旋切板胶合木的受力性能研究综述

旋切板胶合木（又称单板层积材，Laminated Veneer Lumber，简称LVL）自20世纪70年代起源于北美，随后在北美、欧洲得到广泛应用。 LVL是由一定厚度（3~6?mm）的单板沿一定纹理方向层积组坯，通过耐候胶粘剂热压胶合而成的工程木产品。

欧洲根据单板的组坯方式将LVL分为LVL-P和LVL-C两种，其中，LVL-P的单板均以顺纹组坯，而LVL-C中约20%的单板以横向组坯。

在未特别说明的情况下，LVL一般指LVL-P。LVL-C是一种正交胶合的面板产品，其顺纹强度和刚度比LVL-P低一些，但由于一部分单板横向组坯，因此也具有一定的横向强度、刚度、连接延性和尺寸稳定性。

与正交胶合木（CLT）、层板胶合木（Glulam）等工程木相比，LVL的尺寸不受原材料尺寸限制，可充分且高效地利用小径级材和短小材，以满足结构的强度和刚度需要。

与实木相比，LVL生产过程中可有效去除木材天然缺陷，具有材质均匀、强度高、尺寸稳定性好等优点，能满足木结构、桥梁等工程领域的建设要求。

此外，LVL的预制化程度高，易于钻孔、切割和安装等后期加工处理，可用于现代装配式木结构建筑。

目前，在国外LVL已广泛应用于木结构的墙体、楼（屋）盖等，也可用作梁柱结构中的梁和柱构件，有些情况下也用作椽条、檩条、搁栅、过梁等。LVL-C因其组坯结构的特殊性，被用于多层木结构建筑中电梯井、承重墙、楼面板等对强度、刚度要求较高的板状构件。

国内LVL常以杨木、杉木等人工林速生材为原材料，其原材料具有材质松软、强度低、尺寸稳定性差等缺点，但利用小径级速生材生产的LVL可有效用作建筑结构材，实现劣材优用、小材大用，同时对缓解我国森林资源匮乏、木材短缺现状也具有重要意义。

作为工程木产品，LVL生产成本比锯材高，但因其产品物理、力学性能较好，不仅可高效利用速生材、小径级材和短小材，在同等结构力学性能需求下，LVL构件的截面尺寸可比锯材构件小。

目前，国内LVL主要应用于家具、包装等非结构应用领域，而在土木工程中的相关研究和应用较少，基础理论与试验数据相对缺乏。

鉴于此，本文从材料、构件、连接等方面阐述近年来国内外在LVL方面的研究状况及取得的一系列成果，以期为进一步研究提出建议。

1??材料性能研究

在LVL的生产工艺中，原材料、单板规格与组坯方式、热压胶合及后期处理工序等对LVL的力学和胶合性均有较大影响，国内外学者对此展开研究，基于理论、试验及数值研究对LVL的强度特性进行了评价，并考虑了不同材料、单板厚度、缺陷分布、组坯工艺、胶合工艺、后期浸渍处理、加强方法等因素的影响程度。

国内学者对LVL的研究主要聚焦于材料强度、刚度评价及强度影响因素分析等方面，包括LVL的力学评价指标确定、弹性模量理论分析、材料细部结构与强度相关性等。关于LVL力学性能指标方面，王春明等对国产杨木LVL的顺纹平行/垂直抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗拉强度、顺纹平行抗剪强度、顺纹抗压强度、横纹垂直抗压强度进行了研究。张冬梅等采用足尺测试方法测定杨木LVL的力学性能特征值，分析了不同生产工艺、不同受力方向以及不同规格尺寸的杨木LVL力学性能特征值的差异性。在材料性能影响因素方面，叶雨静等研究了不同单板厚度对柚木LVL力学性能的影响，发现随着单板厚度增加，LVL的静曲强度与弹性模量显著减小。而有学者则考虑不同木材改性处理如浸渍防腐的影响，发现改性处理的LVL强度显著提高。此外，还考虑了将玻璃纤维植入木单板中、竹木单板复合LVL等，以提高材料强度。

