木材的力學(xué)性能參數(shù)分析整理

1、 #/36試驗(yàn)時(shí)采用附有自動(dòng)對(duì)直和拉緊夾具的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)以均勻速度加荷，在1.5-2.0分鐘內(nèi)使試樣破壞。順紋抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算。ow=P/a.b式中：P最大荷載,N；a,b一試樣工作部位橫斷面（cm2）；W一試驗(yàn)時(shí)的木材含水率（）。4.1.1.4橫紋抗拉強(qiáng)度木材的橫紋拉力比順紋拉力低得多，一般只有順紋拉力的1/30-1/40o因?yàn)槟静膹较蚴芾瓡r(shí)，除木射線細(xì)胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細(xì)胞的微纖絲都受垂直方向的拉伸；橫紋方向微纖絲上纖維素鏈間是以氫鍵（-OH）接合的，這種鍵的能量比木材纖維素縱向分子間C-C、C-O鍵接合的能量要小得多。此外，橫紋拉力試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)力不易均勻分布在整個(gè)受拉上，往

2、往先在一側(cè)被拉劈，然后擴(kuò)展到整個(gè)斷面而破壞，并非真正橫紋抗拉強(qiáng)度。4.1.1.5木材的抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量木材抗彎強(qiáng)度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力，可以用曲率半徑的大小來(lái)度量。它與樹(shù)種、樹(shù)齡、部位、含水率和溫度等有關(guān)。木材抗彎強(qiáng)度亦稱(chēng)靜曲強(qiáng)度，或彎曲強(qiáng)度，是重要的木材力學(xué)性質(zhì)之一，主要用于家具中各種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構(gòu)件的設(shè)計(jì)。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和順紋抗壓強(qiáng)度之間的差異。因?yàn)槟静某惺莒o力抗彎荷載時(shí)，常常因?yàn)閴嚎s而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對(duì)于抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時(shí)的應(yīng)力，而不是順紋抗拉比例

3、極限時(shí)應(yīng)力。各樹(shù)種木材抗彎強(qiáng)度平均值約為90MPa左右。針葉樹(shù)材徑向和弦向抗彎強(qiáng)度間有一定的差異，弦向比徑向高出1012；闊葉樹(shù)材兩個(gè)方向上的差異一般不明顯?？箯潖?qiáng)度的測(cè)定方法各國(guó)不同，區(qū)別在于試樣的尺寸、加荷方式和加荷速度的差別。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試樣斷面為20 x20mm,長(zhǎng)度為300mm,跨度為240mm；中央荷載，弦向加荷；試驗(yàn)以均勻速度加荷，在1-2分鐘內(nèi)使試樣破壞。試驗(yàn)時(shí)為避免試樣在支座和受力點(diǎn)產(chǎn)生壓痕,影響試驗(yàn)結(jié)果,在支座和受力點(diǎn)上應(yīng)加鋼質(zhì)墊片。墊片的尺寸為30 x20 x5mm?！?80r80j240300抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算ow=3PL/2bh2(Mpa)ol2=ow1+0.0

4、4(W-12)(Mpa)式中：aw木材試樣氣干狀態(tài)下的抗彎強(qiáng)度P破壞時(shí)的荷載，N；L跨度，240mm；b試樣寬度，mm；h一一試樣高度，mm；W試驗(yàn)時(shí)試樣的含水率()抗彎彈性模量木材抗彎彈性模量是指木材受力彎曲時(shí)，在比例極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比，用于計(jì)算梁及桁架等彎曲荷載下的變形以及計(jì)算安全荷載。木材的抗彎彈性模量代表木材的剛性或彈性，表示在比例極限以?xún)?nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，也即表示梁抵抗彎曲或變形的能力。梁在承受荷載時(shí)，其變形與彈性模量成反比，彈性模量大，變形小，其木材剛度也大4.1.1.6抗剪切強(qiáng)度1.一般只測(cè)順剪強(qiáng)度，平均只有順壓強(qiáng)度的10-30%o紋理較斜的木材，如交錯(cuò)紋理、渦紋、亂紋等順

5、剪強(qiáng)度較大。2.分類(lèi)：順紋剪切強(qiáng)度、橫紋剪切強(qiáng)度木材抗剪試樣與受力支架1-附件主桿2塊3-L形塊4,5螺桿6壓塊7試樣8圓頭螺釘木材的順紋抗剪強(qiáng)度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強(qiáng)度和徑面抗剪強(qiáng)度,如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常出現(xiàn)于早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但略有起伏,面上帶有細(xì)絲狀木毛。剪切面垂直于年輪的徑面，剪切破壞時(shí)，其表面較為粗糙，不均勻而無(wú)明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。木材順剪強(qiáng)度較小，平均只有順紋抗壓強(qiáng)度的10%30%。紋理較斜的木材，如交錯(cuò)紋理、渦紋、亂紋等，其順剪強(qiáng)度會(huì)明顯增加。闊葉樹(shù)材順剪強(qiáng)度平均比針葉樹(shù)材高出1/

