木材的强度、木材含水率、及其他(2).doc

木材的强度 strength of wood木材是各向异性材料，其顺纹与横纹的强度有很大差异，在用作承力构件时要区别力学性能的方向。在建筑工程中常用的强度指标有顺纹与横纹的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等，此外木材的弹性模量等力学常数也具有各向异性的特点。由于纤维管状细胞壁易发生压弯失稳，木材的顺纹抗拉强度大于顺纹抗压强度。由于横纹抗压时木材很快进入屈服状态，所以其横纹抗压强度远小于顺纹抗压强度。木材的横纹抗剪强度高于顺纹抗剪强度的原因是纤维纵向之间结合力较弱造成的。木材的抗弯强度介于顺纹抗拉强度与顺纹抗压强度之间，其受压区先失稳然后受拉区纤维断裂。木材的含水率对强度有很大影响，规定木材的强度是含水率15%时测得的强度。木材缺陷能造成强度降低，同一种木材甚至同一棵树的不同部位都会有强度差异，一般手册中给出的木材强度是统计平均值。木材含水率 water ratio of wood是木材的重要物理指标，决定了木材的膨胀或收缩，对木材的密度乃至力学，热学，声学有制约作用。木材具有吸湿性，能从周围环境吸收水分，也能释放出水分。木材的细胞壁充满水分时的含水率称为纤维饱和点，不同木材的纤维饱和点在20%35%，新伐木材经过干燥后的收缩量最大可达到10%左右。木材含水率变化造成的膨胀和收缩会引起开裂和翘曲，表面涂层和整体浸渍等化学处理可以抑制木材含水率的变化，有效提高木材的稳定性。木材的导热系数与其含水率成正比，湿度越大导热系数亦大。木材的导电性随其含水率的提高而增大，干燥的木材是良好的绝缘体，含水率从零增加到纤维饱和点时其电阻值有可能降低一千万倍，而从纤维饱和点增加到最大含水率时仅降低约五十倍，此外顺纹方向的电阻比横纹约小一倍。木材含水率对其声传播速度也有影响，它们的关系成反比。原木必须进行干燥处理，有自然干燥和人工干燥两种处理方法，人工干燥的温度为4075，可以杀死木材内的害虫，此外还有高温干燥，真空干燥，电力干燥和红外线辐照干燥等方法。木材含水率为木材所含水分质量占木材烘干质量的百分率。测量方法为：对取样后木材试样立即称重（Gq）,准确至0.001g，再防置于烘箱用1032温度烘10h，对23个试样进行试称，以后每隔两小时试称一次，至最后两次质量之差不超过0.002g时试样即达烘干。将烘干的试样放入干燥器内冷却至室温再最后称重（Gh）。试样含水率（W）按公式W=（Gq-Gh）/ Gh100计算。木材及木材制品 wood and wood products 建筑工程用的木材大多采自成材的乔木，也有少量用作椽子、木桩和荆笆的木材采自小树或灌木。采伐后去掉根梢的木材称为原木，原木需经初加工制成板材或方木后才可作为建筑材料。区别木材的品种主要从外观判断，根据其颜色，纹理，密度，气味，光泽和硬度等来识别。木材是一种重要的建筑材料，具有可加工性好，强度高，导热系数低，干燥时绝缘性好和良好的声学性能等优点，但在使用中对其易燃，易朽和明显的干缩湿胀等缺点应引起足够的重视。木材从截面上可分为树皮木质部和髓心三部分，木质部又分为心材与边材，木材纤维取向沿树干生长方向，在截面上可观察到状如同心圆的年轮和从髓心辐射出的髓线。反映木材使用性能的主要物理指标有：密度，含水率，吸湿性，硬度，抗拉强度，抗压强度，剪切强度，冲击强度，劈开强度，弯曲强度，导热系数和电绝缘性能，声学性能。木材易受菌类，昆虫和微生物的侵蚀，其中以菌类腐蚀危害最大，使用煤焦油或化学药品进行防腐处理是有效方法。