一級建筑師建筑材料與構造:木材的物理力學性質

　　木材的物理力學性質

　　(一)密度與表觀密度

　　木材的密度各樹種相差不大,一般在1. 48-1. 56g/cm3之間。木材的表觀密度則隨 木材孔隙率、含水量及其他一些因素的變化而不同,一般有氣干表觀密度、絕干表觀密度 和飽水表觀密度之分。木材的表觀密度越大,其濕脹干縮率也越大。處于氣干狀態(tài)下的木材表觀密度平均約為500kg/m3。

　　(二)含水率和吸濕性

　　木材的含水率是指木材所含水的質量占干燥木材質量的百分數(shù)。含水率的大小對木材 的濕脹干縮性和強度影響很大。新伐木材的含水率常在35%以上;風干木材的含水率為 15%-25% ;室內干燥木材的含水率為8%-15%。

　　木材中所含水分可分為自由水、吸附水和結合水三種。自由水的變化只影響木材的表 觀密度、燃燒性和抗腐蝕性,而吸附水的變化是影響木材強度和脹縮變形的主要因素,結 合水在常溫下不發(fā)生變化,對木材性質元影響。當木材中無自由水,而細胞壁內充滿吸附 水并達到飽和時的含水率稱為纖維飽和點。纖維飽和點是木材物理力學性質發(fā)生變化的轉 折點,其值隨樹種不同而異,通常介于25%-35%之間,平均值約為30%。 木材的吸濕性是雙向的,其含水率隨環(huán)境溫度和濕度而變化。當木材長時間處于一 定溫度和濕度的環(huán)境中時,其含水率會趨于穩(wěn)定,此時的含水率稱為木材的平衡含水率。

　　(三)濕脹與干縮變形

　　木材的纖維細胞組織構造使木材具有顯著的濕脹干縮變形特性。木材發(fā)生濕脹干縮變形的規(guī)律是:當木材含水率在纖維飽和點以下時,隨著含水率的增大,木材體積產(chǎn)生膨脹;相反亦然。而當木材含水率在纖維飽和點以上變化時,只是自由水增加,而木材的質量,體積不發(fā)生改變。

　　同一木材中,弦向脹縮變形最大,徑向次之,縱向最小。

　　為避免脹縮對木材的不利影響,通常在加工前將木材進行干燥處理,使其含水率達到與其使用環(huán)境相適應的平衡含水率。

　　(四)木材的強度及其影響因素

　　由于木材是各向異性材料,因而其強度有順紋和橫紋之分。

　　1.抗壓強度

　　木材的順紋抗壓強度是指壓力作用方向與木材纖維方向平行時的強度;橫紋抗壓強度是指壓力作用方向與木材纖維垂直時的強度。順紋抗壓強度大大高于橫紋抗壓強度。

　　2.抗拉強度

　　順紋抗拉強度是指拉力方向與木材纖維方向一致時的強度,也是木材所有強度中最高的。木材橫紋抗拉強度很低,工程中一般只利用木材的順紋抗拉強度。

　　3.抗彎強度

　　木材受彎破壞時,首先是受壓區(qū)達到強度極限,產(chǎn)生較大變形,但構件仍能繼續(xù)承 載,隨后抗拉區(qū)也達到強度極限,纖維間的連接被撕裂及纖維的斷裂導致最終破壞。

　　4.抗剪強度

　　木材受剪時分為順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷三種。其中橫紋切斷強度 最高, 順紋剪切強度次之,橫紋剪切強度最低。

　　以木材的順紋抗壓強度為1,木材各種強度之間的比例關系如表1-45所示。

　　木材各種強度大小關系 表1-45

　　5.影響木材強度的主要因素

　　(1)含水量

　　木材強度受含水量影響很大。當木材含水率在纖維飽和點以下時,隨含水率降低,木材強度提高;反之,強度降低。當木材含水率在纖維飽和點以上變化時,強度不變。為便于比較,我國標準《木材物理力學試驗方法》(GB 1927~1943-91)規(guī)定測定木 材強度以含水率12%時的強度測定值作為標準,其他含水率下的強度可按下式換算成標 準含水率時的強度。

　　σ12=σw[l十a(chǎn)(w-12)] (1-45)

　　式中σ12――含水率為12%時的木材強度;

　　σw一一含水率為w%時的木材強度;

　　w――試驗時木材含水率;

　　α一一一木材含水率校正系數(shù)。

　　α隨作用力和樹種的不同而不同,如順紋抗壓所有樹種均為0.05;順紋抗拉時闊葉樹為0.015,針葉樹為0;抗彎所有樹種為0. 04; 順紋抗剪所有樹種為0.03。

　　(2)負荷時間

　　木材在長期荷載作用下不致引起破壞的最高強度稱為持久強度。木材的持久強度僅為短期極限強度的50%~60%。木結構通常都處于長期負荷狀態(tài),因此,在設計時應考慮負荷時間的影響。

　　(3)環(huán)境溫度

　　木材的強度隨環(huán)境溫度升高而降低。長期處于50℃以上的建筑物不宜采用木結構。

　　(4)疵病

　　木材在生長、采伐、保存過程中,所產(chǎn)生的內部和外部的缺陷,統(tǒng)稱為疵病。木材的疵病主要有木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。一般木材或多或少都存在一些疵病,致使木材的物理力學性能受到影響。

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