层板销接木性能研究进展

付海燕，何敏娟; FU Haiyan; HE Minjuan

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摘要

层板销接木（DLT）是仅由木销和层板组成的一种无胶无钉、近似全实木的工程木产品，可用于制作梁、墙体和楼板，具有用材经济、绿色低碳和预制化程度高等特点. 从构造和分类两方面对DLT进行简要概述，系统梳理了近些年DLT在木销、木销节点及构件方面的性能研究成果，包括木销-层板销槽承压性能、木销节点抗剪性能、DLT木梁抗弯性能及DLT板振动特性等. 在此基础上，介绍了DLT在性能研究中存在的不足，并提出了DLT研究亟需解决的关键问题.

关键词

层板销接木; 木销; 构造; 节点性能; 构件性能

随着全球环境资源问题的凸显，中国推出了“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的“3060”战略目标，绿色低碳发展越来越成为主流.而建筑行业，尤其是建筑材料在能源消耗和废弃物排放方面对环境产生较大程度的负面影响.因此，建筑材料的低碳发展和绿色转型已经成为实现双碳目标的关键之一.

木材具有绿色节能、资源可再生等优点，是一种具有固碳能力的建材，在可持续发展的环境下具有显著优势. 此外，城市人口密度持续增长推动了多高层建筑的快速发展^［

1］，从而对木材的应用已不仅仅局限于非结构用材. 近年来，与木材有关的工程材料技术取得较大进展，如研发了胶合木^{［参考文献 2‑3}2‑3］、层板钉接木^{［参考文献 4

百度学术}4］等工程木产品，以及竹木-钢材^{［参考文献 5

百度学术}5］、竹木-混凝土^{［参考文献 6

百度学术}6］等混合竹木产品.

层板销接木（dowel laminated timber，DLT）是层板通过木销连接组合而成的一种结构用工程木产品. 此概念最早在20世纪70年代提出，近些年由于石材、钢材等资源减少，以及当前低碳政策的推广，DLT得到较多研究和应用.一方面，DLT基本属于全实木产品，除了在层板接长时使用少量胶黏剂外，层板和木销均采用木材；另一方面，DLT板材可以根据使用目标进行定制，预制化程度较高. DLT具有绿色节能、可持续性等优势，其结构简单，构造灵活，加工高效，可应用范围广泛.

基于此，本文首先简要概述了DLT的基本构造和分类；然后，系统梳理了DLT在木销、木销节点及构件方面的性能研究成果，包括木销力学性能、木销-层板销槽承压性能、木销节点抗剪性能、DLT木梁抗弯性能、DLT板抗弯性能和振动特性；最后，介绍了DLT在性能研究中存在的不足，同时提出了DLT研究中亟需解决的关键问题.

1 DLT概述

1.1 DLT基本构造

DLT是一种将层板宽面通过侧面拼接、层板组合采用销连接的工程木产品，示意图见图1. 目前DLT产品中的层板通常使用厚度为20~38 mm，宽度为89~140 mm的规格材（如冷杉、云杉等），含水率（质量分数）在19%以下；销通常为高密度木材（如橡木、榉木等），直径一般为10~19 mm，含水率为6%~8%^［

7‑8］. 近些年，由于压缩木材（表1^{［参考文献 9‑11}9‑11］）和竹材在性能研究方面取得了一些进展，有部分学者采用压缩木销和竹销来连接DLT^{［参考文献 12‑13}12‑13］，但研究成果尚未投入应用.

图1 层板销接木

Fig.1 Dowel laminated timber

表1 部分木材压缩处理前后力学性能对比

Table 1 Comparison of mechanical properties of part wood species before and after compression treatment

Object	Method	Before modification			After modification
Object	Method	ρ/(g·cm^-3)	σ_m/MPa	E/GPa	ρ/(g·cm^-3)	σ_m/MPa	E/GPa
Populus euramericana^{[参考文献 9 百度学术}9]	Hot‑humidity compression^①	0.478	57.7	5.4	0.738	126.0	10.8
Cunninghamia lanceolata^{[参考文献 10 百度学术}10]	Hot compression^②	0.362	74.3	8.2	0.692	137.0	20.7
Picea sitchensis car^{[参考文献 11 百度学术}11]	Hot compression^③	0.458	90.0	14.0	0.606-0.800	96.0-115.0	25.0-31.0

