CN108748594A - 基于应力分布的局部增强型刨花板及其制备方法和覆面的剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于应力分布的局部增强型刨花板及其制备方法和覆面的剪力墙，属于刨花板剪力墙领域。刨花板包括增强区和非增强区，增强区设置在非增强区的两侧，且增强区的密度大于非增强区的密度。刨花板的制备方法，铺装工序中，在铺装板坯的两侧增加刨花，形成增强区，未增加刨花的板坯处形成非增强区。覆面的剪力墙，包括上述工艺制备的刨花板，将刨花板和墙骨架安装组合。本发明通过在刨花板两侧进行密度增强，显著提高刨花板的强度和应力承受能力，充分发挥板材性能，解决水平荷载作用下常规覆面板材应力分布不均匀而过早屈服的问题，从而提高木基结构板材剪力墙抗侧性能，设计合理，可操作性强。

Description

基于应力分布的局部增强型刨花板及其制备方法和覆面的剪 力墙

技术领域

本发明属于刨花板剪力墙领域，具体地说，涉及一种基于应力分布的局部增强型刨花板及其制备方法和覆面的剪力墙。

背景技术

在含有刨花板剪力墙的建筑中，该剪力墙由刨花板和规格材通过钉连接组成，并主要承担由地震作用或风荷载产生的水平力。当所承受的水平剪力较大时，常规的刨花板剪力墙的覆面板沿拼接处易产生错动和变形，并出现钉剪断、拔出等连接处的破坏现象，导致覆面板与墙骨柱分离，墙体结构失效从而失去承载能力。因此，常规刨花板剪力墙需要进一步提高抗侧力、延展性和刚度，其中，覆面板的抗剪能力起到了决定性作用。

在整个墙体受到侧向水平荷载的过程中，与框架和墙骨柱钉接的覆面板，在为墙骨柱提供侧向支撑的同时，又受到墙骨柱的约束与其共同工作，覆面板处在平面剪切应力状态。随着墙骨柱的倾斜，连接墙骨柱和覆面板的钉子周围的木纤维对面板钉的约束减弱，边角处钉节点发生剪切滑移。随着水平荷载逐渐增大，覆面板周边面板钉承受的剪力逐渐增大，钉子的剪切滑移也逐渐增大，每块覆面板绕各自的中心轴发生转动，但是，处于面板中心处的应力远小于边角处的应力，当边缘处面板发生破坏时，中心处的面板几乎没有任何损坏、其强度未能充分发挥。

目前，常规刨花板剪力墙通过改善结构构造等方式增加墙体强度，但是忽略了对覆面板板材更深一步的研究利用。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有剪力墙中覆面板受力不均导致的边角处等局部先一步破坏的问题，本发明提供一种基于应力分布的局部增强型刨花板及其制备方法和覆面的剪力墙。本发明的覆面板通过刨花板密度和强度的关系，从材料层面考虑，采用局部增强面板密度的方式，提高板材角部等易受损部位的力学性能，充分发挥板材性能，提高刨花板剪力墙整体抗侧强度，以保证结构的整体强度。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

基于应力分布的局部增强型刨花板，所述的刨花板在厚度相垂直的水平方向上包括增强区和非增强区，所述的增强区设置在所述的非增强区的两侧，且所述增强区的密度大于所述非增强区的密度，非增强区向增强区的密度渐进增加。

优选地，所述的增强区的密度为所述非增强区的1.1～1.7倍。

优选地，所述的增强区和非增强区的厚度相同。

基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，铺装工序中，在铺装板坯的两侧增加刨花，形成增强区，未增加刨花的板坯处形成非增强区。

优选地，所述增强区的宽度为板坯宽度的1/8～1/7。

优选地，所述增强区的刨花增加厚度沿非增强区向外侧渐进增加。

优选地，所述增强区的刨花渐进厚度斜面和所述非增强区所在平面之间的夹角为20°～40°。

优选地，在铺装工序之前还包括刨花制备工序和拌胶工序，铺装之后对板坯进行预压、热压和后处理。

优选地，在预压和热压工序中，所述增强区和所述非增强区采用相同的处理方法。

覆面的剪力墙，包括上述方法制备的刨花板，将所述刨花板和墙骨架安装组合。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明根据刨花板这种材料中其密度、强度和可承受应力之间的关系，从材料性能层面考虑，在刨花板的制备方法中，采用在刨花铺装板坯两侧进行刨花的增加的手段，热压后使得刨花板两侧形成一条隐形的高密度增强带，使得刨花板两侧四角可承受的应力大大提高；而使用这种刨花板制作的剪力墙体，即使墙体受到水平侧力的破坏，刨花板两侧也不会因四角连接处应力较大而过早屈服，显著提高了墙体强度；如果在刨花板的厚度垂直方向上进行设置高密度区域和普通密度区域，仍然解决不了上述应力问题；

