木材的力学性能参数分析整理

1、 #/36试验时采用附有自动对直和拉紧夹具的试验机进行，试验以均匀速度加荷，在1.5-2.0分钟内使试样破坏。顺纹抗拉强度按下式计算。ow=P/a.b式中：P最大荷载,N；a,b一试样工作部位横断面（cm2）；W一试验时的木材含水率（）。4.1.1.4横纹抗拉强度木材的横纹拉力比顺纹拉力低得多，一般只有顺纹拉力的1/30-1/40o因为木材径向受拉时，除木射线细胞的微纤丝受轴向拉伸外，其余细胞的微纤丝都受垂直方向的拉伸；横纹方向微纤丝上纤维素链间是以氢键（-OH）接合的，这种键的能量比木材纤维素纵向分子间C-C、C-O键接合的能量要小得多。此外，横纹拉力试验时，应力不易均匀分布在整个受拉上，往

2、往先在一侧被拉劈，然后扩展到整个断面而破坏，并非真正横纹抗拉强度。4.1.1.5木材的抗弯强度和抗弯弹性模量木材抗弯强度是指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗拉和顺纹抗压强度之间的差异。因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例

3、极限时应力。各树种木材抗弯强度平均值约为90MPa左右。针叶树材径向和弦向抗弯强度间有一定的差异，弦向比径向高出1012；阔叶树材两个方向上的差异一般不明显。抗弯强度的测定方法各国不同，区别在于试样的尺寸、加荷方式和加荷速度的差别。我国国家标准规定：试样断面为20 x20mm,长度为300mm,跨度为240mm；中央荷载，弦向加荷；试验以均匀速度加荷，在1-2分钟内使试样破坏。试验时为避免试样在支座和受力点产生压痕,影响试验结果,在支座和受力点上应加钢质垫片。垫片的尺寸为30 x20 x5mm。”180r80j240300抗弯强度用下式计算ow=3PL/2bh2(Mpa)ol2=ow1+0.0

4、4(W-12)(Mpa)式中：aw木材试样气干状态下的抗弯强度P破坏时的荷载，N；L跨度，240mm；b试样宽度，mm；h一一试样高度，mm；W试验时试样的含水率()抗弯弹性模量木材抗弯弹性模量是指木材受力弯曲时，在比例极限内应力与应变之比，用于计算梁及桁架等弯曲荷载下的变形以及计算安全荷载。木材的抗弯弹性模量代表木材的刚性或弹性，表示在比例极限以内应力与应变之间的关系，也即表示梁抵抗弯曲或变形的能力。梁在承受荷载时，其变形与弹性模量成反比，弹性模量大，变形小，其木材刚度也大4.1.1.6抗剪切强度1.一般只测顺剪强度，平均只有顺压强度的10-30%o纹理较斜的木材，如交错纹理、涡纹、乱纹等顺

5、剪强度较大。2.分类：顺纹剪切强度、横纹剪切强度木材抗剪试样与受力支架1-附件主杆2块3-L形块4,5螺杆6压块7试样8圆头螺钉木材的顺纹抗剪强度视木材受剪面的不同，分为弦面抗剪强度和径面抗剪强度,如图。剪切面平行于年轮的弦面剪切，其破坏常出现于早材部分，在早材和晚材交界处滑行，破坏表面较光滑，但略有起伏,面上带有细丝状木毛。剪切面垂直于年轮的径面，剪切破坏时，其表面较为粗糙，不均匀而无明显木毛。在扩大镜下，早材的一些星散区域上带有细木毛。木材顺剪强度较小，平均只有顺纹抗压强度的10%30%。纹理较斜的木材，如交错纹理、涡纹、乱纹等，其顺剪强度会明显增加。阔叶树材顺剪强度平均比针叶树材高出1/

6、2。阔叶树材弦面抗剪强度较径面高出1030，如木射线越发达，这种差异更加明显。针叶树材，其径面和弦面的抗剪强度大致相同。4.1.1.7冲击韧性木材的冲击韧性，是指木材受冲击力而弯曲折断时，试样单位面积所吸收的能量。吸收的能量越大，表明木材的韧性越高而脆性越低。冲击韧性与其他木材强度性质不同，不是用破坏试样的力来表示，而是用破坏试样所消耗的功(kJ/m2)表示。冲击破坏消耗的功愈大，木材韧性愈大，亦即脆性愈小。试验所得数据不能用于木结构设计的计算，只能作为衡量木材品质的参考。木材冲击韧性的测定，通常采用两种方式，即一次冲击试验法和连续冲击试验法，我国国家标准规定采用一次冲击试验法。试样尺寸为20

