龍骨結(jié)構(gòu)對(duì)體育木地板的沖擊吸收率性能研究

摘要： 為了深入研究龍骨結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)體育木地板沖擊性能的影響，對(duì)不同龍骨結(jié)構(gòu)、材料的體育木地板進(jìn)行沖擊吸收率比對(duì)分析。結(jié)果表明：體育木地板的結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊吸收率有顯著影響，龍骨結(jié)構(gòu)的差異會(huì)導(dǎo)致沖擊吸收率的變化，沖擊點(diǎn)位因龍骨位置影響體育木地板的沖擊吸收率。實(shí)木龍骨結(jié)構(gòu)的體育木地板沖擊吸收率普遍優(yōu)于LVL龍骨結(jié)構(gòu)。單層實(shí)木龍骨和單層LVL龍骨的平均沖擊吸收率分別為56.1%和54.9%，雙層實(shí)木龍骨和雙層LVL龍骨的平均沖擊吸收率分別為55.3%和54.4%。體育木地板龍骨上的沖擊點(diǎn)位低于無(wú)龍骨位置的沖擊點(diǎn)位，雙層龍骨體育木地板的龍骨交叉沖擊點(diǎn)位的沖擊吸收率最低，對(duì)雙層龍骨結(jié)構(gòu)的沖擊吸收率整體結(jié)果影響較大，龍骨結(jié)構(gòu)是影響體育木地板沖擊吸收率的關(guān)鍵因素之一。

關(guān)鍵詞： 體育木地板； 沖擊吸收率； 龍骨

中圖分類號(hào)： TS 66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1001 - 9499（2024）05 - 0047 - 05

Research on Impact Absorption Rate Performance of Sports Wood Flooring with Different Beam Structures

Abstract In order to investigate the influence of the structural parameters of the dragon bone on the impact performance of sports wooden flooring， a comparative analysis of the impact absorption rates of different "dragon bone" structures and materials was conducted. The results indicate that the structure of sports wooden flooring has a significant impact on the impact absorption rate， and the differences in dragon bone structures lead to changes in the impact absorption rate. The impact absorption rate of sports wooden flooring is affected by the impact location due to the location of the dragon bone. Solid wood dragon bone structures generally have better impact absorption rates than LVL dragon bone structures. The average impact absorption rates of single-layer solid wood dragon bone and single-layer LVL dragon bone are 56.1% and 54.9%， respectively. The average impact absorption rates of double-layer solid wood dragon bone and double-layer LVL dragon bone are 55.3% and 54.4%， respectively. The impact points on the dragon bones of sports wooden flooring are lower than those at no-dragon bone locations， and the impact absorption rate at the cross-impact points on double-layer dragon bone sports wooden flooring is lowest， which has a significant impact on the overall impact absorption rate of double-layer dragon bone structures. The dragon bone structure is one of the key factors influencing the impact absorption rate of sports wooden flooring.

Key words sports wood flooring; impact absorption rate; beam structure

體育木地板作為一種功能性工程地面材料，具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它涉及的應(yīng)用材料種類繁多，制造工藝特殊，施工裝配技術(shù)復(fù)雜，是一種復(fù)合型工程地面產(chǎn)品。主要用于高等級(jí)職業(yè)競(jìng)賽、專業(yè)訓(xùn)練、健身或娛樂(lè)等各種體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館或活動(dòng)場(chǎng)所[ 1 ]。

體育木地板不僅具備了民用地板的基本特性，還需要滿足更高的材料性能和功能性技術(shù)指標(biāo)[ 2 ]。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20239《體育館用木質(zhì)地板》的規(guī)定[ 3 ]，沖擊吸收率、標(biāo)準(zhǔn)垂直變形、相對(duì)垂直變形、抗?jié)L動(dòng)載荷性能和滑動(dòng)摩擦系數(shù)等指標(biāo)是衡量體育木地板性能的重要參數(shù)。其中，沖擊吸收率是體育木地板性能評(píng)價(jià)中的核心指標(biāo)，反映了體育木地板在受到?jīng)_擊時(shí)的能量吸收能力，直接決定了運(yùn)動(dòng)員在地板上運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全性。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在地板上奔跑、跳躍時(shí)，地板如果能夠有效地吸收這些沖擊能量，就能夠減少運(yùn)動(dòng)員身體受到的沖擊，延緩運(yùn)動(dòng)疲勞，避免運(yùn)動(dòng)損傷。因此，體育木地板的沖擊吸收性能越好，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的保護(hù)作用就越顯著[ 4 ]。