Note： 1： ①The compressed wood was first softened by steam at 130 ℃ for 40 to 80 min. Then the fixed compression molding process， control temperature of 100 ℃， unit pressure 5 MPa， and compression rate of 50%； Finally， the heat treatment was carried out at 180 ℃， maintained for 40 min， and then forced cooling. ②The optimal process conditions were the compression rate controlled at 50%-60%， compression time at 20-30 min， and hot pressing temperature at 180-200 ℃. ③The compression treatment was first soaked in water at 20 ℃ for 2 days. Then the fixed compression molding process， control temperature 180 ℃， compression rate of 33%-67%.2： ρ is the density； σ_mis the bending strength； E is the flexural elastic modulus.

DLT加工过程中，在木销插入层板之前，需要于层板相应位置预钻孔. 预钻孔直径主要由销连接工作原理和加工工艺决定，通常预钻孔直径比木销直径小0~1.5 mm^［

14］. 图2为木销排列方式.由图2可见：木销可以一次性穿透7~10块层板；DLT中木销排数一般是1~2排，排列方式主要为并列和错列. 在实际工程中，为避免木销因长期效应偏离所在轴线，通过改变木销插入角度和方式来提高板材长期性能，比如调整木销与层板之间的夹角（V‑DLT）^{［参考文献 10

百度学术}10］或改变相邻木销的插入方向（W‑DLT）^{［参考文献 8

百度学术}8］等，如图3所示.

图2 木销排列方式

Fig.2 Dowel arrangement

图3 V‑DLT或W‑DLT示意图

Fig.3 Sketch map of V‑DLT or W‑DLT

根据木材的生物质性和干缩湿胀性，DLT销连接系统的工作原理主要分为2种：一种是将木销固定在钻头上，在高速旋转条件下，利用木销中的非晶体聚合物（如木质素）或者涂抹在木销外层的热熔胶受热软化，对层板和木销进行连接组合^［

15‑16］；另一种是利用木材含水率平衡和其自身的吸湿膨胀性能^{［参考文献 17‑18}17‑18］，通过使用含水率明显低于层板的高密度木销（通常干燥率为5%~8%）与层板（通常干燥率为12%~15%，不超过19%）进行组装，组装后的DLT为达到含水率平衡，木销湿涨且层板干缩，紧密结合后形成一个整体体系. 然而，由于木材的各向异性，因含水率变化而发生干缩湿胀时各方向的尺寸变化并不均匀. 因此，若采用第2种工作原理进行销连接，在加工上需要特别注意预钻孔与木销之间的直径差^{［参考文献 19

百度学术}19］，比如为保证销连接性能，在确保可加工的情况下，层板上的预钻孔直径仍需小于干燥后的木销直径. 关于直径差的具体数值，需要基于实际使用的木材种类、直径等，根据预试验或预加工进行确定.

1.2 DLT分类

在结构工程中，DLT常用做梁、墙体、楼面板和屋面板等. 图4显示，DLT有2种基本形式，分别是水平DLT和垂直DLT. 由图4可见：水平DLT中木销沿层板宽度方向进行连接，构件宽度由层板数量决定，多用于墙体、楼面板和屋面板^［

19］；垂直DLT中木销沿层板厚度方向进行连接，构件厚度尺寸较灵活、但宽度受层板截面高度限制，工程中主要用于制作梁^{［参考文献 15

百度学术}15］.

图4 DLT基本形式

Fig.4 Basic form of DLT

DLT木销和层板的布置可根据用途和设计要求进行调整. 层板正交销接木（dowel cross laminated timber，DCLT）是一种DLT木销连接与层板正交组坯（cross laminated timber，CLT）相结合的结构材，示意图见图5^［

18］，其通过正交组坯的方式减小因层板变形所造成的层间隙，进而增强板材变形稳定性. 此外，DLT还可以与其他材料（如混凝土）叠合形成组合楼板，以增强板材结构刚度和减小板材振动，如图6所示^{［参考文献 8

百度学术}8］.

