木材的力学性能.doc

1化学性质化学组成纤维素、木质素和半纤维素是构成细胞壁的主要成分，此外还有脂肪、树脂、蛋白质、挥发油以及无机化合物等。木材对酸碱有定的抵抗力，对氧化性能强的酸，则抵抗力差；对强碱，会产生变色、膨胀、软化而导致强度下降。般液体的浸透对木材的影响较小。2物理性质1）含水量木材中的含水量以含水率表示，指所含水的质量占干燥木材质量的百分比。木材内部所含水分，可分为以下三种。（1）自由水。存在于细胞腔和细胞间隙中的水分。自由水的得失影响木材的表观密度、保存性、燃烧性、抗腐蚀性、干燥性、渗透性。（2）吸附水。被吸附在细胞壁内细纤维间的水分。吸附水的得失影响木材的强度和胀缩。（3）化合水。木材化学成分中的结合水。对木材性能无大影响。纤维饱和点指当木材中无自由水，仅细胞壁内充满了吸附水时的木材含水率。树种不同，纤维饱和点随之不同，般介于25%35%，平均值约为30%。纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。平衡含水率木材长期处于定温、湿度的空气中，达到相对稳定（即水分的蒸发和吸收趋于平衡）的含水率。平衡含水率是随大气的温度和相对湿度的变化而变化的。木材的含水率：新伐木材常在35%以上；风干木材在15%25%；室内干燥木材在8%15%。2）湿胀、干缩的特点当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发，其尺寸不变，继续干燥时吸附水蒸发，则发生体积收缩。反之，干燥木材吸湿时，发生体积膨胀，直至含水量达纤维饱和点为止。继续吸湿，则不再膨胀，见图1071。般地，表观密度大的，夏材含量多的，胀缩就较大。因木材构造不均匀，其胀缩具有方向性，同木材，其胀缩沿弦向最大，径向次之，纤维方向最小，见图1071。这主要是受髓线的影响，其次是边材的含水量高于心材含水量。图1071含水量对松木胀缩变形的影响木材长期湿胀干缩交替，会产生翘曲开裂。因而潮湿的木材在加工或使用前应进行干燥处理，使木材的含水率达到平衡含水率，与将来使用的环境湿度相适应。3力学性质木材的力学性质也具各向异性的特点。当受力方向与纤维方向致时，为顺纹受力。当受力方向垂直于纤维方向时，为横纹受力。木材中由厚壁细胞承担外力，这类细胞愈多，细胞壁愈厚，则强度愈高，因此，木材的表观密度愈大、夏材含量愈多，则强度愈高。1）抗拉强度木材顺纹受拉破坏，往往木纤维未被拉断，而纤维间先被撕裂。顺纹抗拉强度是木材所有强度中最大的，约为顺纹抗压强度的23倍。木材的疵点（木节、斜纹等）对顺纹抗拉强度影响很大，因而木材实际的顺纹抗拉能力反较顺纹抗压能力低。再者，木材受拉杆件连接处应力复杂，使顺纹抗拉强度难以充分利用。木材横纹抗拉强度很小，仅为顺纹抗拉强度的25%10%，工程中般不使用。2）抗压强度（1）顺纹抗压。木材顺纹受压破坏是木材细胞壁丧失稳定性的结果，而非纤维的断裂。木材顺纹抗压强度较高，仅次于顺纹抗拉与抗弯强度，且木材的疵点对其影响甚小，因此这种强度在土木工程中利用最广。（2）横纹抗压。这种受压作用，使木材的细胞腔被压扁，产生大量变形。开始时变形与外力成正比，超过比例极限时，细胞壁失去稳定，细胞腔被压扁。木材的横纹抗压强度以使用中所限制的变形量来决定，通常取其比例极限作为横纹抗压强度极限指标。横纹抗压强度般为顺纹抗压强度的10%20%。3）抗弯强度木材受弯曲时，内部应力复杂，在梁的上部受到顺纹抗压、下部为顺纹抗拉，而在水平面和垂直面中是剪应力。木材受弯时，受压区首先达到强度极限，出现小皱纹，但不立即破坏，随着外力增大，受压区皱纹扩展，产生大量塑性变形，受拉区达到强度极限时，纤维本身及纤维间联结断裂而导致破坏。木材顺纹抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的152倍，所以土木工程中应用很广。但木材疵病对其影响很大，特别是当它们分布在受拉区时。4）抗剪强度（1）顺纹抗剪。这种受剪作用，绝大部分纤维本身不破坏，而只破坏剪切面中纤维间的联结。所以顺纹抗剪强度很小，为顺纹抗压强度的15%30%。木材中疵病对其影响显著。（2）横纹抗剪。这种受剪作用，是剪切面中纤维的横向联结破坏，因此横纹抗剪强度比顺纹抗剪强度还低。（3）横纹切断。这种剪切破坏是将木材纤维横向切断，因此这种强度较大，为顺纹抗剪强度的45倍。为了便于比较，现将木材各种强度间数值大小关系列于表1071中。表1071木材各种强度的大小关系5）影响木材强度的主要因素（1）含水量的影响。含水量在纤维饱和点以上变化时，木材强度不变；在纤维饱和点以下时，随含水量降低强度增大，反之则强度减小。见图1072。含水量的变化，对抗弯和顺纹抗压影响较大，对顺纹抗剪影响小，对顺纹抗拉几乎无影响。见图1072。图1072含水量对木材强度的影响l顺纹受拉；2弯曲；3顺纹受压；4顺纹受剪（2）负荷时间的影响。木材对长期荷载的抵抗能力与暂时荷载不同，在长期荷载作用下木材产生蠕滑。最终产生大量变形。木材在长期荷载作用下不引起破坏的最大强度，称持久强度，般为极限强度的50%60%。（3）温度的影响。木材随温度升高，强度降低。（4）疵点（病）的影响。