6、2。闊葉樹(shù)材弦面抗剪強(qiáng)度較徑面高出1030，如木射線越發(fā)達(dá)，這種差異更加明顯。針葉樹(shù)材，其徑面和弦面的抗剪強(qiáng)度大致相同。4.1.1.7沖擊韌性木材的沖擊韌性，是指木材受沖擊力而彎曲折斷時(shí)，試樣單位面積所吸收的能量。吸收的能量越大，表明木材的韌性越高而脆性越低。沖擊韌性與其他木材強(qiáng)度性質(zhì)不同，不是用破壞試樣的力來(lái)表示，而是用破壞試樣所消耗的功(kJ/m2)表示。沖擊破壞消耗的功愈大，木材韌性愈大，亦即脆性愈小。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)不能用于木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算，只能作為衡量木材品質(zhì)的參考。木材沖擊韌性的測(cè)定，通常采用兩種方式，即一次沖擊試驗(yàn)法和連續(xù)沖擊試驗(yàn)法，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一次沖擊試驗(yàn)法。試樣尺寸為20

7、 x20 x300mm,兩支座間距離跨度為240mm,中央荷載，只作弦向試驗(yàn)，一次沖斷。擺錘質(zhì)量10kg，起始高度為1m，自由落下，試樣被沖擊折斷后,擺錘自由擺動(dòng)到另一個(gè)高度,二次高度勢(shì)能之差,即為試樣折斷時(shí)所吸收的能量，可直接從力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上讀出。試驗(yàn)結(jié)果用下式計(jì)算：T=1000Q/bh式中：Q試樣吸收的能量(kJ/m2)；b試樣的寬度(mm)；h試樣的高度(mm)札刼性闿別減h知性正塔4韌啊戰(zhàn)低4.1.1.8木材硬度和耐磨性1木材的硬度概念：木材的硬度，是指木材抵抗其它剛體壓入的能力。木材的硬度與木材的密度密切相關(guān)，密度大其硬度則高，反之則低測(cè)定法:采用半徑為5.64cm的鋼球，在靜荷載下壓

8、入試樣深度5.64cm。試件：50mmx50mmx70mm木材端面硬度大于側(cè)面；大多數(shù)木材徑弦面硬度相近。2耐磨性概念：指木材抵抗摩擦、擠壓、沖擊和剝蝕，以及這幾種因子綜合作用所產(chǎn)生的耐磨能力。與硬度有一定關(guān)系。用磨耗儀測(cè)定。4.1.1.8抗劈力概念：木材抵抗在尖楔作用下順紋劈開(kāi)的力。分徑面和弦面?？古儆诠に囆再|(zhì)，而且關(guān)系到其它的工藝性質(zhì)，如開(kāi)榫性?？古Υ蟮哪静模湮蔗斄σ矎?qiáng)。木材抗劈力象其它力學(xué)性質(zhì)一樣，受木材密度、木材構(gòu)造的影響。通常密度大的木材，其抗劈力也大，這種關(guān)系表現(xiàn)得非常密切，呈直線關(guān)系。在密度相同的條件下，由于細(xì)胞的組成不同，闊葉樹(shù)材的抗劈力大于針葉樹(shù)材的抗劈力。交錯(cuò)紋理、

9、木節(jié)可增大抗劈力。木材的含水率對(duì)抗劈力的影響不明顯。木材徑面（A）與弦面（B）抗劈力的試樣形狀4.1.1.9握釘力木材的握釘力，是指木材抵抗釘子拔出的能力。木材具有固著釘子的性能，握釘力亦即木材與釘子之間的摩擦力。當(dāng)握釘力的大小取決于木材的種類(lèi)、含水率、密度、硬度、彈性、紋理方向、釘子的形狀及其與木材接觸面的大小等。例如水曲柳的徑面握釘力為2130N,而端面為1460N（圓釘e=3.0mm）。密度大的木材其握釘力也強(qiáng)，例如含水率15%時(shí)，紫椴的密度為0.49，其握釘力為420N,水曲柳的密度為0.69，其握釘力為1460N。5.1木材力學(xué)性質(zhì)的影響因素木材密度（密度對(duì)順拉強(qiáng)度影響不大）含水率：

