CN106239681A - 一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，属于胶合木制备领域。其包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护，根据木质层板数量和胶合木构件的设计曲率半径，以及根据木材含水率确定胶合木构件的制备曲率半径。本发明通过木质层板数量、木材含水率和胶合木弯曲程度确定的形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，解决了仅依靠经验确定胶合木构件制造曲率半径，以及由于木材的弹性、粘弹性、粘性特性带来的弧形型胶合木构件胶压成型后的形状回弹，保证了制备弧形胶合木构件形状的精准和稳定。
Description
技术领域
本专利涉及胶合木制备领域，特别是涉及一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法。
背景技术
与钢结构相比，胶合木结构在用材为木材，汇碳、环保节能、可再生；与钢筋混凝土结构相比，胶合木结构不但用材环保节能，还能通过工厂预制，实现施工现场快速拼装，避免现场湿作业，且材料质轻，无需重型吊装设备；与传统的原木结构相比，胶合木构件是通过木材指接接长、横向拼宽、厚度叠加胶合而成，构件组成单元尺寸较小，因此能够满足结构、建筑和功能的需要，设计并制备成任意形状和尺寸。近几年，由于我国节能减排及绿色建筑技术和建筑工业现代化的政策导向，胶合木结构在我国的发展非常迅猛。
木材在受到外部荷载作用时会发生变形，当持续时间足够长，木材上所施加的荷载撤去时，木材有一部分变形会随着时间的延长逐渐恢复，还有一部分变形不能完全恢复，因此当建筑中需要采用弧形胶合木构件时，采用合理的弧形胶合木构件制备技术，以保证构件形状符合设计、建筑、结构、功能的要求，非常重要。弧形胶合木构件在制备过程中，通常采用预先弯曲成比设计所需的半径更小，待构件内胶粘剂充分固化后撤去外荷载，一部分弹性变形立刻回复，另一部分变形随着时间的延长恢复后，构件产生部分反弹，变化成设计所需形状。
但是，现有的弧形胶合木构件制备方法中主要存在以下不足：
通过经验确定弧形胶合木构件制备所需曲率半径，往往在构件制备后，构件的反弹程度无法预知或精确计算，弧形构件形状误差较大，不利于保证构件力学性能，且在施工安装过程中带来无法正常装配等问题。其原因在于：弧形胶合木构件形状反弹的程度与木材的含水率、木质层板数量、弧形胶合木构件设计曲率半径等参数相关。含水率越大，木材塑性变形越大，反弹程度越小；构件截面尺寸确定时，木质层板数量越多，每层层板厚度越小，构件塑性变形越大，反弹程度越小；构件曲率半径越小，构件反弹程度越大。
现有技术中，为了克服弧形胶合木构件制备过程中卸压后构件形状反弹、与弧形胶合木构件设计形状不一致的问题，通常采用增大弧形胶合木构件的制备曲率半径，使其弯曲程度更大，待制备中压力除去后，构件形状发生反弹，反弹的量为设计与制造曲率半径的差值，最终达到与设计形状一致的目的。但如何使构件制备中压力除去后反弹的量正好是设计与制造曲率半径的差值，正是制备技术的关键所在，但弧形胶合木构件形状反弹的程度与木材含水率、木质层板数量、弧形胶合木构件设计曲率半径参数相关，现有的技术无法达到满足这些变量变化的要求，使得弧形胶合木构件制备形状往往与设计形状之间存在较大误差，无法满足后序加工的要求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中弧形胶合木构件制备存在的诸多问题，本发明公开了一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，该制备方法综合考虑了木材的含水率、木质层板数量，以及构件曲率半径三个参数，用以确定弧形胶合木构件制备所需曲率半径，解决了常规仅依靠经验确定的弧形胶合木构件制备方法导致的诸多问题，有效地保证了弧形胶合木构件的形状和安装精度。
2.技术方案
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序；
根据木质层板数量及木材含水率，以及弧形胶合木构件曲率半径确定弧形胶合木构件的制备曲率半径：
将含水率处于6％～15％范围内的木材分为低含水率和中等含水率两类，上述低含水率为6％～10％，上述中等含水率为10％～15％，针对这两类不同含水率的木材原材，分别进行弧形胶合木构件的制备曲率半径的确定：
当木材含水率为低含水率时，弧形胶合木构件制备时的曲率半径为：
设计时的内弧曲率半径×(1-1/木质层板数量)
当木材含水率为中等含水率时，弧形胶合木构件制备时的曲率半径为：
弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)+[弧形胶合木构件设计曲率半径-弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)]×(0.10～0.15)
作为优选，所述木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序，均是在温度15℃以上、相对湿度50～85％的以利于胶合木构件用胶粘剂固化的环境条件下完成。
作为优选，所述木质层板涂胶为单面涂胶量不少于250g/m2，以保证木质层板间有足够的胶合强度；胶压时间不少于4h，以保证构件内部胶粘剂充分固化。
作为优选，所述木质层板的数量在4层以上。
本发明根据木质层板数量及木材含水率，以及弧形胶合木构件设计曲率半径，确定弧形胶合木构件的制备曲率半径，通过回弹变形预先补偿的方式，制备形状精确的弧形胶合木构件。
3.有益效果
本发明根据木质层板数量及木材含水率，以及弧形胶合木构件设计曲率半径，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径，填补了现有弧形胶合木构件加工制备技术中形状确定制备方法的空白，较好地保证了弧形胶合木构件的形状。
通过木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序，均是在温度在15℃以上、相对湿度在50～85％范围内的环境下制备，利于胶合木构件用胶粘剂固化。