(2)本发明从板材的材料力学角度考虑，通过在刨花板边缘易损处提高板材密度的方式来增强剪力墙的整体力学性能，填补了现有剪力墙增强技术中材料增强方面的空白，在原有板材的基础上，充分利用了材料性能，提高墙体的整体强度；

(3)本发明的一种基于应力分布的局部增强型刨花板，其增强区的密度为非增强区的1.1～1.7倍，使得刨花板达到局部增强的同时，节省了材料；

(4)本发明的基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，其中在铺装工序中，增强区的宽度为板坯宽度的1/8～1/7，增强宽度过小，不能达到增强需求，增强宽度若再增加，其中有效增强范围所占比例较小，不能达到材料的有效利用；

(5)本发明的基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，铺装时，增强区的刨花增加厚度沿非增强区向外侧渐进增加，使得增强区和非增强区交界处平滑过渡，密度逐渐增加，避免刨花板在压制成型后在密度突变处产生应力集中的现象；铺装过程中，保证增强区的刨花厚度渐进斜面和非增强区所在平面之间的夹角为20°～40°时，便可解决应力集中问题，设计合理，节省材料；

(6)本发明的基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，在铺装工序之前还包括刨花制备工序和拌胶工序，铺装之后对板坯进行预压、热压和后处理；在预压和热压工序中，增强区和非增强区采用相同的处理工艺，保证板材的平整度，可操作性强；

(7)本发明的覆面的剪力墙，采用局部增强型的刨花板和墙骨架进行安装组合而成，更加便于拆装，装配度更高，且局部增强型的刨花板使得墙体的整体强度显著提高，有效解决了现有墙体在受到侧力压迫时四周边缘易过早屈服的问题；

(8)本发明的增强手段相较于现有手段，并没有改变板材的主要制造参数，故无需额外增加设备、改变工艺等，因此成本可控且可行性更强，同时采用本发明的制备方法所制备板材强度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为传统刨花板制备方式示意图；

图2为水平力作用下剪力墙变形图；

图3为本发明局部增强型刨花板的制备方式示意图。

图中：1、增强区；2、非增强区；3、高应力区；4、低应力区；5、非增强型刨花板坯；6、非增强型刨花板；7、增强型刨花板坯；8、增强型刨花板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

如图3所示，一种基于应力分布的局部增强型刨花板，刨花板在厚度相垂直的水平方向上包括增强区1和非增强区2，增强区1设置在非增强区2的两侧，且增强区1的密度大于非增强区2的密度，非增强区2向增强区1的密度渐进增加。

如图2所示，常规刨花板材做的剪力墙在受到水平作用破坏时，板材角部因受力集中导致易破损、钉子易拔出或过早屈服等应力不均匀分布等情况，本实施例从材料层面考虑，通过在刨花板两侧密度进行增强，使得刨花板两侧的力学强度显著提高，进而保证了板材两侧的边角拥有更高的承受应力范围，增强两侧边缘部位的强度，以确保力能够从增强区1传递到非增强区2，这样就能够充分利用每一块区域板材的力学性能，解决了板材边角处易过早屈服的问题，同时避免了因局部破坏而导致剪力墙中部分钉连接在整体承担水平侧向力中贡献过小的问题。

实施例2

本实施例的刨花板，其结构和实施例1基本相同，更进一步的，本实施例的增强区1的密度为非增强区2的1.1～1.7倍。

具体的，本发明的增强区1的平均密度保持在0.70～0.85g/cm³范围内，非增强区2的密度范围为0.50～0.65g/cm³，既满足了密度增强后强度的要求，同时也节省了材料。虽然说根据密度和强度正比例关系，倘若简单的考虑无尽提高密度来增加强度，不但会加大制备方法的复杂程度和工料成本，在实际应用中也不能满足使用要求。从增强面积角度考虑，若仅仅考虑将整块板都增强可以提高板材强度，此时不但大大增加成本，而且板材的中心部位没达到充分利用。

