一级建筑师建筑材料与构造:木材的物理力学性质

　　木材的物理力学性质

　　(一)密度与表观密度

　　木材的密度各树种相差不大,一般在1. 48-1. 56g/cm3之间。木材的表观密度则随 木材孔隙率、含水量及其他一些因素的变化而不同,一般有气干表观密度、绝干表观密度 和饱水表观密度之分。木材的表观密度越大,其湿胀干缩率也越大。处于气干状态下的木材表观密度平均约为500kg/m3。

　　(二)含水率和吸湿性

　　木材的含水率是指木材所含水的质量占干燥木材质量的百分数。含水率的大小对木材 的湿胀干缩性和强度影响很大。新伐木材的含水率常在35%以上;风干木材的含水率为 15%-25% ;室内干燥木材的含水率为8%-15%。

　　木材中所含水分可分为自由水、吸附水和结合水三种。自由水的变化只影响木材的表 观密度、燃烧性和抗腐蚀性,而吸附水的变化是影响木材强度和胀缩变形的主要因素,结 合水在常温下不发生变化,对木材性质元影响。当木材中无自由水,而细胞壁内充满吸附 水并达到饱和时的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转 折点,其值随树种不同而异,通常介于25%-35%之间,平均值约为30%。 木材的吸湿性是双向的,其含水率随环境温度和湿度而变化。当木材长时间处于一 定温度和湿度的环境中时,其含水率会趋于稳定,此时的含水率称为木材的平衡含水率。

　　(三)湿胀与干缩变形

　　木材的纤维细胞组织构造使木材具有显著的湿胀干缩变形特性。木材发生湿胀干缩变形的规律是:当木材含水率在纤维饱和点以下时,随着含水率的增大,木材体积产生膨胀;相反亦然。而当木材含水率在纤维饱和点以上变化时,只是自由水增加,而木材的质量,体积不发生改变。

　　同一木材中,弦向胀缩变形最大,径向次之,纵向最小。

　　为避免胀缩对木材的不利影响,通常在加工前将木材进行干燥处理,使其含水率达到与其使用环境相适应的平衡含水率。

　　(四)木材的强度及其影响因素

　　由于木材是各向异性材料,因而其强度有顺纹和横纹之分。

　　1.抗压强度

　　木材的顺纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维方向平行时的强度;横纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维垂直时的强度。顺纹抗压强度大大高于横纹抗压强度。

　　2.抗拉强度

　　顺纹抗拉强度是指拉力方向与木材纤维方向一致时的强度,也是木材所有强度中最高的。木材横纹抗拉强度很低,工程中一般只利用木材的顺纹抗拉强度。

　　3.抗弯强度

　　木材受弯破坏时,首先是受压区达到强度极限,产生较大变形,但构件仍能继续承 载,随后抗拉区也达到强度极限,纤维间的连接被撕裂及纤维的断裂导致最终破坏。

　　4.抗剪强度

　　木材受剪时分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种。其中横纹切断强度 最高, 顺纹剪切强度次之,横纹剪切强度最低。

　　以木材的顺纹抗压强度为1,木材各种强度之间的比例关系如表1-45所示。

　　木材各种强度大小关系 表1-45

　　5.影响木材强度的主要因素

　　(1)含水量

　　木材强度受含水量影响很大。当木材含水率在纤维饱和点以下时,随含水率降低,木材强度提高;反之,强度降低。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时,强度不变。为便于比较,我国标准《木材物理力学试验方法》(GB 1927~1943-91)规定测定木 材强度以含水率12%时的强度测定值作为标准,其他含水率下的强度可按下式换算成标 准含水率时的强度。

　　σ12=σw[l十a(w-12)] (1-45)

　　式中σ12――含水率为12%时的木材强度;

　　σw一一含水率为w%时的木材强度;

　　w――试验时木材含水率;

　　α一一一木材含水率校正系数。

　　α随作用力和树种的不同而不同,如顺纹抗压所有树种均为0.05;顺纹抗拉时阔叶树为0.015,针叶树为0;抗弯所有树种为0. 04; 顺纹抗剪所有树种为0.03。

　　(2)负荷时间

　　木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最高强度称为持久强度。木材的持久强度仅为短期极限强度的50%~60%。木结构通常都处于长期负荷状态,因此,在设计时应考虑负荷时间的影响。

　　(3)环境温度

　　木材的强度随环境温度升高而降低。长期处于50℃以上的建筑物不宜采用木结构。

　　(4)疵病

　　木材在生长、采伐、保存过程中,所产生的内部和外部的缺陷,统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或多或少都存在一些疵病,致使木材的物理力学性能受到影响。

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