国外相关学者考虑了不同加载角度对LVL强度的影响，建立了理论计算模型，提出如抗压强度预测方法，并对开裂特性进行了研究。在LVL强度理论计算和数值分析方面，Oh利用汉金森公式、最大应力理论、蔡–希尔理论和双曲线公式（修正后的汉金森公式）4种理论破坏准则，通过单轴拉伸试验评估了不同纤维角度下LVL的强度。Gilbert将经典的弹塑性方法与木单板的概率强度预测模型相结合，提出了数值预测单板结构产品的抗压强度的方法，并通过LVL抗压试验验证了预测方法的可行性。此外，除考虑不同的单板厚度、组坯方向、胶合工艺、材料改性、浸渍处理、纤维增强和复合材料等因素影响，还对胶粘剂种类、加工工艺、缺陷分布等因素进行了一系列研究。例如Shukla和Kamdem研究了单组分聚氨酯、三聚氰胺脲醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等4种胶粘剂对黄杨LVL力学性能的影响，发现单组分聚氨酯胶合的LVL性能优于热固性胶粘剂。Purba等研究了单板厚度和木节比例对次生硬木LVL力学性能的影响，发现3?mm厚单板制成的LVL力学性能较好，且单板中木节比例的增加会降低LVL的弹性模量和抗弯强度。

目前，国内外关于LVL-C的相关研究较少，李文玲等考虑了纵横向混合组坯方式对杨木LVL力学性能的影响，发现随横向层增加其顺纹方向的弹性模量下降，静曲强度减小，但适当增加横纹层可提高LVL抗拉强度。Nguyen等采用遗传算法对硬木和软木混合组坯的LVL-C的目标刚度和销槽承压强度进行了优化。Nguyen等还采用半孔法测试了混合树种LVL和LVL-C的销槽承压强度，发现混合树种LVL和LVL-C比单一树种LVL具有更高的销槽承压强度，且LVL-C的延性均高于LVL。

2??构件性能研究

2.1??梁和柱

在实际工程中，LVL常用作梁构件仅少数用作柱构件。国内学者在LVL梁的抗弯、蠕变性能和LVL柱的抗压性能等方面开展研究，杨会峰和刘伟庆分析了单板厚度与荷载作用方向（平行和垂直于板宽面）对杨木LVL抗弯性能的影响，利用极限应变法建立了LVL受弯构件的计算模型，其模拟结果与试验结果较吻合。贾娜研究桦木和椴木两种LVL的弯曲蠕变特性，建立了不同应力水平下LVL的伯格斯（Burgers）模型，并对模型进行了优化，以预测长期载荷下的蠕变变形。

LVL用作柱时，常需考虑其轴心受压、偏心受压情况下的屈曲问题。周超研究不同长细比的偏心受压LVL柱的受力特性和稳定性，并与轴心受压LVL柱、偏心受压原木柱的承载力进行对比分析，基于试验结果推导出了偏心受压LVL柱的承载力计算公式。

梁构件常需开孔洞、槽口以满足管线排布的需 要，而大开口易导致梁构件局部应力集中，尤其是木材的横纹抗拉强度较低易产生受拉裂缝，而孔洞周围的裂缝扩展将会大幅降低梁的承载力。

鉴于此，国外有学者对带孔LVL梁进行了一系列研究，并考虑采用局部加强方式来防止孔洞周围裂缝的形成和扩展。

在LVL构件性能提升方面，常通过纤维材料、复合材料等提高LVL梁的受力性能。李世宏等采用碳纤维布（CFRP）加强速生杨木LVL梁，通过试验分析优选合理的梁截面形式，发现CFRP增强的LVL梁的承载力、刚度显著提高。