图5 层板正交销接木结构

Fig.5 Structure of dowel cross laminated timber^［

18］

图6 DLT‑混凝土结构

Fig.6 DLT‑concrete structure^［

8］

图7为层板构造. DLT的形状规格灵活，可以通过改变层板表面形式来增加板材的附属功能. 比如，通过加工槽口和切口、或安装吸声材料等来提高板材的声学性能（图7（a）^［

20］）；或通过使用不同截面高度的层板来形成层板间的凹槽，便于安装线管等（图7（b）^{［参考文献 20

百度学术}20］）.

图7 层板构造

Fig.7 Detail construction of laminate

2 木销及木销节点性能研究

木销连接是DLT的连接方式，对DLT物理力学性能有重要影响. 木销的抗剪强度、抗拔强度、抗弯强度，以及销槽承压强度是木销节点的重要评价指标. 以下将从木销力学性能、木销-层板销槽承压性能及木销节点抗剪性能3方面进行阐述.

2.1 木销力学性能

木销作为层板连接的紧固件，主要承受剪力、弯矩和压力3种荷载. 木销双剪节点破坏模式见图8. 由图8可见：（1）欧洲木结构设计规范^［

21］给出了4种销连接破坏模式（Ⅰ_m/Ⅰ_s/Ⅲ_s/Ⅳ），其中Ⅰ_m和Ⅰ_s破坏模式分别是中间层板和两侧层板上的销槽应力达到销槽承压强度后发生的受压破坏，销钉无明显损伤；Ⅲ_s破坏模式是销钉在中间层板中受弯，产生1个塑性铰所发生的屈服破坏；Ⅳ破坏模式是销钉在两侧和中间层板中分别受弯，共产生3个塑性铰所发生的屈服破坏.（2）Miller等^{［参考文献 22

百度学术}22］对销连接破坏模式进行了补充，提出了第5种破坏模式（Ⅴ），即“有效剪切”破坏模式. 研究发现，DLT中使用的高密度木销在承受剪力、弯矩和压力3种荷载的合力作用下，易发生剪切破坏模式^{［参考文献 23

百度学术}23］. 王必林^{［参考文献 24

百度学术}24］采用直径12 mm的压缩杨木销，设置0、6、12、18 mm的剪切跨度，探究了木销有效剪切强度与剪切跨距之间的关系，结果表明，随着剪切跨度的增大，木销的有效剪切强度逐渐下降. 同时还提出了用于预测不同剪切跨度下压缩木销横纹抗剪强度的计算表达式^{［参考文献 24

百度学术}24］：

f_{y, v} = 1.02 E [0.65 {(\frac{s}{d})}^{2} - 2.54 (\frac{s}{d}) + 3.95]

（1）

式中：f _y，v为木销有效剪切强度，MPa；E为抗弯弹性模量，MPa；s为木销剪切跨度，mm；d为木销直径，mm.

图8 木销双剪节点破坏模式

Fig.8 Failure mode of double‑shear joints^［

21‑22］

由于节点破坏过程中木销主要有拔出和断裂2种破坏模式^［

25］，因此，木销抗拔性能和抗弯性能对木销节点力学性能有重要影响. 研究表明：木销的抗拔性能与其插入方向^{［参考文献 26

百度学术}26］、预钻孔深度^{［参考文献 27

百度学术}27］、加工工艺^{［参考文献 28

百度学术}28］、木销种类^{［参考文献 29

百度学术}29］，以及木销直径与预钻孔直径比值^{［参考文献 30

百度学术}30］等变量有关. 文献中木销抗拔性能试验结果对比见表2. 选择高密度木销或通过加工处理提高木销密度、增加木销插入深度、设计木销插入层板方向为垂直于木纹等，均可以提高木销的抗拔性能.