而在體育木地板的設(shè)計(jì)和構(gòu)建中，龍骨作為體育木地板的支撐結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)、選材和裝配方式及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于整個(gè)地板系統(tǒng)主要性能指標(biāo)具有顯著影響[ 5 ]。不同的龍骨結(jié)構(gòu)、布局方式、尺寸、材料類型和測(cè)試點(diǎn)位等因素共同決定了體育木地板在受到?jīng)_擊時(shí)的響應(yīng)[ 6 ]。合理的龍骨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效地分散和緩沖運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力，避免沖擊力直接作用于地板表面，從而降低運(yùn)動(dòng)員受傷的風(fēng)險(xiǎn)[ 7 ]。

為了深入研究龍骨結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)體育木地板功能性能的影響，本文選取了兩種不同的龍骨、材料及不同的測(cè)試點(diǎn)位作為變量，進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和研究。通過(guò)對(duì)比分析，揭示了不同龍骨結(jié)構(gòu)對(duì)體育木地板沖擊吸收率的影響規(guī)律，為體育地板材料、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用單層龍骨和雙層龍骨兩種結(jié)構(gòu)形式的體育木地板作為實(shí)驗(yàn)試件，每種龍骨結(jié)構(gòu)材料分別選用實(shí)木和LVL。其結(jié)構(gòu)由面層、載荷層、隔離層、龍骨、減震墊等組成（表1）。

1. 2 試驗(yàn)方法及設(shè)備

體育地板沖擊吸收率評(píng)估方法分析是表征體育地板沖擊吸收性能的重要指標(biāo)，其定義為：使用沖擊力檢測(cè)儀分別對(duì)未凹陷的堅(jiān)實(shí)地面（混凝土地面）和受檢測(cè)面進(jìn)行沖擊時(shí)，測(cè)試堅(jiān)實(shí)地面（混凝土地面）和受檢測(cè)面反彈力（反沖擊力）的變化率。按照GB/T 20239-2023《體育館用木質(zhì)地板》中體育木地板中沖擊吸收率性能檢測(cè)要求，體育地板沖擊吸收率表達(dá)為式：

式中：Fr為體育地板沖擊吸收率%；Fw為體育地板反沖擊力，N；Fc為堅(jiān)實(shí)地面反沖擊力，N。

體育地板沖擊吸收率檢測(cè)原理：沖擊測(cè)力系統(tǒng)由落錘、圓柱形螺旋彈簧（簡(jiǎn)稱彈簧）、力傳感器等組成。沖擊力檢測(cè)儀落錘自由下落沖擊體育地板，由彈簧、力傳感器等檢測(cè)體育地板反沖擊力，其中落錘下落高度為 55 mm。

1. 3 試驗(yàn)方案

結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尺寸，場(chǎng)地鋪裝地板規(guī)格為3 600 mm×3 600 mm。

確定體育木地板的沖擊吸收率檢測(cè)點(diǎn)的布置原則為：以實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上鋪裝的體育木地板中心作為初始檢測(cè)點(diǎn)，根據(jù)單層龍骨與雙層龍骨結(jié)構(gòu)的鋪裝方式，對(duì)龍骨及無(wú)龍骨點(diǎn)位展開檢測(cè)點(diǎn)布置。測(cè)試單層龍骨體育木地板試件共8根龍骨，龍骨寬50 mm，高度40 mm，兩龍骨邊緣間距350 mm。測(cè)試雙層龍骨體育木地板試件以橫縱交錯(cuò)方式疊加，單層8根龍骨，共16根龍骨，龍骨寬50 mm，高度40 mm，兩龍骨邊緣間距350 mm。

進(jìn)行沖擊吸收率實(shí)驗(yàn)時(shí)，體育木地板上每個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行5次沖擊實(shí)驗(yàn)，分別記錄每次沖擊吸收率數(shù)值并取平均值。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同龍骨結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊吸收率的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)每組試件進(jìn)行了多點(diǎn)位多次測(cè)試，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)計(jì)算平均值，可以消除個(gè)別測(cè)試結(jié)果的偶然誤差，從而更準(zhǔn)確地反映試件的整體性能。