考虑不同CFRP类型、布置位置及碳纤维纹理方向对LVL梁的抗弯性能、延性、刚度和极限承载力的影响，Globa等发现单向CFRP以U形包裹梁的受拉侧，其承载力提高25%，刚度提高20%，延性提高30%；将单向和双向CFRP用于梁柱节点，可实现结构连续性。

为优化LVL充分发挥应用材料强度，常将LVL构件与预应力技术相结合，并对预应力LVL的刚度和承载力进行了一系列研究。Davies和Fragiacomo在辐射松LVL梁中布置了无粘结预应力筋，通过测试得到预应力损失趋势，并考虑蠕变、木材热湿应变、钢腱松弛等因素影响，提出了正常使用状态下的预应力损失评估公式。Granello等在不受控制的环境条件下，对无粘结预应力LVL梁的长期性能进行研究，考虑不同的加载条件，发现加载和未加载条件下预应力LVL梁的预应力损失分别为3.4%和4.5%。van Beerschoten等研究大跨度预应力LVL梁的抗弯性能，考虑粘结筋与无粘结筋的不同状况，提出了预应力梁静态响应的分析模型，发现在极限承载状态下，设计施加初始预应力910?kN，LVL梁的承载力可提高56%。

2.2??墙体

LVL墙体根据形式一般分为木骨架组合墙和面板墙2种。

2.2.1??LVL木骨架组合墙

LVL木骨架组合墙是将LVL替代轻型木骨架组合墙中的规格材墙骨柱，与水泥纤维板、定向刨花板（OSB）等覆面材料组合构成的墙体，有学者针对墙骨柱和覆面板的材料应用、节点连接等方面开展研究。

考虑到LVL在我国相关研究尚处于起步阶段，宋亚磊 对LVL墙骨柱与OSB覆面板的钉连接进行研究，并对OSB覆面的LVL框架墙开展抗侧研究，发现LVL墙骨柱在荷载作用下未发生破坏，可有效替代规格材做轻型木剪力墙中的墙骨柱。Hassanieh和Valipour对OSB覆面的LVL木骨架组合墙进行抗侧试验，分析了OSB面板厚度、钉长度、边距等因素的影响。

2.2.2??LVL面板墙

LVL面板墙是考虑结构复合材的材料特性，直接将大幅面LVL板材用作墙面板，面板间通过连接件连接形成的整个墙体。LVL面板用作剪力墙时常与预应力技术相结合，以充分发挥LVL强度优势。Sarti考虑了耗能件和预应力筋配置对预应力LVL墙的影响，强调耗能连接细节对结构抗震的显著影响。

为提高LVL墙体的抗侧性能和耗能水平，常考虑对相邻墙体水平连接节点进行设计。Iqbal等考虑将胶合板用于相邻LVL墙面板连接，考虑不同钉间距和布置对耗能的影响，发现耗能主要通过钉屈服实现，结构整体并未发生破坏。

此外，还考虑将耗能件用于相邻墙体水平连接、墙体底部连接以实现结构的自复位。UFP耗能件被设计用于预应力LVL墙面板结构连接，进一步证实了UFP的耗能特性，将其与预应力技术相结合，可实现理想的自复位特性。

尼尔森马尔伯勒理工学院的艺术与传媒大楼，采用预应力LVL双剪力墙和U形耗能件连接构成的抗震系统，经Darfield地震检验，发现可经济有效地实现建筑功能。Hashemi等提出钢木复合结构抗震系统，将弹性滑动摩擦连接件（RSFJ）和钢剪切键应用于LVL墙面板中，提供了足够的延性和耗能。Connolly等还研究了LVL核心筒附加C形木墙替代UBC高层木结构建筑中混凝土核心筒的可行性，发现调整核心筒的构造和厚度，采用重型木核心筒结构可满足结构抗震和抗风要求，且带有C形墙的LVL核心筒结构可减少建筑扭曲并优化截面的力学性能。