表2 文献中木销抗拔性能试验结果对比

Table 2 Pullout resistances of dowel from the experimental results in literature

Resource	Dowel material	Laminate material	Insertion depth/mm	Dowel‑hole diameter ratio	Processing method	Insertion direction	Pullout resistance/kN	Pullout strength/MPa
Ref.[26]	Beech	Beech	30	10/8	Rotary welding	⊥	1.89
Ref.[26]	Beech	Beech	30	10/8	Rotary welding	∥	1.44
Ref.[27]	Densified poplar	Pinus sylvestris glulam	36	12/9	Rotary welding	∥	1.77
Ref.[27]	Densified poplar	Pinus sylvestris glulam	72	12/9	Rotary welding	∥	2.59
Ref.[28]	Bamboo	Beech	20	10/10	Gluing	⊥		4.08
Ref.[28]	Bamboo	Beech	20	10/9	Rotary welding	⊥		4.44
Ref.[29]	Densified poplar	Scots pine	48	12/9	Rotary welding	∥	3.47
Ref.[29]	Natural poplar	Scots pine	48	12/9	Rotary welding	∥	0.39
Ref.[30]	Bamboo	Beech	38	10/7	Rotary welding	⊥	2.97
Ref.[30]	Bamboo	Beech	38	10/9	Rotary welding	⊥	3.38

Note： ∥—Parallel to the direction of wood grain； ⊥—Vertical to the wood grain direction.

针对木销抗弯性能的研究较少，主要作为材料参数，用于计算节点承载力. Ioana等^［

31］为探究节点力学性能，对12 mm巴西红檀（manilkara spp）木销进行了弯曲试验，测得其抗弯屈服承载力为1.78 kN、抗弯屈服弯矩为40.05 kN·mm，其性能显著优于贾贺然等^{［参考文献 14

百度学术}14］研究得到的12 mm榉木销的抗弯性能（抗弯屈服承载力0.52 kN、抗弯屈服弯矩17.84 kN·mm）. 这表明，当直径相同时，木销密度越大，木销的抗弯屈服承载力和抗弯屈服弯矩也越大（巴西红檀和榉木销密度分别为1.127 g/cm³和0.711 g/cm³）.

2.2 木销-层板销槽承压性能

欧洲屈服理论模式（European yield model，EYM）中有2种木销连接延性破坏模式，分别为层板销槽承压屈服（Ⅰ_m和Ⅰ_s）、木销和层板销槽承压同时屈服（Ⅲ_s和Ⅳ）. 木销连接的力学性能主要受层板销槽承压强度与销钉的抗弯承载力影响^［

32］. 销槽承压强度是欧洲屈服理论模式中的重要参数之一，也是评价层板销连接承载力的技术指标之一^{［参考文献 33‑34}33‑34］. 当前销槽承压研究多为钢销-层板^{［参考文献 35‑36}35‑36］，木销-层板销槽承压研究较少. 王必林^{［参考文献 24

百度学术}24］采用半孔试验法对压缩杨木销-樟子松胶合木层板进行了顺纹和横纹销槽承压试验，结果表明：压缩木销-胶合木层板顺纹和横纹销槽承压强度分别为29.37~36.30 MPa和16.59~19.54 MPa，顺纹销槽承压强度明显优于横纹；欧洲木结构规范BS EN383《Determination of embedding strength and foundation values for dowel type fasteners》和美国木结构规范ASTMD 5764‑97a（2013）《Standard test method for evaluating dowel‑bearing strength of wood and wood‑based products》均能较为准确地预测压缩木销-胶合木层板的顺纹销槽承压强度（绝对误差积分分别5.15%和8.52%），而对于横纹销槽承压强度存在较大预测误差（绝对误差积分分别19.92%和27.25%）.

研究发现，层板种类对木销-层板销槽承压性能有一定影响. Ioana等^［

31］采用12 mm巴西红檀木销分别与云杉、云杉制CLT和栗木层板组合，并进行顺纹销槽承压试验，得到3种木销-层板销槽承压强度值，分别为11.3、11.9、12.7 MPa. 层板密度由大到小为栗木、云杉制CLT和云杉，表明随着层板密度的增大，木销-层板顺纹销槽承压强度有增长的趋势，但该趋势并不明显.