本发明通过考虑木材含水率对所加工弧形胶合木构件形状反弹的影响，建立了木材含水率相对不变条件下，弧形胶合木构件制造曲率半径与其设计曲率半径和木质层板数量的关系，通过使弧形胶合木构件在制备时先产生一个过度弯曲，该过度弯曲为弧形胶合木构件制备中压力除去后形状反弹的量，使得弧形胶合木构件制备结构后，通过形状反弹，达到与弧形胶合木构件设计形状一致的目的。
因此，本发明能够满足木材含水率在6％～15％范围内变化时，达到弧形胶合木构件设计曲率半径所需制备曲率半径。同时，本发明所述技术，所制备的弧形胶合木构件的形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
附图说明
图1为弧形胶合木构件的设计曲率半径和制备曲率半径比较示意图。
1-弧形胶合木构件设计曲率半径，2-弧形胶合木构件制备曲率半径，3-木质层板，4-弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力。
图2为弧形胶合木构件深加工示意图。
1-弧形胶合木构件设计曲率半径，3-木质层板，5-弧形胶合木构件深加工路径。
图3为制备完毕的弧形胶合木构件示意图。
1-弧形胶合木构件设计曲率半径，3-木质层板。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明作进一步详细说明：
实施例1
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护，这些工序均是在温度为15℃、相对湿度为50％的环境条件下完成。
欧洲赤松弧形胶合木构件设计曲率半径为111680mm、弦长为6600mm、截面高度450mm，木质层板数量为12层、每层厚度均为37.5mm，木材含水率为6％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件的制备曲率半径＝弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)＝111680mm×(1-1/12)＝102373mm
其中木质层板涂胶为单面涂胶量250g/m2，胶压时间为4.0h。弧形胶合木构件设计时的曲率半径为弧形胶合木构件设计曲率半径。
弧形胶合木构件的制备曲率半径即弧形胶合木构件制备时的曲率半径。
其中靠模是指将涂胶并组坯后的木质层板一次性地靠在预设的加工模具表面上，以形成弧形胶合木构件所需要的曲率半径。
其中加压是指在木质层板完成靠模工序后，沿与木质层板胶合面垂直的方向施加荷载，以确保木质层板和木质层板之间相互紧贴、形成胶接力。
其中卸压养护指木质层板在靠模和加压结束后，移至养护环境中，以使构件内部胶粘剂彻底固化的工序，同时，弧形胶合木构件形状基本回弹结束，达到与设计形状一致的目的。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为+5.37mm，形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
实施例2
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，步骤同实施例1包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护，这些工序均是在温度为18℃、相对湿度为70％的环境条件下完成。
花旗松弧形胶合木构件设计曲率半径为4800mm、弦长为5500mm、截面高度为260mm，木质层板数量为7层、每层厚度均为37.1mm，木材含水率为8％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件的制备曲率半径＝弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)＝4800mm×(1-1/7)＝4114mm
所述木质层板涂胶为单面涂胶量280g/m2，胶压时间为4.5h，弧形胶合木构件设计时的曲率半径为弧形胶合木构件设计曲率半径。
弧形胶合木构件的制备曲率半径即弧形胶合木构件制备时的曲率半径。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为+4.89mm，其形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
实施例3
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，步骤同实施例1包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护，这些工序均是在温度为20℃、相对湿度为85％的环境条件下完成。
南方松弧形胶合木构件设计曲率半径为5000mm、弦长为5800mm、截面高度为375mm，木质层板数量为10层、每层厚度均为37.5mm，木材含水率为15％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)+[弧形胶合木构件设计曲率半径-弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)]×0.15＝5000×(1-1/10)+[5000-5000×(1-1/10)]×0.15＝4500+500×0.15＝4575mm
所述木质层板涂胶为单面涂胶量320g/m2，胶压时间为6.0h。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为-4.35mm，其形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
实施例4
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，步骤同实施例1包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护，这些工序均是在温度为25℃、相对湿度为85％的环境条件下完成。
云杉弧形胶合木构件设计曲率半径为4500mm、弦长为4800mm、截面高度为300mm，木质层板数量为8层、每层厚度均为37.5mm，木材含水率为11％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)+[弧形胶合木构件设计曲率半径-弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)]×0.12＝4500×(1-1/8)+[4500-4500×(1-1/8)]×0.12＝3937+563×0.12＝4004mm