由表2可知，實(shí)木單層龍骨沖擊吸收率的最小值為53.6%，最大值為59.3%，均值為56.1%。這表明實(shí)木單層龍骨在沖擊作用下具有一定的吸收能力，但不同試件之間的性能差異較大。實(shí)木單層龍骨的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.87，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布較為離散；LVL單層龍骨沖擊吸收率最小值為52.2%，最大值為57.3%，均值為54.9%。與實(shí)木單層龍骨相比，LVL單層龍骨的沖擊吸收率略低，但性能穩(wěn)定性相對(duì)較好，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.43，小于實(shí)木單層龍骨的標(biāo)準(zhǔn)偏差；實(shí)木雙層龍骨沖擊吸收率的最小值為52.1%，最大值為59.9%，均值為55.3%。與實(shí)木單層龍骨相比，實(shí)木雙層龍骨在沖擊吸收率方面表現(xiàn)相似，但性能穩(wěn)定性略有提高，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.14，略大于LVL單層龍骨的標(biāo)準(zhǔn)偏差；LVL雙層龍骨沖擊吸收率的最小值為49.9%，最大值為59.1%，均值為54.4%，與LVL單層龍骨相比，LVL雙層龍骨的沖擊吸收率略有降低，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.13，與實(shí)木雙層龍骨相近。

綜上分析，可以看出實(shí)木單層龍骨和實(shí)木雙層龍骨在沖擊吸收率方面表現(xiàn)較好，但性能穩(wěn)定性有待提高。而LVL單層龍骨和LVL雙層龍骨雖然沖擊吸收率略低，但性能穩(wěn)定性相對(duì)較好。

通過(guò)對(duì)測(cè)試試件沖擊吸收率的深入分析，觀察到不同材料和結(jié)構(gòu)的試件在沖擊測(cè)試中的性能表現(xiàn)存在差異。單層實(shí)木和單層LVL試件的整體性能較為優(yōu)異，而雙層實(shí)木和雙層LVL試件的性能分布則相對(duì)廣泛。經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試試件沖擊吸收率的分析得出沖擊點(diǎn)位吸收率為49.9%～59.9%，覆蓋從接近50%到接近60%的廣闊區(qū)間（圖1）。

在單層實(shí)木龍骨試件方面，沖擊吸收率的分布呈現(xiàn)如下特征：在低于53%的范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)任何測(cè)試點(diǎn)位，這反映出單層實(shí)木試件的性能普遍優(yōu)良。在53%～56%的區(qū)間內(nèi)，有46個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比相對(duì)較高。沖擊吸收率超過(guò)56%的測(cè)試點(diǎn)位有29個(gè)，顯示出單層實(shí)木試件在沖擊測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異。

對(duì)于單層LVL龍骨試件，沖擊吸收率的分布情況為：在低于53%的范圍內(nèi)，有5個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比相對(duì)較低。在53%～56%的區(qū)間內(nèi)，有46個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比與單層實(shí)木相近。這表明單層LVL試件的性能分布相對(duì)均勻。沖擊吸收率超過(guò)56%的有24個(gè)，說(shuō)明單層LVL試件的性能普遍較好，與單層實(shí)木龍骨相比龍骨位置對(duì)沖擊吸收率的影響存在一定差異。

雙層實(shí)木龍骨試件方面，沖擊吸收率小于53%的有9個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比相對(duì)較低。在53%～56%的區(qū)間內(nèi)，有35個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比相對(duì)較高。沖擊吸收率超過(guò)56%的試件有31個(gè)，表明雙層實(shí)木試件的沖擊性能普遍較好。

對(duì)于雙層LVL龍骨試件，沖擊吸收率的分布情況是：在低于53%的范圍內(nèi)，有18個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比相對(duì)較高。在53%～56%的區(qū)間內(nèi)，有33個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，占比也相對(duì)較高。沖擊吸收率超過(guò)56%的有24個(gè)，沖擊性能略低于雙層實(shí)木龍骨。

2. 2 龍骨位置對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響

為更深入了解龍骨位置與沖擊點(diǎn)位之間的關(guān)系，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照不同的龍骨結(jié)構(gòu)和點(diǎn)位進(jìn)行整理。通過(guò)對(duì)比實(shí)木單層龍骨和LVL單層龍骨的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)龍骨位置和沖擊點(diǎn)位對(duì)沖擊吸收率有著顯著的影響。

