木塑复合材料（WPC）因绿色低碳、耐候性强等特性，广泛应用于建筑装饰等领域，但其脆性断裂问题限制了其在承重结构中的应用。网壳结构作为大跨度建筑的重要形式，传统木材存在截面单一、成本高等局限。为此，华南农业大学生物质先进材料团队李俞谕教授牵头创新研发了3层共挤木塑复合材（Co-WPC），通过内嵌工程塑料提升材料的强度、弹模和延性，使之达到结构承重材的要求。本研究聚焦Co-WPC在螺栓连接节点中的承压性能，探索其替代传统木材的可行性，为网壳结构轻量化、低成本化和可循环再生提供新思路。

研究采用共挤出工艺制备Co-WPC，通过全孔承压试验与有限元模拟，系统分析螺栓直径（3-12 mm）和加载方向（平行/垂直挤出方向）对承压强度的影响。结果表明：螺栓直径增大导致承压强度下降（10 mm时最低为39.0 MPa），垂直方向加载强度显著高于平行方向（误差<15%）。基于试验数据，团队提出承压强度计算公式，误差控制在10%以内，并验证有限元模型对变形与荷载预测的准确性（误差<12%）。Co-WPC展现优异延性，克服传统WPC脆断缺陷，为其在网壳节点中的应用奠定科学基础。该成果为共计木塑复合材结构设计提供了关键参数与理论支撑，推动绿色建材在大型工程中的创新应用。

该研究以“结构用共挤木塑复合材承压性能研究”为题发表在木材科学与技术2024年38卷第5期上，得到广东省重点领域研发计划项目“再生低碳生态建筑材料研究与部品开发”（2020B0202010008）；广东省林业局林业科研重点项目“装配式竹塑复合结构关键技术及其应用”（2024KJQT001）的支持，华南农业大学水利与土木工程学院李俞谕教授为第一作者，丛沛桐教授为通讯作者。

图文解析

图1 Co-WPC在单层网壳结构体系中的运用

Co-WPC的结构由外层8.5mm厚的PVC基WPC和内层为3.5mm厚的工程塑料ABS组成。

（a）顺挤出方向；（b）垂直挤出方向

图2承压试验的破坏模式

图2显示两种加载方向的破坏差异：平行挤出方向加载时，试件出现销槽孔变形和层间鼓曲；垂直方向加载时，ABS层先开裂并与 WPC 层错动，最终形成横向贯穿裂缝。Co-WPC 表现出比传统 WPC 更好的延性。

（a）H系列；（b）S系列；（c）DS系列

图3承压强度与直径关系图

承压强度随螺栓直径增大而下降，垂直加载方向的强度显著高于平行方向。DS系列（大尺寸试件）的强度高于S系列，揭示尺寸效应。

 图4 H、S、DS系列的有限元模拟与试验的荷载-位移曲线

调整环区材性后的有限元曲线与试验曲线吻合良好，初始刚度和峰值荷载误差均小于 15%。未调整材性的模型高估了承载能力，表明孔周材性调整的必要性。

引用本文：李俞谕,侯剑山,何文辉等.结构用共挤木塑复合材承压性能研究[J].木材科学与技术,2024,38(05):57-67. DOI：10.12326/j.2096-9694.2024086

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/MG88b4CtaEd-PAi_p1l72w