巖土工程師輔導(dǎo)資料:木材的力學(xué)性質(zhì)

　　木材的力學(xué)性質(zhì)也具各向異性的特點(diǎn)。當(dāng)受力方向與纖維方向?致時(shí)，為順紋受力。當(dāng)受力方向垂直于纖維方向時(shí)，為橫紋受力。 $lesson$

　　木材中由厚壁細(xì)胞承擔(dān)外力，這類細(xì)胞愈多，細(xì)胞壁愈厚，則強(qiáng)度愈高，因此，木材的表觀密度愈大、夏材含量愈多，則強(qiáng)度愈高。

　　1)抗拉強(qiáng)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(qiáng)度是木材所有強(qiáng)度中最大的，約為順紋抗壓強(qiáng)度的2～3倍。木材的疵點(diǎn)(木節(jié)、斜紋等)對(duì)順紋抗拉強(qiáng)度影響很大，因而木材實(shí)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(yīng)力復(fù)雜，使順紋抗拉強(qiáng)度難以充分利用。

　　木材橫紋抗拉強(qiáng)度很小，僅為順紋抗拉強(qiáng)度的2.5%～10%，工程中?般不使用。

　　2)抗壓強(qiáng)度

　　(1)順紋抗壓。木材順紋受壓破壞是木材細(xì)胞壁喪失穩(wěn)定性的結(jié)果，而非纖維的斷裂。木材順紋抗壓強(qiáng)度較高，僅次于順紋抗拉與抗彎強(qiáng)度，且木材的疵點(diǎn)對(duì)其影響甚小，因此這種強(qiáng)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(xì)胞腔被壓扁，產(chǎn)生大量變形。開始時(shí)變形與外力成正比，超過比例極限時(shí)，細(xì)胞壁失去穩(wěn)定，細(xì)胞腔被壓扁。木材的橫紋抗壓強(qiáng)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(qiáng)度極限指標(biāo)。橫紋抗壓強(qiáng)度?般為順紋抗壓強(qiáng)度的10%～20%。

　　3)抗彎強(qiáng)度

　　木材受彎曲時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力復(fù)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(yīng)力。木材受彎時(shí)，受壓區(qū)首先達(dá)到強(qiáng)度極限，出現(xiàn)小皺紋，但不立即破壞，隨著外力增大，受壓區(qū)皺紋擴(kuò)展，產(chǎn)生大量塑性變形，受拉區(qū)達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，纖維本身及纖維間聯(lián)結(jié)斷裂而導(dǎo)致破壞。

　　木材順紋抗彎強(qiáng)度很高，為順紋抗壓強(qiáng)度的1.5～2倍，所以土木工程中應(yīng)用很廣。但木材疵病對(duì)其影響很大，特別是當(dāng)它們分布在受拉區(qū)時(shí)。

　　4)抗剪強(qiáng)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(lián)結(jié)。所以順紋抗剪強(qiáng)度很小，為順紋抗壓強(qiáng)度的15%～30%。木材中疵病對(duì)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(lián)結(jié)破壞，因此橫紋抗剪強(qiáng)度比順紋抗剪強(qiáng)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(qiáng)度較大，為順紋抗剪強(qiáng)度的4～5倍。

　　為了便于比較，現(xiàn)將木材各種強(qiáng)度間數(shù)值大小關(guān)系列于表10.7.1中。

　　表10.7.1　木材各種強(qiáng)度的大小關(guān)系

　　5)影響木材強(qiáng)度的主要因素

　　(1)含水量的影響。含水量在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí)，木材強(qiáng)度不變;在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，隨含水量降低強(qiáng)度增大，反之則強(qiáng)度減小。見圖10.7.2。

　　含水量的變化，對(duì)抗彎和順紋抗壓影響較大，對(duì)順紋抗剪影響小，對(duì)順紋抗拉幾乎無影響。見圖10.7.2。

　　圖10.7.2含水量對(duì)木材強(qiáng)度的影響

　　l?順紋受拉;2?彎曲;3?順紋受壓;4?順紋受剪

　　(2)負(fù)荷時(shí)間的影響。木材對(duì)長(zhǎng)期荷載的抵抗能力與暫時(shí)荷載不同，在長(zhǎng)期荷載作用下木材產(chǎn)生蠕滑。最終產(chǎn)生大量變形。木材在長(zhǎng)期荷載作用下不引起破壞的最大強(qiáng)度，稱持久強(qiáng)度，?般為極限強(qiáng)度的50%～60%。

　　(3)溫度的影響。木材隨溫度升高，強(qiáng)度降低。

　　(4)疵點(diǎn)(病)的影響。木材的疵點(diǎn)主要有木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。

　　木節(jié)分活節(jié)、死節(jié)、松軟節(jié)、腐朽節(jié)等，活節(jié)影響較小。木節(jié)、斜紋它們對(duì)力學(xué)性能的影響見強(qiáng)度部分。

　　裂紋、腐朽、蟲害等，造成木林構(gòu)造的不連續(xù)性或組織破壞，嚴(yán)重影響木材的力學(xué)性質(zhì)。

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