一級(jí)建筑師建筑材料與構(gòu)造:木材的物理力學(xué)性質(zhì)

　　木材的物理力學(xué)性質(zhì)

　　(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(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。含水率的大小對(duì)木材 的濕脹干縮性和強(qiáng)度影響很大。新伐木材的含水率常在35%以上;風(fēng)干木材的含水率為 15%-25% ;室內(nèi)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(jié)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(qiáng)度和脹縮變形的主要因素,結(jié) 合水在常溫下不發(fā)生變化,對(duì)木材性質(zhì)元影響。當(dāng)木材中無(wú)自由水,而細(xì)胞壁內(nèi)充滿吸附 水并達(dá)到飽和時(shí)的含水率稱為纖維飽和點(diǎn)。纖維飽和點(diǎn)是木材物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的轉(zhuǎn) 折點(diǎn),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(dāng)木材長(zhǎng)時(shí)間處于一 定溫度和濕度的環(huán)境中時(shí),其含水率會(huì)趨于穩(wěn)定,此時(shí)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(xì)胞組織構(gòu)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(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí),隨著含水率的增大,木材體積產(chǎn)生膨脹;相反亦然。而當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí),只是自由水增加,而木材的質(zhì)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(duì)木材的不利影響,通常在加工前將木材進(jìn)行干燥處理,使其含水率達(dá)到與其使用環(huán)境相適應(yīng)的平衡含水率。

　　(四)木材的強(qiáng)度及其影響因素

　　由于木材是各向異性材料,因而其強(qiáng)度有順紋和橫紋之分。

　　1.抗壓強(qiáng)度

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

　　2.抗拉強(qiáng)度

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

　　3.抗彎強(qiáng)度

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

　　4.抗剪強(qiáng)度

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

　　以木材的順紋抗壓強(qiáng)度為1,木材各種強(qiáng)度之間的比例關(guān)系如表1-45所示。

　　木材各種強(qiáng)度大小關(guān)系 表1-45

　　5.影響木材強(qiáng)度的主要因素

　　(1)含水量

　　木材強(qiáng)度受含水量影響很大。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí),隨含水率降低,木材強(qiáng)度提高;反之,強(qiáng)度降低。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí),強(qiáng)度不變。為便于比較,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》(GB 1927~1943-91)規(guī)定測(cè)定木 材強(qiáng)度以含水率12%時(shí)的強(qiáng)度測(cè)定值作為標(biāo)準(zhǔn),其他含水率下的強(qiáng)度可按下式換算成標(biāo) 準(zhǔn)含水率時(shí)的強(qiáng)度。

　　σ12=σw[l十a(chǎn)(w-12)] (1-45)

　　式中σ12――含水率為12%時(shí)的木材強(qiáng)度;

　　σw一一含水率為w%時(shí)的木材強(qiáng)度;

　　w――試驗(yàn)時(shí)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(shí)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(fù)荷時(shí)間

　　木材在長(zhǎng)期荷載作用下不致引起破壞的最高強(qiáng)度稱為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度僅為短期極限強(qiáng)度的50%~60%。木結(jié)構(gòu)通常都處于長(zhǎng)期負(fù)荷狀態(tài),因此,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷時(shí)間的影響。

　　(3)環(huán)境溫度

　　木材的強(qiáng)度隨環(huán)境溫度升高而降低。長(zhǎng)期處于50℃以上的建筑物不宜采用木結(jié)構(gòu)。

　　(4)疵病

　　木材在生長(zhǎng)、采伐、保存過(guò)程中,所產(chǎn)生的內(nèi)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(xué)性能受到影響。

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