木销种类对木销-层板销槽承压性能的影响存在分歧. Ioana等^［

31］采用全孔法进行顺纹销槽承压试验，测得巴西红檀木销-云杉层板和钢销-云杉层板顺纹承压强度值分别为11.3、31.3 MPa，钢销顺纹销槽承压强度明显优于巴西红檀木销. 贾贺然等^{［参考文献 14

百度学术}14］采用半孔法进行横纹销槽承压试验，测得榉木销-云杉/松/冷杉（SPF）层板与钢销-SPF层板横纹的销槽承压强度基本相同，分别为28.20、28.36 MPa. 2个研究结果不同的原因为：一方面，可能是木销种类对顺纹销槽承压性能有影响，对横纹销槽承压性能基本无影响；另一方面可能是采用了不同的试验方法和评估方式. 研究表明^{［参考文献 34

百度学术}34］销槽承压强度的试验方法和评估方式对横纹销槽承压强度有重要影响，这需要在今后的研究中进一步确认.

2.3 木销节点抗剪性能

当前，主要采用双剪试验^［

37］和单剪试验^{［参考文献 38

百度学术}38］来探究层板销连接节点的抗剪性能. 2种试验示意图如图9所示.

图9 木销剪切试验示意图

Fig.9 Schematic map of wood dowel shear test

Jung等^［

37］采用单销双剪试验，探讨了销的初始刚度、极限承载力、屈服强度等抗剪性能. 结果表明：其余变量一致时，压缩木销节点的极限承载力、屈服强度和耗能明显优于未压缩木销，而初始刚度无明显不同；加载方向平行于销截面木纹时，压缩木圆销和方销的极限承载力和初始刚度分别为6.10~7.65、8.33~11.07 kN和4.09~4.43、6.73~8.49 kN/mm，其中压缩木方销承载力与钢圆销的极限承载力基本相当，均为6.97~13.87 kN.

薛莹莹等^［

38］采用单剪抗拉试验，探究了水青冈木销（直径10 mm、平均密度0.703 g/cm³、含水率2%、抗弯强度93.68 MPa）和自攻螺钉（直径5.2 mm、头部直径10.3 mm、抗弯强度1 184.3 MPa）的极限荷载、初始刚度和延性系数等抗剪性能. 结果表明：水青冈木销的极限荷载低于自攻螺钉（两者分别为3.62、5.25 kN）、延性系数与自攻螺钉相似（两者分别为2.02、2.39）、初始刚度明显优于自攻螺钉（两者分别为1.11、0.38 kN/mm）.

研究发现，木销种类，层板种类、厚度和加工方式等对木销节点抗剪性能有重要影响.

2.3.1 木销种类

E‑Houjeyri等^［

39］在单调和循环加载条件下对云杉层板-压缩云杉木销（SJ‑SCWD）和云杉层板-橡木销（SJ‑OWD）2种节点进行了顺纹方向的单销双剪试验. 图10为木销种类对节点抗剪性能的影响. 图10显示，压缩云杉木销节点抗剪承载力为11.0~13.0 kN，显著高于橡木销节点的抗剪承载力4.0~7.5 kN. 另外压缩云杉的弹性模量和断裂模量显著高于橡木，这也在一定程度上说明提高木销材性可以增强节点抗剪承载力.

图10 木销种类对节点抗剪性能影响

Fig.10 Effect of dowel types on shear properties of joints^［

39］

2.3.2 层板种类和厚度

研究表明，层板种类对节点抗剪性能有影响^［

31，39］. 图11为层板种类对节点抗剪性能影响.由图11可见，当采用云杉层板-压缩云杉木销和橡木层板-压缩云杉木销做单销双剪试件时，橡木层板和云杉层板节点的顺纹抗剪强度和初始刚度分别为20.14、12.97 kN和7.06、3.65 kN/mm，橡木层板节点的抗剪强度和刚度优于云杉^{［参考文献 39

百度学术}39］. 橡木层板的密度、弹性模量和断裂模量均大于云杉，表明提高层板材性可以增强节点抗剪强度和初始刚度.

图11 层板种类对节点抗剪性能影响

Fig.11 Effect of laminate types on shear properties of joints^［

39］

表3为不同层板厚度在双剪试验中的力学性能对比. 由表3可见，层板厚度的增加也可以提高销连接节点的抗剪承载力和延性，但会降低节点刚度^［

40］.

