巖土工程師輔導資料:木材的力學性質


木材的力學性質也具各向異性的特點。當受力方向與纖維方向?致時,為順紋受力。當受力方向垂直于纖維方向時,為橫紋受力。 $lesson$
木材中由厚壁細胞承擔外力,這類細胞愈多,細胞壁愈厚,則強度愈高,因此,木材的表觀密度愈大、夏材含量愈多,則強度愈高。
1)抗拉強度
木材順紋受拉破壞,往往木纖維未被拉斷,而纖維間先被撕裂。順紋抗拉強度是木材所有強度中最大的,約為順紋抗壓強度的2~3倍。木材的疵點(木節、斜紋等)對順紋抗拉強度影響很大,因而木材實際的順紋抗拉能力反較順紋抗壓能力低。再者,木材受拉桿件連接處應力復雜,使順紋抗拉強度難以充分利用。
木材橫紋抗拉強度很小,僅為順紋抗拉強度的2.5%~10%,工程中?般不使用。
2)抗壓強度
(1)順紋抗壓。木材順紋受壓破壞是木材細胞壁喪失穩定性的結果,而非纖維的斷裂。木材順紋抗壓強度較高,僅次于順紋抗拉與抗彎強度,且木材的疵點對其影響甚小,因此這種強度在土木工程中利用最廣。
(2)橫紋抗壓。這種受壓作用,使木材的細胞腔被壓扁,產生大量變形。開始時變形與外力成正比,超過比例極限時,細胞壁失去穩定,細胞腔被壓扁。木材的橫紋抗壓強度以使用中所限制的變形量來決定,通常取其比例極限作為橫紋抗壓強度極限指標。橫紋抗壓強度?般為順紋抗壓強度的10%~20%。
3)抗彎強度
木材受彎曲時,內部應力復雜,在梁的上部受到順紋抗壓、下部為順紋抗拉,而在水平面和垂直面中是剪應力。木材受彎時,受壓區首先達到強度極限,出現小皺紋,但不立即破壞,隨著外力增大,受壓區皺紋擴展,產生大量塑性變形,受拉區達到強度極限時,纖維本身及纖維間聯結斷裂而導致破壞。
木材順紋抗彎強度很高,為順紋抗壓強度的1.5~2倍,所以土木工程中應用很廣。但木材疵病對其影響很大,特別是當它們分布在受拉區時。
4)抗剪強度
(1)順紋抗剪。這種受剪作用,絕大部分纖維本身不破壞,而只破壞剪切面中纖維間的聯結。所以順紋抗剪強度很小,為順紋抗壓強度的15%~30%。木材中疵病對其影響顯著。
(2)橫紋抗剪。這種受剪作用,是剪切面中纖維的橫向聯結破壞,因此橫紋抗剪強度比順紋抗剪強度還低。
(3)橫紋切斷。這種剪切破壞是將木材纖維橫向切斷,因此這種強度較大,為順紋抗剪強度的4~5倍。
為了便于比較,現將木材各種強度間數值大小關系列于表10.7.1中。
表10.7.1 木材各種強度的大小關系
5)影響木材強度的主要因素
(1)含水量的影響。含水量在纖維飽和點以上變化時,木材強度不變;在纖維飽和點以下時,隨含水量降低強度增大,反之則強度減小。見圖10.7.2。
含水量的變化,對抗彎和順紋抗壓影響較大,對順紋抗剪影響小,對順紋抗拉幾乎無影響。見圖10.7.2。
圖10.7.2含水量對木材強度的影響
l?順紋受拉;2?彎曲;3?順紋受壓;4?順紋受剪
(2)負荷時間的影響。木材對長期荷載的抵抗能力與暫時荷載不同,在長期荷載作用下木材產生蠕滑。最終產生大量變形。木材在長期荷載作用下不引起破壞的最大強度,稱持久強度,?般為極限強度的50%~60%。
(3)溫度的影響。木材隨溫度升高,強度降低。
(4)疵點(病)的影響。木材的疵點主要有木節、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。
木節分活節、死節、松軟節、腐朽節等,活節影響較小。木節、斜紋它們對力學性能的影響見強度部分。
裂紋、腐朽、蟲害等,造成木林構造的不連續性或組織破壞,嚴重影響木材的力學性質。
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