在實(shí)木單層龍骨結(jié)構(gòu)中，無(wú)龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為57.5%，而龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為54.5%。說(shuō)明在實(shí)木單層龍骨結(jié)構(gòu)中（表3），無(wú)龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率相對(duì)較高。而在LVL單層龍骨結(jié)構(gòu)中，無(wú)龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為56.1%，龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為53.5%。

通過(guò)ANOVA分析，進(jìn)一步驗(yàn)證龍骨位置對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響是否顯著。結(jié)果（表4）表明，在實(shí)木單層龍骨和LVL單層龍骨結(jié)構(gòu)中，龍骨位置對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響均達(dá)到極顯著水平（顯著性<0.001）。

方差齊性檢驗(yàn)結(jié)果（表5）顯示，實(shí)木單層龍骨結(jié)構(gòu)的方差齊性檢驗(yàn)顯著性均小于0.001，說(shuō)明各組之間的方差存在顯著差異。而LVL單層龍骨結(jié)構(gòu)的方差齊性檢驗(yàn)顯著性大于0.05，說(shuō)明各組之間的方差無(wú)顯著差異。這表明實(shí)木單層龍骨結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能存在一定的異質(zhì)性，而LVL單層龍骨結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則相對(duì)較為穩(wěn)定。

龍骨位置對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響顯著。在不同的龍骨結(jié)構(gòu)和點(diǎn)位下，沖擊吸收率呈現(xiàn)出一定的差異。區(qū)別于單層龍骨結(jié)構(gòu)，雙層龍骨結(jié)構(gòu)體育木地板沖擊吸收沖擊點(diǎn)位有所變化，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，沖擊點(diǎn)位包括無(wú)龍骨點(diǎn)位、上層龍骨點(diǎn)位、下層龍骨點(diǎn)位、上下層龍骨交叉點(diǎn)位。

在實(shí)木雙層龍骨結(jié)構(gòu)中（表6），無(wú)龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為57.4%，上層龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為54.5%，下層龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為55.8%，而上下層龍骨交叉點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為53.8%；在LVL雙層龍骨結(jié)構(gòu)中，無(wú)龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為56.5%，上層龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為52.8%，下層龍骨點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為54.8%，而上下層龍骨交叉點(diǎn)位的沖擊吸收率平均值為53.7%（表7）。

通過(guò)ANOVA分析，驗(yàn)證雙層實(shí)木龍骨與雙層LVL龍骨位置對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響是否顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表8）表明，雙層實(shí)木龍骨位置與雙層LVL龍骨同樣對(duì)沖擊點(diǎn)位的影響達(dá)到極顯著水平（顯著性<0.001）。龍骨位置的不同確實(shí)會(huì)導(dǎo)致沖擊吸收率的顯著差異。

同樣對(duì)實(shí)木雙層龍骨和LV雙層龍骨進(jìn)行了方差齊性檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，實(shí)木雙層龍骨結(jié)構(gòu)的方差齊性檢驗(yàn)顯著性均小于0.001，各組之間的方差存在顯著差異。而LVL雙層龍骨結(jié)構(gòu)的方差齊性檢驗(yàn)顯著性大于0.05，各組之間的方差無(wú)顯著差異（表9）。

3 結(jié) 論

3. 1 龍骨間距350 mm、龍骨截面40 mm×50 mm時(shí)，單層實(shí)木龍骨和單層LVL龍骨的平均沖擊吸收率分別為56.1%和54.9%，雙層實(shí)木龍骨和雙層LVL龍骨的平均沖擊吸收率分別為55.3%和54.4%。實(shí)木龍骨結(jié)構(gòu)的體育木地板沖擊吸收率優(yōu)于LVL龍骨結(jié)構(gòu)。

3. 2 體育木地板結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊吸收率有顯著影響，龍骨結(jié)構(gòu)影響沖擊吸收率的區(qū)間范圍，龍骨位置影響體育木地板整體沖擊吸收率，體育木地板龍骨上的沖擊點(diǎn)位低于無(wú)龍骨位置的沖擊點(diǎn)位；雙層龍骨體育木地板的龍骨交叉沖擊點(diǎn)位的沖擊吸收率最低，對(duì)雙層龍骨結(jié)構(gòu)沖擊吸收率整體結(jié)果影響較大。

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