所述木质层板涂胶为单面涂胶量350g/m2，胶压时间为6.0h。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为+2.88mm，其形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
实施例5
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，步骤同实施例1包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序，四个工序均是在温度为15℃、相对湿度为50％的环境条件下完成。
欧洲赤松弧形胶合木构件设计曲率半径为24838mm、弦长为13024mm、截面高度500mm，木质层板数量为14层，木材含水率为9.5％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件的制备曲率半径＝弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)＝24838mm×(1-1/14)＝23063mm
所述木质层板涂胶为单面涂胶量300g/m2，胶压时间为5.0h。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为+6.01mm，其形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
实施例6
一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，步骤同实施例1包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序，四个工序均是在温度为22℃、相对湿度为85％的环境条件下完成。
花旗松弧形胶合木构件设计曲率半径为74713mm、弦长为18183mm、截面高度为1200mm，木质层板数量为31层、每层厚度均为38.7mm，木材含水率为12％，通过回弹变形补偿的方式，确定了弧形胶合木构件的制备曲率半径为：
弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)+[弧形胶合木构件设计曲率半径-弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)]×0.10＝74713×(1-1/31)+[74713-74713×(1-1/31)]×0.10＝72302+2411×0.10＝72543mm
所述木质层板涂胶为单面涂胶量300g/m2，胶压时间5.5h。
如图1所示：采用回弹变形补偿的方式，通过木质层板3的厚度和弧形胶合木构件设计曲率半径1，以及弧形胶合木构件制备时沿构件圆弧法线方向施加的压力4，最后得到弧形胶合木构件制备曲率半径2的弧形胶合木构件。
如图2所示，通过上述方法制备的弧形胶合木构件，沿弧形胶合木构件深加工路径5，进行深加工，得到制备完毕的弧形胶合木构件，如图3所示，通过测试，所制备的弧形胶合木构件的起拱误差为+8.15mm，形状误差完全满足国内外各类标准规范的要求和规定。
Claims (7)
1.一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：包括木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护：
根据木质层板数量、木材含水率和弧形胶合木构件设计曲率半径确定弧形胶合木构件的制备曲率半径：
将含水率处于6％～15％范围内的木材分为低含水率和中等含水率两类，上述低含水率为6％～10％，上述中等含水率为10％～15％，针对这两类不同含水率的木材，分别进行弧形胶合木构件的制备曲率半径的确定：
当木材含水率为低含水率时，弧形胶合木构件制备曲率半径为：
设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)
当含水率为中含水率时，弧形胶合木构件制备曲率半径为：
弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)+[弧形胶合木构件设计曲率半径-弧形胶合木构件设计曲率半径×(1-1/木质层板数量)]×(0.10～0.15)。
2.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述木质层板涂胶、靠模、加压和卸压养护四个工序，均是在温度在15℃以上、相对湿度在50～85％范围内的环境下制备。
3.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述木质层板涂胶为单面涂胶量不少于250g/m2，以保证木质层板间有足够的胶合强度；胶压时间不少于4h，以保证构件内部胶粘剂充分固化。
4.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述木质层板的数量不少于4层，以利于木质层板和木质层板之间具有较高的回弹变形相互抑制作用，保证弧形胶合木构件制备后形状的稳定。
5.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述靠模，是指将涂胶并组坯后的木质层板一次性地靠在预设的加工模具表面上，以形成弧形胶合木构件所需要的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述加压，是指在木质层板完成靠模工序后，沿与木质层板胶合面垂直的方向施加荷载，以确保木质层板和木质层板之间相互紧贴、形成胶接力。
7.根据权利要求1所述的一种形状回弹补偿的弧形胶合木构件制备方法，其特征在于：所述卸压养护，是指木质层板在靠模和加压结束后，移至养护环境中，以使构件内部胶粘剂彻底固化的工序，同时，弧形胶合木构件形状基本回弹结束，达到与设计形状一致的目的。
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