10、木材強(qiáng)度和含水率有一定關(guān)系。溫度時(shí)間（持久強(qiáng)度概念）紋理方向六.木材構(gòu)造:1.晚材率與年輪寬度;2.木射線;3.其它如胞壁厚度與纖絲角等.七.木材缺陷5.1.1木材密度的影響木材密度是決定木材強(qiáng)度和剛度的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷木材強(qiáng)度的最佳指標(biāo)。密度增大，木材強(qiáng)度和剛性增高；密度增大，木材的彈性模量呈線性增高;密度增大，木材韌性也成比例地增長(zhǎng)。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹(shù)脂、樹(shù)膠等，密度大的木材，其強(qiáng)度高，木材強(qiáng)度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關(guān)系方程。o=Kpn式中：o木材強(qiáng)度；p木材密度；K和n常數(shù)，隨強(qiáng)度的性質(zhì)而不同。512度的性質(zhì)而不同。512含水率的影響木材含水率對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)的影響

11、，主要是由于單位體積內(nèi)纖維素和木素分子的數(shù)目增多，分子間的結(jié)合力增強(qiáng)所致。含水率高于纖維飽和點(diǎn)，自由水含量增加，其強(qiáng)度值不再減小，基本保持恒定。經(jīng)過(guò)o4.1fio長(zhǎng)期的研究證實(shí)，含水率在纖維飽和點(diǎn)以下，強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值與含水率成一直線關(guān)系。木材含水率）長(zhǎng)期的研究證實(shí)，含水率在纖維飽和點(diǎn)以下，強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值與含水率成一直線關(guān)系。木材含水率）5.1.3溫度的影響溫度對(duì)木材力學(xué)性能影響比較復(fù)雜。一般情況下，室溫范圍內(nèi)，影響較小，但在高溫和極端低溫情況下，影響較大。正溫度的變化，在導(dǎo)致木材含水率及其分布產(chǎn)生變化同時(shí)，會(huì)造成木材內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和干燥等缺陷。主要原因在于熱促使細(xì)胞壁物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)加劇，內(nèi)摩擦減少，微i

12、li度r纖絲間松動(dòng)增加，引起木材強(qiáng)度下降。如水熱處理情況下，溫度超過(guò)180r，木材物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解；或在83C左右條件下，長(zhǎng)期受熱,ili度r5.1.4木材的長(zhǎng)期荷載荷載作用線方向與紋理方向的關(guān)系是影響木材強(qiáng)度的最顯著因素之一。拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均為順紋方向最大，橫紋方向最小。5.1.5紋理方向及超微構(gòu)造的影響荷載作用線方向與紋理方向的關(guān)系是影響木材強(qiáng)度的最顯著因素之一。拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均為順紋方向最大，橫紋方向最小。5.1.6缺陷的影響有節(jié)子的木材一旦受到外力作用，節(jié)子及節(jié)子周?chē)a(chǎn)生應(yīng)力集中，與同一比重的無(wú)節(jié)木材相比，表示出小的彈性模量。1卵圓形、2長(zhǎng)條形和3掌狀節(jié)11一活節(jié)和2死節(jié)6.1木

13、材的允許應(yīng)力木材各種強(qiáng)度值一般都是用無(wú)疵小試件在特定的條件下按規(guī)定的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的，與實(shí)際的使用情況有很大差別。因此在實(shí)際應(yīng)用中要考慮各種因素的影響。木材容許應(yīng)力是指木構(gòu)件在使用或荷載條件下能長(zhǎng)期安全地承受的最大應(yīng)力。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法所測(cè)得的強(qiáng)度值進(jìn)行適當(dāng)折扣，折扣率稱(chēng)為折扣系數(shù)，折扣系數(shù)之倒數(shù)稱(chēng)為安全系數(shù)。6.1.1木材強(qiáng)度的變異木材是生物材料，變異較大。因樹(shù)種、產(chǎn)地和木材在樹(shù)干中的部位不同，木材強(qiáng)度存在著變異。因此除了解木材的平均強(qiáng)度以外，還應(yīng)了解木材強(qiáng)度的變化異范圍，用變異系數(shù)(V)來(lái)表示。6.1.2荷載的持久性目前長(zhǎng)期荷載對(duì)木材強(qiáng)度的影響，許多國(guó)家都采用小而無(wú)疵試樣強(qiáng)度的2/3（即0.6

14、7）作為長(zhǎng)期荷載強(qiáng)度的數(shù)值；若為恒載，則用1/2。建筑結(jié)構(gòu)物大部均為恒載和活載的共同作用，故在木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，引用的長(zhǎng)期荷載強(qiáng)度折減系數(shù)K2=0.67。6.1.3木材缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響構(gòu)件的受力類(lèi)型節(jié)徑比折減系數(shù)K3順紋受拉1/30.38順紋受壓1/20.67抗彎2/50.52順紋受剪0.806.1.4構(gòu)件干燥缺陷的影響用來(lái)推算木材容許應(yīng)力的木材強(qiáng)度，是以木材含水率為12為基準(zhǔn)。木結(jié)構(gòu)工程中，因條件限制大部分使用濕村作構(gòu)件。當(dāng)濕材在氣干過(guò)程中，一般都要發(fā)生開(kāi)裂和撓曲，從而降低構(gòu)件的強(qiáng)度。因此也要考慮木材干燥產(chǎn)生缺陷的影響。6.1.5荷載偏差的折減荷載的超載、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的偏差以及構(gòu)件缺口處引