实施例3

本发明的增强区1和非增强区2的划分基础来源于前期对刨花板的研究，如图2所示，在剪力墙受到水平侧力破坏时，覆面板的四角会和墙骨架之间产生钉子易拔出，相较于中间更容易破坏，通过有限元模拟很清楚的看到剪力墙在破坏过程中覆面板的应力分布，覆面板的四角为高应力区3，覆面板中间为低应力区4，这种应力的不均匀分布，导致覆面板边缘四角极易过早屈服。现有的增强手段没有从板材角度考虑，而板材强度与密度关系多在材性试验中研究较多。

本实施例的一种基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，铺装工序中，在铺装板坯的两侧增加刨花，形成增强区1，未增加刨花的板坯处形成非增强区2，本实施例主要是从材料层面解决结构方面的问题，如图3所示，增强型刨花板坯7的两侧增强区1相较于中间非增强区2的刨花厚度较高，且清楚的看到增强区1的刨花增加厚度沿非增强区2向外侧渐进增加，通过压制成型后得到增强型刨花板8，增强两侧边缘部位的强度，以确保力能够从增强区1传递到非增强区2，这样就能够充分利用每一块区域板材的力学性能，避免了刨花板在压制成型后在密度突变处产生应力集中的问题，同时也达到增强剪力墙整体强度的目的，且所制备板材强度也能满足国内外各类标准规范的要求和规定。

相较于图1常规刨花板的制备方式，增强型刨花板8与非增强型刨花板6在规格尺寸上没有太大差异，本实施例仅仅在非增强型刨花板坯5的基础上，在板坯的两侧进行了刨花铺装高度的渐进式增加，这种制备方法，没有改变板材的主要制造参数，故无需额外增加设备、改变工艺等，因此成本可控且可行性更强。

实施例4

本实施例刨花板的制备方法，工艺过程和实施例3基本相同，更具体的，本实施例的刨花板尺寸为1.22m×2.44m，铺装板坯时添加刨花的位置为板面受力两侧的边缘处，刨花添加宽度为板材宽度的1/8，增强区1的刨花渐进厚度斜面和非增强区2所在平面之间的夹角为20°，压制成型后刨花板增强区1平均密度为0.85g/cm³，非增强区2密度为0.5g/cm³。

按照常规技术方案，由五块9.5mm厚的刨花板、密度为0.5g/cm3组成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为53.62kN。

采用本实施例的制备方法，由五块9.5mm厚、非增强区2密度为0.5g/cm³以及增强区1密度为0.85g/cm³的刨花板，和墙骨架安装组合而成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为75.61kN，较常规方案剪力墙极限承载力提高了41％。

实施例5

本实施例刨花板的制备方法，工艺过程和实施例4基本相同，所不同的是，本实施例的刨花板尺寸为1.22m×2.44m，铺装板坯时添加刨花的位置为板面受力两侧的边缘处，刨花添加宽度为板材宽度的1/7，增强区1的刨花渐进厚度斜面和非增强区2所在平面之间的夹角为40°，压制成型后刨花板增强区1密度为0.85g/cm³，非增强区2密度为0.65g/cm³，增强区1和非增强区2的厚度相同。

按照常规技术方案，由五块9.5mm厚刨花板、密度为0.85g/cm3组成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为83.85kN。

采用本实施例的制备方法，由五块9.5mm厚，且其非增强区2密度为0.65g/cm3以及增强区1的密度为0.85g/cm3的刨花板，和墙骨架安装组合而成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为86.86kN，较常规方案剪力墙极限承载力略高，同时常规面板密度是0.85g/cm3，而改进后的非增强区2密度是0.65g/cm3，边缘的增强区1是0.85g/cm3，达到同等水平的承载力本实施例的刨花板使得原材料节省了24％。