表3 不同层板厚度在双剪试验中的力学性能对比

Table 3 Comparison of mechanical properties of different thickness of laminates in double‑shear test^{［参考文献 40

百度学术}40］

Dowel diameter/mm	Edge laminate thickness/mm	Core laminate thickness/mm	Initial stiffness/(kN·mm^-1)	Shear bearing capacity/kN	Yield strength/kN
12	12	24	5.37	6.35	11.66
12	36	48	2.51	9.98	12.69

Note： The laminate of the specimen is glulam， and the dowel is densified poplar. All variables are consistent except the thickness of laminates.

2.3.3 其他因素

根据木销连接工作原理，木销与层板组合加工方式主要为木锤敲入和高速旋转钻入. 研究表明^［

11］：木销在高速旋转钻入时产生的损伤明显大于敲入时，敲入式的单销双剪试件的平均抗剪承载力（6.786 kN）略高于高速旋转式试件（6.127 kN）.

此外，木销节点抗剪性能也因木材的生物质性和干缩湿胀性而受环境湿度影响^［

31］.

3 DLT构件性能研究

目前针对DLT构件的力学性能研究主要是垂直DLT木梁抗弯性能、DLT板抗弯性能和振动特性^［

41］.

3.1 垂直DLT木梁抗弯性能

3.1.1 性能对比

表4汇总了当前主要的垂直DLT木梁和胶合木梁抗弯性能对比. 由表4可见：垂直DLT木梁的抗弯强度和抗弯刚度均低于胶合木梁，分别约为胶合木梁的1/2和1/4；但最大变形和延性明显优于胶合木梁，约为胶合木梁的2倍. 这是由于胶结的完全刚性显著提高了层板的抗弯强度和抗弯刚度，而木销的半刚性连接可以通过层板间的相对滑移进行耗能，从而提高木梁整体的延性.

表4 垂直DLT木梁和胶合木梁力学性能对比

Table 4 Comparison of mechanical properties between DLT‑vertical and glulam beams

Resource	Structural composition	Mechanical index (mean or range)
Resource	Structural composition	Flexural strength/MPa	Flexural rigidity/(kN·m²)	Maximum deformation/mm	Ductility
Ref.[39]	DLT：Oak laminate + compressed spruce dowel Glulam：Oak laminate	—	6.97	105.71	4.53
Ref.[39]		—	16.11	40.30	2.05
Ref.[42]	DLT：Scots pine laminate+ compressed Scots pine dowel Glulam：Scots pine laminate	19.3-30.9	—	—	1.5-4.1
Ref.[42]		54.0-73.2	—	—	1.2-2.0
Ref.[43]	DCLT：SPF laminate+ compressed poplar dowel Glulam：SPF laminate	23.00	3.72	85.00	—
Ref.[43]		45.06	19.82	35.00	—

同时，研究发现^［

39］，胶合木梁的破坏模式为脆性破坏，而垂直DLT木梁的破坏模式主要是底层板的顺纹开裂和木销断裂造成的层板间错位，如图12所示.

图12 垂直DLT木梁破坏模式

Fig.12 Failure mode of DLT‑vertical beams^［

39］

3.1.2 影响因素

目前，垂直DLT木梁抗弯性能研究主要是以木销的相关性能为变量，探究木梁的初始刚度、抗弯模量、抗弯承载力和变形等. 研究表明，木销间距（数量）、直径及种类、插入角度对垂直DLT木梁抗弯性能均有重要影响.

（1）木销间距（数量）

O’loinsigh等^［

15］制作了1种采用高速旋转木销进行层板连接的4层垂直DLT木梁，研究了木销间距对垂直DLT木梁力学性能的影响，结果见图13. 由图13可见：采用木销数量为44、32、20、0的垂直DLT木梁抗弯承载力和最大变形分别为24.00、22.75、22.00、21.00 kN和98.70、108.15、115.04、123.57 mm；在试验范围内，随着木销间距的减小（即木销数量的增加），垂直DLT木梁的抗弯承载力均呈现增长趋势，但最大变形逐渐减小.

