我国人工林面积已达到8亿亩,由于加工技术落后、科技含量不高,造成人工林木材长期处于低效益利用状态。近年来,随着我国经济的快速发展,国民收入的提高和人民生活水平的逐步改善,木质桥梁、古木建筑维护、防洪救灾、抗震救灾、地铁、隧道、野外军事工事等大量兴建,需要大量的木结构工程材,因此木结构工程材是人工速生林木材高效加工利用的重要途径。然而,人工林木材材质疏松、强度小,形成了较大的承载应用局限,而且易于腐朽、燃烧,特别在室外恶劣环境中使用,加速了老化、开裂、变形等,大大降低甚至丧失其使用价值,严重危害工程安全和使用寿命。目前对国产人工林木材进行集成性多效处理与层积复合增强的研究成果鲜见,难以同时克服人工林木材强度低、易腐朽、易燃烧等缺陷,也不能更好地为改善木结构工程材加工提供强有力的技术支撑。因此,针对这一难题,本文以国产人工林木材(包括竹材)为研究对象,深入开展单板胶合特性与结构工程材树种筛选,单板防腐、阻燃、增强协同改性与层积胶合工艺,多种材质层积增强方式,复合增强模式有限元模拟分析与受力断裂形式解析研究,最终为解决我国人工林木材用于制造木结构工程材提供科学依据。研究结果如下:(1)以国产最具有代表性的人工林木材桉木、杨木、毛竹等为研究对象,采用全因素实验法探索单板胶合特性并筛选出结构工程材树种。结果表明,随着尾巨桉木单板厚度、毛竹竹席厚度、杨木单板厚度的增加,胶合强度降低,且经酚醛树脂浸渍后,胶合强度明显提高;杨木单板与尾巨桉木单板经过浸渍酚醛树脂后均比较适合结构工程材制造,而毛竹竹席则不适合用于结构工程材制造。(2)采用特殊的改性方式,对人工林木材进行防腐、阻燃、增强协同处理,同时探索层积胶合木热压成型工艺。试验表明,防腐剂量、阻燃剂量对尾巨桉木单板胶合强度影响显著,酚醛树脂胶黏剂浸渍时间对尾巨桉木单板胶合强度影响较显著;热压时间对层积材的胶合强度和弹性模量影响较明显,对静曲强度影响不明显;确定尾巨桉木单板制备结构工程材最佳热压工艺为热压时间1.6min/mm,热压压力3.0MPa,预压厚度30mm;同时也确定了尾巨桉木单板防腐阻燃增强最佳工艺为防腐剂量30ml/40×40cm,阻燃剂量1.0g/40×40cm,浸渍时间18h。(3)以木结构工程材料性能的基本要求为目标,进行玻璃纤维布(GFRP)增强层积胶合木的基本力学性能试验研究。测试结果显示,在胶合木试件中布置玻璃纤维增强材料,对胶合剥离破坏强度存在负面影响,随GFRP布置方式变化,胶合强度呈近线性递减;GFRP的布置方式和含量对GFRP增强胶合木的静曲强度有较大影响,对弹性模量没有明显的数值增大,可近似认为没有影响,并建立了考虑GFRP含量及布置方式影响的GFRP增强层积胶合木的静曲强度预测数学模型。(4)以木结构工程材料性能的基本要求为目标,进行玻璃纤维布、铝箔、铜箔增强层积胶合木的基本力学性能试验研究,探索多种增强材料对胶合木力学性能的影响。增强材料种类对静曲强度和标准弹性模量影响明显,对标准静曲强度和弹性模量的影响较明显;而木单板层数对静曲强度、标准静曲强度、弹性模量、标准弹性模量的影响均不明显。增强材料种类、组坯方式对胶合木力学性能产生影响。在制备胶合木时,选择玻璃纤维布与铝箔联合增强是比较佳的,且铝箔放置胶合木最外表面层是较优的组坯方式。增大厚度可以提高胶合木的破坏极限荷载,提高安全系数。平行组坯结构优于十字交叉结构。(5)通过进行玻璃纤维布(GFRP)、铝箔增强层积胶合木的基本力学性能试验研究与非线性有限元分析,解析层积胶合木复合增强模式与受力断裂形式。研究发现在断面受压时,添加玻璃纤维布、铝箔等增强材料的效果不明显;在平面受压时,玻璃纤维布、铝箔单一增强效果比复合增强效果差。断面受压时试样的断口几乎是一条直线,属于脆断性质,而平面受压时试样的断口锯齿状交错,胶合木断裂形式与增强材料无关。故在对木构件作安全设计时,建议仍采用平面受压方式承受载荷。有限元模拟结果与应力云图显示,与试验结果一致。