7、 x20 x300mm,两支座间距离跨度为240mm,中央荷载，只作弦向试验，一次冲断。摆锤质量10kg，起始高度为1m，自由落下，试样被冲击折断后,摆锤自由摆动到另一个高度,二次高度势能之差,即为试样折断时所吸收的能量，可直接从力学试验机上读出。试验结果用下式计算：T=1000Q/bh式中：Q试样吸收的能量(kJ/m2)；b试样的宽度(mm)；h试样的高度(mm)札刼性闿别减h知性正塔4韧啊战低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，是指木材抵抗其它刚体压入的能力。木材的硬度与木材的密度密切相关，密度大其硬度则高，反之则低测定法:采用半径为5.64cm的钢球，在静荷载下压

8、入试样深度5.64cm。试件：50mmx50mmx70mm木材端面硬度大于侧面；大多数木材径弦面硬度相近。2耐磨性概念：指木材抵抗摩擦、挤压、冲击和剥蚀，以及这几种因子综合作用所产生的耐磨能力。与硬度有一定关系。用磨耗仪测定。4.1.1.8抗劈力概念：木材抵抗在尖楔作用下顺纹劈开的力。分径面和弦面。抗劈力属于工艺性质，而且关系到其它的工艺性质，如开榫性。抗劈力大的木材，其握钉力也强。木材抗劈力象其它力学性质一样，受木材密度、木材构造的影响。通常密度大的木材，其抗劈力也大，这种关系表现得非常密切，呈直线关系。在密度相同的条件下，由于细胞的组成不同，阔叶树材的抗劈力大于针叶树材的抗劈力。交错纹理、

9、木节可增大抗劈力。木材的含水率对抗劈力的影响不明显。木材径面（A）与弦面（B）抗劈力的试样形状4.1.1.9握钉力木材的握钉力，是指木材抵抗钉子拔出的能力。木材具有固着钉子的性能，握钉力亦即木材与钉子之间的摩擦力。当握钉力的大小取决于木材的种类、含水率、密度、硬度、弹性、纹理方向、钉子的形状及其与木材接触面的大小等。例如水曲柳的径面握钉力为2130N,而端面为1460N（圆钉e=3.0mm）。密度大的木材其握钉力也强，例如含水率15%时，紫椴的密度为0.49，其握钉力为420N,水曲柳的密度为0.69，其握钉力为1460N。5.1木材力学性质的影响因素木材密度（密度对顺拉强度影响不大）含水率：

10、木材强度和含水率有一定关系。温度时间（持久强度概念）纹理方向六.木材构造:1.晚材率与年轮宽度;2.木射线;3.其它如胞壁厚度与纤丝角等.七.木材缺陷5.1.1木材密度的影响木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础，是判断木材强度的最佳指标。密度增大，木材强度和刚性增高；密度增大，木材的弹性模量呈线性增高;密度增大，木材韧性也成比例地增长。在通常的情况下，除去木材内含物，如树脂、树胶等，密度大的木材，其强度高，木材强度与木材密度二者存在着下列指数关系方程。o=Kpn式中：o木材强度；p木材密度；K和n常数，随强度的性质而不同。512度的性质而不同。512含水率的影响木材含水率对木材力学性质的影响

11、，主要是由于单位体积内纤维素和木素分子的数目增多，分子间的结合力增强所致。含水率高于纤维饱和点，自由水含量增加，其强度值不再减小，基本保持恒定。经过o4.1fio长期的研究证实，含水率在纤维饱和点以下，强度的对数值与含水率成一直线关系。木材含水率）长期的研究证实，含水率在纤维饱和点以下，强度的对数值与含水率成一直线关系。木材含水率）5.1.3温度的影响温度对木材力学性能影响比较复杂。一般情况下，室温范围内，影响较小，但在高温和极端低温情况下，影响较大。正温度的变化，在导致木材含水率及其分布产生变化同时，会造成木材内产生应力和干燥等缺陷。主要原因在于热促使细胞壁物质分子运动加剧，内摩擦减少，微i

12、li度r纤丝间松动增加，引起木材强度下降。如水热处理情况下，温度超过180r，木材物质会发生分解；或在83C左右条件下，长期受热,ili度r5.1.4木材的长期荷载荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响木材强度的最显著因素之一。拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，横纹方向最小。5.1.5纹理方向及超微构造的影响荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响木材强度的最显著因素之一。拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，横纹方向最小。5.1.6缺陷的影响有节子的木材一旦受到外力作用，节子及节子周围产生应力集中，与同一比重的无节木材相比，表示出小的弹性模量。1卵圆形、2长条形和3掌状节11一活节和2死节6.1木