图13 木销间距（数量）对垂直DLT木梁力学性能影响

Fig.13 Effect of dowel spacing on flexural performance of DLT‑vertical beams^［

15］

Sotayo等^［

12］通过ABAQUS数值模拟，探讨了3层垂直DLT木梁初始横向刚度，结果表明，在试验范围内，随着木销间距的减小（沿木梁纵向方向由100 mm减小到50 mm），垂直DLT木梁的横向刚度增大. Bouhala等^{［参考文献 44

百度学术}44］通过四点弯曲试验和数值模拟，探讨了木销间距和排数对垂直DLT木梁结构性能的影响，结果表明：当木销数量不变时，随着木销排数的增加，垂直DLT木梁的抗弯承载力降低；当木销排数不变时，随着木销数量的增加，垂直DLT木梁的抗弯承载力提高.

上述研究表明，木销数量的增多使得结构整体性得到了提高. 因此，减小木销间距或增加木销数量，一定程度上可以提高垂直DLT木梁的抗弯强度和刚度.

（2）木销直径及种类

Sotayo等^［

42］采用压缩木销为欧洲赤松和山毛榉，层板为欧洲赤松组合制作了7层垂直DLT木梁，并对其抗弯性能进行了研究，结果表明：当其余变量一致时，采用木销直径为10、15 mm的垂直DLT木梁平均抗弯模量和抗弯强度分别为2.6、3.7 GPa和20.2、22. 0 MPa，表明适当增大木销直径可以提高木梁抗弯模量；当其余变量一致时，分别采用压缩赤松木销和压缩山毛榉木销的垂直DLT木梁平均抗弯模量和抗弯强度为2.5、2.6 GPa和34.8、20.2 MPa，一定程度上说明选择高性能木销可以增强垂直DLT木梁抗弯强度.

也有学者采用回收的工程木制作木销，来连接层板形成垂直DLT木梁，并对该木梁进行了抗弯性能研究^［

45］，如图14所示.研究表明：回收的工程木可以用做DLT中的木销.

图14 回收工程木制木销对垂直DLT木梁力学性能影响

Fig.14 Effect of recycled dowel on flexural performance of DLT‑vertical beams^［

45］

（3）木销插入角度

关于木销插入角度对垂直DLT木梁抗弯性能影响的研究结果存在一定分歧. Sotayo等^［

42］采用四点弯曲试验对7层垂直DLT木梁的破坏模式、抗弯强度和抗弯模量等力学性能进行了研究，结果表明：木销间距为50 mm时，木销插入角度为55°和90°的垂直DLT木梁抗弯模量均为2.5 GPa，故木销插入角度对木梁的抗弯模量无明显影响. 而李桥等^{［参考文献 13

百度学术}13］对双层垂直DLT木梁进行了四点弯曲试验，结果表明：在试验范围内，木销插入角度为60°和90°的垂直DLT木梁初始刚度和极限承载力分别为275.42、313.29 N/mm和8.51、10.18 kN，表明木销插入角度的增加会提高木梁的抗弯性能.

以上2个研究结果出现分歧的原因可能是垂直DLT木梁的其他变量数值未统一，在不同情况下，影响垂直DLT木梁力学性能的关键变量会发生变化. 因此，后续需要在保证其余变量尽可能相同的情况下，进一步确认木销插入角度及其与其他变量之间的相互关系对垂直DLT木梁抗弯性能的影响.

3.2 DLT板性能研究

当前，针对DLT板性能研究相对较少，主要是探究DCLT板抗弯模量、抗弯刚度等抗弯性能，以及自振频率、阻尼等振动特性.

3.2.1 DCLT板抗弯性能

（1）性能对比

研究发现，DCLT板与垂直DLT木梁抗弯性能相似，均具有优良的延性特性和抗震性能. Sotayo等^［

42］对DCLT板进行了弯曲试验，并与CLT进行了比较，结果见图15. 由图15可见：（1）截面尺寸相近时，DCLT的抗弯强度较低，约为CLT抗弯强度的1/2；但DCLT的延性系数显著高于CLT. （2）CLT板材为典型的脆性破坏，主要是胶层的分离和层板的滚动剪切破坏；而DCLT板材表现出不同破坏模式，包括围绕木节发生的层板拉伸破坏及靠近支撑辊轴的横向层板沿木销排列方向破坏，所有破坏中木销并无损伤.

