木材的力學性能參數(shù)分析整理

1、 #/36試驗時采用附有自動對直和拉緊夾具的試驗機進行，試驗以均勻速度加荷，在1.5-2.0分鐘內使試樣破壞。順紋抗拉強度按下式計算。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一試驗時的木材含水率（）。4.1.1.4橫紋抗拉強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因為木材徑向受拉時，除木射線細胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細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，橫紋拉力試驗時，應力不易均勻分布在整個受拉上，往

2、往先在一側被拉劈，然后擴展到整個斷面而破壞，并非真正橫紋抗拉強度。4.1.1.5木材的抗彎強度和抗彎彈性模量木材抗彎強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度量。它與樹種、樹齡、部位、含水率和溫度等有關。木材抗彎強度亦稱靜曲強度，或彎曲強度，是重要的木材力學性質之一，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件的設計。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度之間的差異。因為木材承受靜力抗彎荷載時，常常因為壓縮而破壞，并因拉伸而產生明顯的損傷。對于抗彎強度來說，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時的應力，而不是順紋抗拉比例

3、極限時應力。各樹種木材抗彎強度平均值約為90MPa左右。針葉樹材徑向和弦向抗彎強度間有一定的差異，弦向比徑向高出1012；闊葉樹材兩個方向上的差異一般不明顯?？箯潖姸鹊臏y定方法各國不同，區(qū)別在于試樣的尺寸、加荷方式和加荷速度的差別。我國國家標準規(guī)定：試樣斷面為20 x20mm,長度為300mm,跨度為240mm；中央荷載，弦向加荷；試驗以均勻速度加荷，在1-2分鐘內使試樣破壞。試驗時為避免試樣在支座和受力點產生壓痕,影響試驗結果,在支座和受力點上應加鋼質墊片。墊片的尺寸為30 x20 x5mm?！?80r80j240300抗彎強度用下式計算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)下的抗彎強度P破壞時的荷載，N；L跨度，240mm；b試樣寬度，mm；h一一試樣高度，mm；W試驗時試樣的含水率()抗彎彈性模量木材抗彎彈性模量是指木材受力彎曲時，在比例極限內應力與應變之比，用于計算梁及桁架等彎曲荷載下的變形以及計算安全荷載。木材的抗彎彈性模量代表木材的剛性或彈性，表示在比例極限以內應力與應變之間的關系，也即表示梁抵抗彎曲或變形的能力。梁在承受荷載時，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抗剪切強度1.一般只測順剪強度，平均只有順壓強度的10-30%o紋理較斜的木材，如交錯紋理、渦紋、亂紋等順

5、剪強度較大。2.分類：順紋剪切強度、橫紋剪切強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度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強度和徑面抗剪強度,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,面上帶有細絲狀木毛。剪切面垂直于年輪的徑面，剪切破壞時，其表面較為粗糙，不均勻而無明顯木毛。在擴大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細木毛。木材順剪強度較小，平均只有順紋抗壓強度的10%30%。紋理較斜的木材，如交錯紋理、渦紋、亂紋等，其順剪強度會明顯增加。闊葉樹材順剪強度平均比針葉樹材高出1/

6、2。闊葉樹材弦面抗剪強度較徑面高出1030，如木射線越發(fā)達，這種差異更加明顯。針葉樹材，其徑面和弦面的抗剪強度大致相同。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，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度性質不同，不是用破壞試樣的力來表示，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。試驗所得數(shù)據(jù)不能用于木結構設計的計算，只能作為衡量木材品質的參考。木材沖擊韌性的測定，通常采用兩種方式，即一次沖擊試驗法和連續(xù)沖擊試驗法，我國國家標準規(guī)定采用一次沖擊試驗法。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，一次沖斷。擺錘質量10kg，起始高度為1m，自由落下，試樣被沖擊折斷后,擺錘自由擺動到另一個高度,二次高度勢能之差,即為試樣折斷時所吸收的能量，可直接從力學試驗機上讀出。試驗結果用下式計算：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，密度大其硬度則高，反之則低測定法: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生的耐磨能力。與硬度有一定關系。用磨耗儀測定。4.1.1.8抗劈力概念：木材抵抗在尖楔作用下順紋劈開的力。分徑面和弦面?？古儆诠に囆再|，而且關系到其它的工藝性質，如開榫性?？古Υ蟮哪静?，其握釘力也強。木材抗劈力象其它力學性質一樣，受木材密度、木材構造的影響。通常密度大的木材，其抗劈力也大，這種關系表現(xiàn)得非常密切，呈直線關系。在密度相同的條件下，由于細胞的組成不同，闊葉樹材的抗劈力大于針葉樹材的抗劈力。交錯紋理、

9、木節(jié)可增大抗劈力。木材的含水率對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。當握釘力的大小取決于木材的種類、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，例如含水率15%時，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木材力學性質的影響因素木材密度（密度對順拉強度影響不大）含水率：