实施例6

基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，铺装工序中，在铺装板坯的两侧增加刨花，形成增强区1，未增加刨花的板坯处形成非增强区2。根据水平荷载作用下剪力墙覆面板应力分布计算结果，刨花板制造过程中，在板材边角易损处配置更多的材料，从而增加板坯厚度，在保持板材成品厚度不变的条件下，提高边角的局部密度，形成一条隐式增强条带。本实施例在铺装工序之前还包括刨花制备工序和拌胶工序，铺装之后对板坯进行预压、热压和后处理。

为了保证板材的平整度，实现更高的可操作性，在预压和热压工序中，增强区1和非增强区2采用相同的处理工艺。在预压工序中工艺条件均为：P＝10～20MPa；t＝10～25s。在热压工序中工艺条件均为：T＝140～160℃；P＝1.2～4.0Mp；t＝30～50s。

本实施例的刨花板尺寸为1.22m×2.44m，铺装板坯时添加刨花的位置为板面受力两侧的边缘处，刨花添加宽度为板材宽度的2/15，增强区1的刨花渐进厚度斜面和非增强区2所在平面之间的夹角为30°，压制成型后刨花板增强区1密度为0.7g/cm³，非增强区2密度为0.65g/cm³。

按照常规技术方案，由五块9.5mm厚刨花板、密度为0.65g/cm3组成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为67.33kN。

采用本实施例的制备方法，由五块9.5mm厚、非增强区2密度为0.65g/cm³以及增强区1密度为0.7g/cm³的刨花板，和墙骨架安装组合而成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为80.79kN，较常规方案剪力墙极限承载力提高了19.9％。

实施例7

本实施例刨花板的制备方法，工艺过程和实施例6基本相同，所不同的是，本实施例的刨花板尺寸为1.22m×2.44m，铺装板坯时添加刨花的位置为板面受力两侧的边缘处，刨花添加宽度为板材宽度的1/7，增强区1的刨花渐进厚度斜面和非增强区2所在平面之间的夹角为30°，压制成型后刨花板增强区1密度为0.85g/cm³，非增强区2密度为0.65g/cm³。

按照常规技术方案，由五块9.5mm厚刨花板、密度为0.5g/cm3组成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为53.62kN。

采用本实施例的制备方法，由五块9.5mm厚、非增强区2密度为0.65g/cm³以及增强区1密度为0.85g/cm³的刨花板，和墙骨架安装组合而成的尺寸为6m×2.4m的剪力墙的极限承载力为86.86kN，较常规方案剪力墙极限承载力提高了62％。

Claims (10)

1.基于应力分布的局部增强型刨花板，其特征在于：所述的刨花板在厚度相垂直的水平方向上包括增强区(1)和非增强区(2)，所述的增强区(1)设置在所述的非增强区(2)的两侧，且所述增强区(1)的密度大于所述非增强区(2)的密度，非增强区(2)向增强区(1)的密度渐进增加。

2.根据权利要求1所述的刨花板，其特征在于：所述的增强区(1)的密度为所述非增强区(2)的1.1～1.7倍。

3.根据权利要求1所述的刨花板，其特征在于：所述的增强区(1)和非增强区(2)的厚度相同。

4.基于应力分布的局部增强型刨花板的制备方法，其特征在于：铺装工序中，在铺装板坯的两侧增加刨花，形成增强区(1)，未增加刨花的板坯处形成非增强区(2)。

5.根据权利要求4所述的刨花板的制备方法，其特征在于：所述增强区(1)的宽度为板坯宽度的1/8～1/7。

6.根据权利要求4或5所述的刨花板的制备方法，其特征在于：所述增强区(1)的刨花增加厚度沿非增强区(2)向外侧渐进增加。

7.根据权利要求4所述的刨花板的制备方法，其特征在于：所述增强区(1)的刨花渐进厚度斜面和所述非增强区(2)所在平面之间的夹角为20°～40°。

8.根据权利要求4所述的刨花板的制备方法，其特征在于：在铺装工序之前还包括刨花制备工序和拌胶工序，铺装之后对板坯进行预压、热压和后处理。

9.根据权利要求8所述的刨花板的制备方法，其特征在于：在预压和热压工序中，所述增强区(1)和所述非增强区(2)采用相同的处理方法。

10.覆面的剪力墙，其特征在于：包括权利要求4-9任意一项方法制备的刨花板，将所述刨花板和墙骨架安装组合。