图15 DCLT与CLT板抗弯性能对比

Fig.15 Comparison of flexural performance between DCLT and CLT plates^［

42］

（2）影响因素

图16为层板数量及种类对DCLT板抗弯性能的影响. 由图16可见：（1）5层DCLT板材的纵向抗弯刚度和断裂模量约为3层DCLT板材的2倍和0.8；当均布荷载为2 940 N/m²、挠度标准为l/400时（l为跨度），3层和5层DCLT板材的最大跨度分别为3.25、4.50 m，说明层板数量的增加可以提高DCLT板材的抗弯刚度及结构设计的最大跨度^［

18］. （2）橡木DCLT的抗弯模量和抗弯强度均高于欧洲赤松DCLT；对比于欧洲赤松层板，橡木层板较高的抗弯强度和刚度显著提高了DCLT的抗弯模量和抗弯强度，说明可以通过改善层板力学性能来优化DCLT板材的抗弯性能^{［参考文献 42

百度学术}42］.

图16 层板数量及种类对DCLT板抗弯性能的影响

Fig.16 Effect of number and type of laminates on flexural performance of DCLT plates

木销直径似乎对DCLT板抗弯性能存在影响. 木销直径16 mm的DCLT抗弯模量和抗弯强度均优于木销直径10 mm的DCLT^［

42］，但由于该研究中存在其余变量，因此结论需要进一步确定. 图17为层板拼接方式对DCLT板抗弯性能影响. 由图17可见，相邻层板拼接处凹槽的有无对DCLT板抗弯性能无明显影响^{［参考文献 42

百度学术}42］，故DCLT加工可以直接采用平接方式进行拼板，以减少加工流程，便于组装.

图17 层板拼接方式对DCLT板抗弯性能影响

Fig.17 Effect of laminate splicing method on flexural performance of DCLT plate^［

42］

3.2.2 DLT板构件振动特性

现有研究表明^［

46‑47］，DCLT板振动特性满足标准要求. 通过弯曲试验和ABAQUS数值模拟，得到了足尺DCLT板的自振频率、挠度和参数b分别为11.0 Hz、0.82 mm/kN和137，均满足欧洲木结构设计规范^{［参考文献 21

百度学术}21］要求（自振频率大于8 Hz、挠度0.4~4.0 mm/kN、参数b为50~150）. 同时，研究发现，相邻层板拼接处有无凹槽对DCLT板的实测振动频率值和阻尼也基本无影响.

4 结论与展望

一系列的研究成果证明DLT作为结构用材应用于建筑中的可行性. 通过对DLT构造分类的介绍及研究现状的阐述，得到相关结论：（1）构造方面，仅由木销和层板组成的DLT是一种近似全实木的工程木产品，具有绿色节能、可持续性的优势，且其结构简单，构造灵活，可应用范围广泛.（2）性能方面，木销节点、垂直DLT木梁和DCLT板均具有优良的延性特性和抗震性能；虽然其在强度、刚度性能上仍与钢销节点、胶合木梁及CLT板存在一定差距，但可以通过调整相关变量来增强节点及构件性能.

为提高DLT的力学性能，扩大其工程应用，对DLT进一步的研究内容提出以下建议：

（1）在材料方面，增加国产木材的应用，降低国内工程木产品对国外进口材的依赖. 目前作为DLT的主体材料——层板，仍主要采用国外进口板材，如何有效利用国产材发展DLT等工程木产品是如今需要深入研究的课题. 为满足DLT层板力学性能的要求，需要进一步研究国产材改性处理方式，同时尽快建立国产材重要材性数据库和力学性能评估体系.

（2）在节点方面，探究关键变量，提高木销节点抗剪性能. 当前木销连接机理仍不清晰，因此需要进一步探究更多变量对木销节点抗剪性能的影响，比如木销的插入角度等. 此外，需要建立不同破坏模式下，适用于木销节点的抗剪承载力公式，完善木销节点计算规范.

（3）在构件方面，合理应用层板，提高DLT构件力学性能. 垂直DLT木梁和DCLT板在抗弯强度和刚度上仍与胶合木梁和CLT板存在较大差距. 因此，需要进一步考虑层板的选择，比如不同树种或高性能国产木基结构板材等，通过合理的组合方式来提高DLT的抗弯强度和抗弯刚度. 另外，有必要对DLT进行长期性能试验，提供DLT的全生命周期评价数据.

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