10、木材強度和含水率有一定關系。溫度時間（持久強度概念）紋理方向六.木材構造: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度和剛度的物質基礎，是判斷木材強度的最佳指標。密度增大，木材強度和剛性增高；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。在通常的情況下，除去木材內含物，如樹脂、樹膠等，密度大的木材，其強度高，木材強度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關系方程。o=Kpn式中：o木材強度；p木材密度；K和n常數(shù)，隨強度的性質而不同。512度的性質而不同。512含水率的影響木材含水率對木材力學性質的影響

11、，主要是由于單位體積內纖維素和木素分子的數(shù)目增多，分子間的結合力增強所致。含水率高于纖維飽和點，自由水含量增加，其強度值不再減小，基本保持恒定。經過o4.1fio長期的研究證實，含水率在纖維飽和點以下，強度的對數(shù)值與含水率成一直線關系。木材含水率）長期的研究證實，含水率在纖維飽和點以下，強度的對數(shù)值與含水率成一直線關系。木材含水率）5.1.3溫度的影響溫度對木材力學性能影響比較復雜。一般情況下，室溫范圍內，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，在導致木材含水率及其分布產生變化同時，會造成木材內產生應力和干燥等缺陷。主要原因在于熱促使細胞壁物質分子運動加劇，內摩擦減少，微i

12、li度r纖絲間松動增加，引起木材強度下降。如水熱處理情況下，溫度超過180r，木材物質會發(fā)生分解；或在83C左右條件下，長期受熱,ili度r5.1.4木材的長期荷載荷載作用線方向與紋理方向的關系是影響木材強度的最顯著因素之一。拉伸強度和壓縮強度均為順紋方向最大，橫紋方向最小。5.1.5紋理方向及超微構造的影響荷載作用線方向與紋理方向的關系是影響木材強度的最顯著因素之一。拉伸強度和壓縮強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)子周圍產生應力集中，與同一比重的無節(jié)木材相比，表示出小的彈性模量。1卵圓形、2長條形和3掌狀節(jié)11一活節(jié)和2死節(jié)6.1木

13、材的允許應力木材各種強度值一般都是用無疵小試件在特定的條件下按規(guī)定的試驗標準測定的，與實際的使用情況有很大差別。因此在實際應用中要考慮各種因素的影響。木材容許應力是指木構件在使用或荷載條件下能長期安全地承受的最大應力。對標準試驗方法所測得的強度值進行適當折扣，折扣率稱為折扣系數(shù)，折扣系數(shù)之倒數(shù)稱為安全系數(shù)。6.1.1木材強度的變異木材是生物材料，變異較大。因樹種、產地和木材在樹干中的部位不同，木材強度存在著變異。因此除了解木材的平均強度以外，還應了解木材強度的變化異范圍，用變異系數(shù)(V)來表示。6.1.2荷載的持久性目前長期荷載對木材強度的影響，許多國家都采用小而無疵試樣強度的2/3（即0.6

14、7）作為長期荷載強度的數(shù)值；若為恒載，則用1/2。建筑結構物大部均為恒載和活載的共同作用，故在木結構設計規(guī)范中，引用的長期荷載強度折減系數(shù)K2=0.67。6.1.3木材缺陷對強度的影響構件的受力類型節(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構件干燥缺陷的影響用來推算木材容許應力的木材強度，是以木材含水率為12為基準。木結構工程中，因條件限制大部分使用濕村作構件。當濕材在氣干過程中，一般都要發(fā)生開裂和撓曲，從而降低構件的強度。因此也要考慮木材干燥產生缺陷的影響。6.1.5荷載偏差的折減荷載的超載、結構設計與施工的偏差以及構件缺口處引

15、起的應力的集中（應力集中主要考慮順紋拉伸），均可影響構件的強度，對于這些因子，木結構設計規(guī)范均確定了折減系數(shù)。6.1.6木材容許應力應考慮的因素1）木材強度的變異K=1-2.33V（變異系數(shù)）2）荷載的持久性K23）木材缺陷對強度的影響K34）構件干燥缺陷影響K45）應力集中系數(shù)K56）超載系數(shù)K67）結構偏差系數(shù)K7各項因素對木材強度的影響系數(shù)受力性質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）木結構部件安全系數(shù)為折減系數(shù)之倒數(shù)，為強度平均值。與容許應力o的比值，其計算公式為：A=1/K=o/o在我國木結構的安全系數(shù)一般為3.56.0,比金屬等其它材料要高。71常用木材物理力學性能物理力學指標分級標準表1物理力學指標分級標準分級基本密度/（g/cm3）氣干密/伽3)干縮度/%（生材氣干）順紋抗壓強度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性模量符a順紋抗剪強度/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國內常見樹種物理力學性能樹種試驗時含水率/%氣干密度/(g/cm3)干縮率/%（生材一氣干）順紋抗壓強度/MPa抗彎強度/MPa抗彎彈性模量/GPa順紋抗剪強度/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馬來甘巴豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII大花米仔蘭15.0IIIIV