2.3??楼（屋）盖

相关学者对常见的LVL-混凝土复合楼盖结构，连接、抗弯、剪力传递等性能进行了一系列研究。LVL用作梁构件时，常与混凝土板组合构成复合楼盖结构。

关于LVL-混凝土复合梁的研究相对较多，主要考虑不同槽口形状连接对抗弯和抗剪性能的影响，并分析复合梁在短期、长期荷载作用下的响应。Deam等对大跨LVL-混凝土复合梁的刚度和强度进行研究，考虑了预应力筋和剪切连接，发现预应力筋对梁的刚度和强度几乎无影响，但是可减小由永久荷载引起的挠曲。

3??连接性能研究

LVL结构连接方式主要包括销钉连接、螺钉连接、螺栓连接等。LVL采用销钉连接，当销钉间距满足设计要求时，结构连接具有很好的延性和较高的销槽承压强度，Ottenhaus等通过单调和循环加载测试，发现LVL销钉连接表现为延性响应到脆性破坏的破坏模式。

现代木结构中钢构件与钢连接件已得到广泛应用，LVL-钢的连接一般有螺钉、螺栓等方式，主要考虑连接件的类型、数量、布置方式等因素对连接性能的影响。Hassanieh等基于有限元模型对LVL-钢的螺钉连接和高强螺栓连接性能进行研究，通过试验验证了数值模型的准确性，并通过参数分析了紧固件长度、屈服强度、高强螺栓摩擦系数和预应力等因素的影响。Bradford等考虑齿板–螺钉连接、螺钉连接、高强螺栓连接和胶合螺钉连接等4种连接方式，对LVL-钢板连接的荷载–位移关系进行分析，总结了不同连接节点在拉伸、剪切作用下的常见破坏模式，发现齿板可有效加固木材，提高连接刚度。

近几年，LVL结构连接的相关研究更多聚焦于新型连接件等方面，主要考虑了节点的耗能连接，如预应力LVL梁柱结构中应用耗能件、LVL墙面板结构连接中布置预应力筋、摩擦耗能件、U形耗能件等。Iqbal等对预应力LVL梁柱结构连接进行抗震试验和数值研究，在梁柱连接中设置耗能件，并考虑钢板和长螺钉加强的影响，发现附加钢板提高了柱的横纹刚度并减小变形，从而减少了结构中预应力损失，钢板和长螺钉的组合可有效减少连接剪力板变形，从而保护连接区域。Hashemi等发现将RSFJ用于LVL柱脚连接具有较好的耗能和自复位特性。

4??结束语

作为一种建筑结构，LVL尺寸不受原材料限制，且具有尺寸稳定性好，易于加工和后期处理、预制化程度高等优点，近年来在国内倍受关注。

目前，LVL在北美、欧洲工程中应用广泛，且材料与结构应用体系较为完善，国外相关学者对其材料、构件、连接等也展开了一系列研究；国内对LVL的研究多聚焦于材料特性方面，有少数学者对国产意杨LVL梁、柱、墙体及其节点连接的力学性能进行了研究。

针对目前我国对结构LVL的相关研究和应用工作有限、基础理论与试验数据缺乏等现状，本文对国内外LVL的研究与发展现状进行了总结，从材料、构件、连接等方面进行了阐述，概括了相关研究热点与成果。为扩大国内结构LVL的工程应用，适应我国结构工程领域发展需求，建议在以下几方面开展进一步研究。

（1）在材料方面，应发展国内结构LVL材料，明确相关材料特性和强度指标，完善国内结构LVL材料的力学评价方法和工程应用体系。

（2）在构件方面，应进一步研究LVL在受弯、受压构件方面的适用性，完善相关构件承载性能确定与评估方法，并确定有效的构件加强方法及其加强程度。

（3）在连接方面，应发展适用LVL结构的连接技术，且有待通过节点连接设计，进一步研究LVL的结构适用性。