花旗松工程木的材性研究

曹海

（黃山學院 建筑系，安徽 黃山 245041）

花旗松工程木的材性研究

曹海

（黃山學院 建筑系，安徽 黃山 245041）

工程木是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的常用材料，依據(jù)相關標準試驗測定花旗松的物理力學性能，得出了花旗松木構(gòu)件的本構(gòu)關系，即木材受拉時為線彈性，受壓時為彈塑性，這為木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的理論分析和試驗研究提供了借鑒作用。

花旗松；工程木；材性

1 材性試驗研究

本試驗所采用的木材均為花旗松工程木，由綠色建材中心加工廠所生產(chǎn)，工廠通過：制材→窯干→木材分級→指接→刨光→涂膠→加壓膠合→整形加工→檢驗等主要加工工藝制成。

1.1 木材密度、含水率測定

1.1.1 試件設計

取10個尺寸為20mm×20mm×20mm的試件進行木材密度和含水率測定。清除干凈附在試件上的木屑、碎片等后，采用分辨率為0.02mm的游標卡尺復核所有的試件，所得數(shù)據(jù)見表1。

1.1.2 試驗步驟

根據(jù)我國《木材密度測定方法》（GB1933-91）和《木材含水率測定方法》（GB1931-91）進行試驗研究。[1,2]

1.1.3 試驗結(jié)果分析

通過計算得花旗松膠合木的平均氣干密度為0.436g/cm3，變異系數(shù)為3.99%；平均含水率為9.95%，變異系數(shù)為2.98%；平均全干比重為0.393，變異系數(shù)為4.25%。

表1 木材的物理性能

1.2 木材順紋抗拉試驗

1.2.1 試件設計

取10個試件進行木材順紋抗拉試驗。由于本試驗木材采用膠合木，考慮到木材構(gòu)造中不可避免的存在著指接部分，所以試件的選取分為5個順紋無指接抗拉試件，5個順紋有指接抗拉試件（具體尺寸見圖1），且指接部分必須在有效測試段中部。

圖1 抗拉構(gòu)件尺寸與試驗裝置

1.2.2 加載、量測方案

根據(jù)我國 《木材順紋抗拉強度試驗方法》（GB1938-91）和ASTM D143-94進行木材抗拉試驗。[3]

1.2.3 試驗結(jié)果分析

表2 木材抗拉強度

1.3 木材順紋抗壓試驗

1.3.1 試件設計

取10個順紋抗壓試件進行木材抗壓試驗，且試件都是正方形截面，具體尺寸分別為：順紋抗壓時采用300mm×60mm×60mm。兩端面平整、相互平行并垂直于縱軸線。

1.3.2 加載、量測方案

根據(jù)我國 《木結(jié)構(gòu)試驗方法標準》（GB/T 50329-2002）、《木材順紋抗壓強度試驗方法》（GB1935-91）、《木材順紋抗壓彈性模量測定方法》（GB/T 15777-1995）進行木材抗壓試驗。[4-8]如圖2所示。

圖2 順紋抗壓試驗裝置

1.3.3 試驗結(jié)果分析

表3 木材抗壓強度

通過計算得花旗松工程木的平均順紋抗壓強度為 45.47N/mm2，平均順紋抗壓彈性模量為7296.31N/mm2。彈性模量測定完成后，對試件進行連續(xù)均勻加荷，并讀取相應變形值，直至試件破壞。測得花旗松受壓極限應變?yōu)?.028。

1.4 木材抗剪試驗

1.4.1 試件設計

取20個試件進行木材抗剪試驗，10個試件為徑面受剪，另10個試件為弦面受剪，定義長度為順紋方向，試件形狀、尺寸見圖3。

圖3

1.4.2 加載、量測方案

根據(jù)我國 《木材順紋抗剪強度試驗方法》（GB1937-91）[9]和ASTM D143-94進行木材抗剪試驗。

1.4.3 試驗結(jié)果分析

表4 木材抗剪強度

1.5 花旗松工程木物理力學性能

根據(jù)以上試驗結(jié)果及分析，并補充密度與含水率試驗結(jié)果，將木質(zhì)材料的物理力學性能匯總于表5。

表5 木質(zhì)材料的物理力學性能

2 小 結(jié)

本文對花旗松工程木的材料性能進行了一定的試驗研究，內(nèi)容包括密度、含水率、和木材的抗拉、抗壓、抗剪強度，針對各組試驗的不同要求，分別進行了試件的設計、加載和量測方案的確定以及試驗結(jié)果的分析，現(xiàn)主要得到以下幾點結(jié)論。

1.本文采用的花旗松工程木的平均含水率為9.95%，相對12%的含水率低2.05%，但在9%-15%范圍內(nèi)，所以測出的工程木強度不需考慮含水率調(diào)整系數(shù)可直接作為工程設計值的參考。

2.從木材的抗拉、抗壓試驗及前期研究發(fā)現(xiàn)木材受拉時為線彈性，受壓時為彈塑性，并且給出了相應的物理力學參數(shù)，為今后的試驗研究和理論分析奠定了基礎。

3.木材的順紋受剪強度明顯低于木材的順紋抗拉、壓強度，因而在構(gòu)件受彎承載設計時應盡量避免木材受剪破壞。

[1]中國建筑科學研究院.木材密度測定方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:14-15.

[2]中國建筑科學研究院.木材含水率測定方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:11-12.

[3]中國建筑科學研究院.木材順紋抗拉強度試驗方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:17-18.

[4]中國建筑科學研究院.木結(jié)構(gòu)試驗方法標準[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002:23-24.

[5]中國建筑科學研究院.木材順紋抗壓強度試驗方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:5-6.

[6]中國建筑科學研究院.木材順紋抗壓彈性模量測定方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1995:13-16.

[7]中國建筑科學研究院.木材橫紋抗壓試驗方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:3-8.

[8]中國建筑科學研究院.木材橫紋抗壓彈性模量測定方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:12-19.

[9]中國建筑科學研究院.木材順紋抗剪強度試驗方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1991:10-15.

A Study on Physical and Mechanical Properties of Douglas-fir Engineered Wood

Cao Hai
(Department of Architecture,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Engineered wood is a commonly used material for modern wooden architecture.According to relevant standards,the physical and mechanical properties of douglas-fir are tested.The constitutive relation of timber compoments for douglas-fir wood is obtained:the constitutive relation is linear-elastic in tension,but elastic-plastic in compression.The findings provide references for theoretical analysis and experimental study of wood structural members.

douglas-fir wood;engineered wood;physical and mechanical property

TU531.15

A

1672-447X(2010)04-0095-03

2010-03-17

黃山學院自然科學研究項目（2010xkj021）

曹 海（1984-），安徽績溪人，黃山學院建筑系教師，研究方向為結(jié)構(gòu)工程。

胡德明