15、起的應(yīng)力的集中（應(yīng)力集中主要考慮順紋拉伸），均可影響構(gòu)件的強(qiáng)度，對(duì)于這些因子，木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范均確定了折減系數(shù)。6.1.6木材容許應(yīng)力應(yīng)考慮的因素1）木材強(qiáng)度的變異K=1-2.33V（變異系數(shù)）2）荷載的持久性K23）木材缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響K34）構(gòu)件干燥缺陷影響K45）應(yīng)力集中系數(shù)K56）超載系數(shù)K67）結(jié)構(gòu)偏差系數(shù)K7各項(xiàng)因素對(duì)木材強(qiáng)度的影響系數(shù)受力性質(zhì)KKKKKK123456抗彎0670.520801.20110順紋抗壓0670.671.001.20110順紋抗拉0670380850901.20110順紋抗剪0670800751.20110。=12XK!XK2XK3XK4XK5/（K6XK7

16、）K=ai2XK1XK2XK3XK4XK5/（K6XK7）木結(jié)構(gòu)部件安全系數(shù)為折減系數(shù)之倒數(shù)，為強(qiáng)度平均值。與容許應(yīng)力o的比值，其計(jì)算公式為：A=1/K=o/o在我國(guó)木結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)一般為3.56.0,比金屬等其它材料要高。71常用木材物理力學(xué)性能物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表1物理力學(xué)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)基本密度/（g/cm3）氣干密/伽3)干縮度/%（生材氣干）順紋抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性模量符a順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向生材全干生材氣干生材全干生材氣干IW0.3W0.353.02.05.03.0W2.9W54.07.4W6.56.03.59.56.0三三215.1100

17、000.750.9573.0142.016.3表2國(guó)內(nèi)常見(jiàn)樹(shù)種物理力學(xué)性能樹(shù)種試驗(yàn)時(shí)含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強(qiáng)度/MPa端面硬度/N徑向弦向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南油松15.0II川1IIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落葉松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川紅杉15.0IIIIIIVIIIIIIIII

18、II云杉15.0I川IIIIII,III,III,IIII濕地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廣東15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII廣東松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾松15.0II川III,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII陸均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛松15.0IIIIIIIIIIIIII

19、IVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消極和15.0IIIIIIIIII槭木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南榿木15.0IIIIIIIIIII光皮樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV,V水青岡15.0IVIIIIIIIVIII麻櫟15.0IVIII,IVIII,IVIIIVIV白櫟15.0IVI

20、IIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV楓香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核桃15.0III,IVIIIIII,IVIIIIVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII楓楊15.0IIIIIIII香樟15.0II，IIIIIIIIIII鐵刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黃檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐樹(shù)15.0III,IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,IV鵝掌楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲柳15.0II

21、IIIIIIIIII,IVIII小葉楊15.0III,III,III,IIII山楊15.0III,III,IIIIII,II擬赤楊15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII櫸樹(shù)15.0IVIIIIVIIIIV印尼漆15.0IIII(II)IIIIIIII人面子15.0IIIIIIIIII,IIIIIIIII,IVII,III芒果15.0IIII,IIIII,IIIIII,IVIII,IVIV竹桃15.0IIIIIIIIII榴

22、蓮15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIIIIVIII異翅香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV雙翅龍腦香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,IV龍腦香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂坡壘15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V漸尖葉坡壘15.0III,IVIII,IVIII,IVIIIVIV深紅婆羅雙15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII淺紅婆羅雙15.0IIIIIIIIIIII

23、II,IIII黃婆羅雙15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆羅雙15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII平滑婆羅雙15.0VIIIIVVVVV吉索婆羅雙15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石櫟15.0IVIIIIIIIVVIV海棠木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV鐵力木15.0VVVVVV坤甸鐵木15.0VIVIV,VVIII,VIV濕地木姜子15.0IVIVIVIVIVIVI,III鐵刀木15.0lll,IVIIIIII,IVIIIIV黑黃檀15.0IV,VIVIV,VIIIV寬葉黃檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黃檀15.0VVV格木15.0IV,VVIV,V伯利印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV大甘巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV馬來(lái)甘巴豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII大花米仔蘭15.0IIIIV