13、材的允许应力木材各种强度值一般都是用无疵小试件在特定的条件下按规定的试验标准测定的，与实际的使用情况有很大差别。因此在实际应用中要考虑各种因素的影响。木材容许应力是指木构件在使用或荷载条件下能长期安全地承受的最大应力。对标准试验方法所测得的强度值进行适当折扣，折扣率称为折扣系数，折扣系数之倒数称为安全系数。6.1.1木材强度的变异木材是生物材料，变异较大。因树种、产地和木材在树干中的部位不同，木材强度存在着变异。因此除了解木材的平均强度以外，还应了解木材强度的变化异范围，用变异系数(V)来表示。6.1.2荷载的持久性目前长期荷载对木材强度的影响，许多国家都采用小而无疵试样强度的2/3（即0.6

14、7）作为长期荷载强度的数值；若为恒载，则用1/2。建筑结构物大部均为恒载和活载的共同作用，故在木结构设计规范中，引用的长期荷载强度折减系数K2=0.67。6.1.3木材缺陷对强度的影响构件的受力类型节径比折减系数K3顺纹受拉1/30.38顺纹受压1/20.67抗弯2/50.52顺纹受剪0.806.1.4构件干燥缺陷的影响用来推算木材容许应力的木材强度，是以木材含水率为12为基准。木结构工程中，因条件限制大部分使用湿村作构件。当湿材在气干过程中，一般都要发生开裂和挠曲，从而降低构件的强度。因此也要考虑木材干燥产生缺陷的影响。6.1.5荷载偏差的折减荷载的超载、结构设计与施工的偏差以及构件缺口处引

15、起的应力的集中（应力集中主要考虑顺纹拉伸），均可影响构件的强度，对于这些因子，木结构设计规范均确定了折减系数。6.1.6木材容许应力应考虑的因素1）木材强度的变异K=1-2.33V（变异系数）2）荷载的持久性K23）木材缺陷对强度的影响K34）构件干燥缺陷影响K45）应力集中系数K56）超载系数K67）结构偏差系数K7各项因素对木材强度的影响系数受力性质KKKKKK123456抗弯0670.520801.20110顺纹抗压0670.671.001.20110顺纹抗拉0670380850901.20110顺纹抗剪0670800751.20110。=12XK!XK2XK3XK4XK5/（K6XK7

16、）K=ai2XK1XK2XK3XK4XK5/（K6XK7）木结构部件安全系数为折减系数之倒数，为强度平均值。与容许应力o的比值，其计算公式为：A=1/K=o/o在我国木结构的安全系数一般为3.56.0,比金属等其它材料要高。71常用木材物理力学性能物理力学指标分级标准表1物理力学指标分级标准分级基本密度/（g/cm3）气干密/伽3)干缩度/%（生材气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量符a顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向生材全干生材气干生材全干生材气干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国内常见树种物理力学性能树种试验时含水率/%气干密度/(g/cm3)干缩率/%（生材一气干）顺纹抗压强度/MPa抗弯强度/MPa抗弯弹性模量/GPa顺纹抗剪强度/MPa端面硬度/N径向弦向福建柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII银杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南油松15.0II川1IIIII,IVII,IIIII,IIIIIIIIII落叶松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川红杉15.0IIIIIIVIIIIIIIII

18、II云杉15.0I川IIIIII,III,III,IIII湿地松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII红松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII广东15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII广东松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII马尾松15.0II川III,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III铁杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII陆均松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII鸡毛松15.0IIIIIIIIIIIIII

19、IVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIIIIII消极和15.0IIIIIIIIII槭木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV,V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南桤木15.0IIIIIIIIIII光皮桦15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,IV白桦15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋枫15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIIV青冈15.0IVIII,IVIVVIV,V水青冈15.0IVIIIIIIIVIII麻栎15.0IVIII,IVIII,IVIIIVIV白栎15.0IVI

20、IIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV枫香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核桃15.0III,IVIIIIII,IVIIIIVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII枫杨15.0IIIIIIII香樟15.0II，IIIIIIIIIII铁刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黄檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐树15.0III,IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,IV鹅掌楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲柳15.0II

21、IIIIIIIIII,IVIII小叶杨15.0III,III,III,IIII山杨15.0III,III,IIIIII,II拟赤杨15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII榉树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、莲15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIIIIVIII异翅香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV双翅龙脑香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,IV龙脑香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂坡垒15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V渐尖叶坡垒15.0III,IVIII,IVIII,IVIIIVIV深红婆罗双15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII浅红婆罗双15.0IIIIIIIIIIII

23、II,IIII黄婆罗双15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆罗双15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII平滑婆罗双15.0VIIIIVVVVV吉索婆罗双15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石栎15.0IVIIIIIIIVVIV海棠木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV铁力木15.0VVVVVV坤甸铁木15.0VIVIV,VVIII,VIV湿地木姜子15.0IVIVIVIVIVIVI,III铁刀木15.0lll,IVIIIIII,IVIIIIV黑黄檀15.0IV,VIVIV,VIIIV宽叶黄檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黄檀15.0VVV格木15.0IV,VVIV,V伯利印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV大甘巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV马来甘巴豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII大花米仔兰15.0IIIIV