銷和層板組成的DLT 是一種近似全實木的工程木產(chǎn)品，具有綠色節(jié)能、可持續(xù)性的優(yōu)勢，且其結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造靈活，可應(yīng)用范圍廣泛.（2）性能方面，木銷節(jié)點、垂直DLT 木梁和DCLT 板均具有優(yōu)良的延性特性和抗震性能；雖然其在強度、剛度性能上仍與鋼銷節(jié)點、膠合木梁及CLT 板存在一定差距，但可以通過調(diào)整相關(guān)變量來增強節(jié)點及構(gòu)件性能.

為提高DLT 的力學(xué)性能，擴大其工程應(yīng)用，對DLT 進(jìn)一步的研究內(nèi)容提出以下建議：

（1）在材料方面，增加國產(chǎn)木材的應(yīng)用，降低國內(nèi)工程木產(chǎn)品對國外進(jìn)口材的依賴.目前作為DLT的主體材料——層板，仍主要采用國外進(jìn)口板材，如何有效利用國產(chǎn)材發(fā)展DLT 等工程木產(chǎn)品是如今需要深入研究的課題.為滿足DLT 層板力學(xué)性能的要求，需要進(jìn)一步研究國產(chǎn)材改性處理方式，同時盡快建立國產(chǎn)材重要材性數(shù)據(jù)庫和力學(xué)性能評估體系.

（2）在節(jié)點方面，探究關(guān)鍵變量，提高木銷節(jié)點抗剪性能.當(dāng)前木銷連接機理仍不清晰，因此需要進(jìn)一步探究更多變量對木銷節(jié)點抗剪性能的影響，比如木銷的插入角度等.此外，需要建立不同破壞模式下，適用于木銷節(jié)點的抗剪承載力公式，完善木銷節(jié)點計算規(guī)范.

（3）在構(gòu)件方面，合理應(yīng)用層板，提高DLT 構(gòu)件力學(xué)性能.垂直DLT 木梁和DCLT 板在抗彎強度和剛度上仍與膠合木梁和CLT 板存在較大差距.因此，需要進(jìn)一步考慮層板的選擇，比如不同樹種或高性能國產(chǎn)木基結(jié)構(gòu)板材等，通過合理的組合方式來提高DLT的抗彎強度和抗彎剛度.另外，有必要對DLT 進(jìn)行長期性能試驗，提供DLT的全生命周期評價數(shù)據(jù).