木材制品应用于建筑工程的主要品种有：木门窗、木屋架、木电杆、枕木、坑木、胶合板、密度板、大芯板、刨花板、纤维板、木地板、木墙板、木踢脚、木装饰线、木扶手等等，还有在施工过程中使用的工具性木材如模板、脚手架、脚手板、木抹子、木靠尺、皮数杆等等，大量的木制家器具亦应归入建筑木材制品。为淘汰落后产品，提高建筑质量，保护生态环境，已开始限制或禁止使用长江和黄河中上游天然保护林以及生态建设工程地区的天然珍贵树种为原料生产门窗和地板，所以原木在建筑工程中的使用将逐步受到控制。木材抗弯强度 bending strength of wood木材承受弯曲荷载的最大能力。试样尺寸为2020300，长轴与木材纹理相平行。抗弯强度只做弦向试验，采用四点弯曲加荷方式，支座间跨距240，压头间距80，压头与支座要垫钢垫片。试样破坏后要进行含水率测定。试样含水率为W%时的抗弯强度w由下式计算:w=Pl/bh 式中P为最大荷载；l为跨距；b、h分别为试样的宽度和高度。含水率15%时的抗弯强度15 按公式15=w1+0.04（W15）换算。实验方法见GB1936。木材弹性模量 elastic modulus of wood 木材受力弯曲时在比例极限内应力与应变之比。试样尺寸为2020300，长轴与木材纹理相平行。抗弯强度只做弦向试验，采用四点弯曲加荷方式，支座间跨距240，压头间距80，压头与支座要垫钢垫片。采用百分表测量试样跨中的挠度，先加一个初荷载，然后在弹性范围内往复加荷四次，取后三次的变形值的平均数。试样含水率为W%的抗弯弹性模量Ew按下式计算：Ew=23Pl3/108bh3f 式中P为初荷载与终荷载之差；l为试样跨距；b、h分别为试样宽度和高度；f为初荷载与终荷载间的变形值。试验方法见GB1936。木材吸湿性 hygroscopicity of wood木材由于构造特点所具有的吸收水分的能力。浸于水中的木材可达到吸水率100%以上的饱和状态，放置在空气中的木材随空气湿度的变化可达到平衡吸水率。自然干燥的木材，其吸水率一般在12%18%，与树种及其所在地区有关。在木材细胞壁中的水分称为吸附水，在细胞壁外的水分称为自由水，当吸附水饱和且自由水为零时的含水率称为纤维饱和点，通常为22%35%。木材的吸湿性反映为吸附水的增减，其高限为纤维饱和点；吸水性则反映为吸附水和自由水两者的增减，可高于纤维饱和点几倍。木材含水量的变化对其力学性能、胀缩性能、耐久性和加工性都有重大影响。木材吸水性 hydroscopic property of wood木材浸于水中吸收水分的性能。试样尺寸为20的正立方体，进行烘干和称重后，放入盛有蒸馏水的容器内，用不锈钢金属网将试样压入水面以下。水温应保持在202，试样在水中经6h进行第一次称重，以后经1、2、4、8、12、20昼夜各称重一次，再以后每隔10昼夜进行称重，至最后两次含水率之差小于5%时为止。木材吸水性以百分率表示（Ws）,按下式计算：Ws=(Gs-Gh)/Gh100 式中Gs表示试样浸水后的质量；Gh表示试样烘干后的质量。根据测量的过程和结果可以绘制吸水性曲线，以横坐标表示时间，以纵坐标表示吸水性。见GB1934。木材硬度 hardness of wood木材抵抗其他刚体压入的能力。试样尺寸为505070，其长轴应与木材纹理相平行。采用电触型硬度试验附件进行试验端部为定直径半球钢压头。试验分别在弦面、径面和端面进行，其荷载值即为三个面的硬度Hw。试验后立即进行含水率测定。木材含水率为15%时的硬度H15按公式H15=Hw1+0.03（W15）计算。试验方法见GB1941。木材着色 coloring of wood 出于保护和装