木材的力学性质
木材的力学性质
主要介绍了木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系；木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性；木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点；基本的木材力学性能指标；影响木材力学性质的主要因素等。
木材力学是涉及木材在外力作用下的机械性质或力学性质的科学，它是木材学的一个重要组成部分。木材力学性质是度量木材抵抗外力的能力，研究木材应力与变形有关的性质及影响因素。
木材作为一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，许多性质都有别于其它材料，而其力学性质和更是与其它均质材料有着明显的差异。例如，木材所有力学性质指标参数因其含水率（纤维饱和点以下）的变化而产生很大程度的改变；木材会表现出介于弹性体和非弹性体之间的黏弹性，会发生蠕变现象，并且其力学性质还会受荷载时间和环境条件的影响。总的来说，木材的力学性质涉及面广，影响因素多，学习时需结合力学、木材构造、木材化学性质的有关知识。
木材力学性质包括应力与应变、弹性、黏弹性（塑性、蠕变）、强度（抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。
8.1 应力与应变
8.1.1 应力与应变的概念
8.1.1.1 应力 物体在受到外力时具有形变的趋势，其内部会产生相应的抵抗外力所致变形作用的力，成为内力，当物体处于平衡状态时，内力与外力大小相等，方向相反。应力就是指物体在外力作用下单位面积上的内力。
当外力均匀地作用于顺纹方向的短柱状木材端面上，柱
材全长的各个断面上都将受到应力，此时，单位断面面积上
的木材就会产生顺纹理方向的正应力（图8-1a ）。把短柱材
受压或受拉状态下产生的正应力分别称为压缩应力和拉伸
应力。当作用于物体的一对力或作用力与反作用力不在同一
条作用线上，而使物体产生平行于应力作用面方向被剪切的
应力，这种应力被称为剪应力（图8-1b ）。应力单位曾一度
使用dyn/cm 2、kgf/cm 2
等，近年来开始采用国际单位中的N/mm 2（=MPa ）
。
8.1.1.2 应变 外力作用下，物体单位长度上的尺寸或形状的变化称为应变，或称相对变形。应变也分为正应变ε或剪（角）应变γ。正应变在ε＞0时被称为拉伸变形，在ε＜0时被称为压缩应变。正应变、剪应变用无量纲表示，也用其百分值（%）表示。 第8章
图8-1 顺纹理加压与顺纹理剪切
8.1.2 应力与应变的关系
8.1.2.1 应力—应变曲线 物体在外力（载荷）作用下产生的变形与外力的大小有关，通常用荷载—变形图来表示它们的关系。载荷—变形图是以纵轴表示物体受到的载荷，以横轴表示物体的变形量，坐标轴空间中根据载荷数值和变形大小做出的曲线被叫做载荷—变形曲线；同理，把表示应力与应变的关系图定义为应力—应变图，曲线为应力—应变曲线。应力—应变曲线与材料或物质固有的性质有关，能概括性地描述物体从受外力开始直到破坏时的力学行为，是研究物体力学性质非常有用的工具。
图8-2a 模式地表示了应力—应变曲线的特征。即：应力—应变曲线由从原点O 开始的直线部分OP 和连续的曲线部分PEDM 组成。曲线的终点M 表示物体的破坏点。
8.1.2.2 比例极限与永久变形 直线部分的上端点P 对应的应力P σ叫比例极限应力，对应的应变P ε叫比例极限应变；从比例限度P 点到其上方的E 点间对应的应力叫弹性极限。应力在弹性极限以下时，一旦除去应力，物体的应变就会完全回复，这样的应变称作弹性应变。应力一旦超过弹性限度，应力—应变曲线的斜率减少，应变显著增大，这时如果除去应力，应变不会完全回复，其中一部分会永久残留，这样的应变称作塑性应变或永久应变。
8.1.2.3 破坏应力与破坏应变 随着应力进一步增加，应力在M 点达到最大值，物体产生破坏。M 点对应的最大应力M σ称作物体的破坏应力、极限强度等。与破坏应力对应的应变M ε叫破坏应变。
8.1.2.4 屈服应力 有时，当应力值超过弹性限度值并保持一定或基本上一定，而应变急剧增大，这种现象叫屈服，而应变突然转为急剧增大的转变点处的应力叫屈服应力。图8-2 b 表示了弹性变形呈直线屈服时的情况，其中Y σ表示屈服应力。
8.1.2.5 木材应力与应变的关系 木材的应力与应变的关系比较复杂，因为它的性能既不像真正的弹性材料，又不像真正的塑性材料，而属于既有弹性又有塑性的材料——黏弹性材料。在较小的应力和较短的时间里，木材的性能十分接近于弹性材料；反之，则近似于黏弹性材料。所以，要必要先学习一下木材的弹性以及黏弹性的知识。
8.2 弹性与木材的正交异向弹性
8.2.1 弹性与弹性常数
8.2.1.1 弹性 应力在弹性极限以下时，一旦除去应力，物体的应变就完全消失。这 a b
图8-2 应力-应变曲线（模式图）
种应力解除后即产生应变完全回复的性质叫作弹性，而仅表现弹性的物体叫弹性体。对弹性体的弹性可以用弹性常数来表示。
8.2.1.2 弹性常数
（1） 弹性模量和柔量
除大理石和橡皮以外，所有建筑材料的直线应力与相应应变的关系在比例限度以下符合虎克定律：
εσE = （8-1）
这里，比例常数E 叫做弹性模量或杨氏模量。因为ε是无量纲比例系数，所以E 与σ的量纲相同，为MPa 。
弹性模量是物体产生单位应变所需要的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，是表示材料力学性质的重要常数。一般来说，物体的弹性模量值愈大，在外力作用下愈不易变形，材料的强度也愈大。
弹性模量的倒数称为柔量，柔量的物理意义是单位应力的变形，表征材料产生变形的难易程度。
（2） 剪切弹性模量
剪切应力τ与剪切应变γ之间，在小的范围内成比例关系，符合虎克定律：
τ=G γ 或 γ=τ/G （8-2）
这里，比例常数G 为剪切弹性模量，或刚性模量。
（3） 泊松比
物体的弹性应变在产生应力主轴方向收缩（拉伸）的同时还往往伴随有垂直于主轴方向的横向应变，将横向应变与轴向应变之比称为泊松比，用μ表示。
εεμ'
-= （8-3）
式中，'ε表示横向应变，ε表示轴向应变，μ为泊松比。μ右边的负号表示'ε和ε的正负方向相反造成的。泊松比和弹性模量一样，是物质固有的常数。
（4） 弹性常数
弹性模量E 、剪切弹性模量G 、泊松比μ通常统称为弹性常数。弹性常数用应力—应变曲线的直线区域来确定，但在实用上也可以用对应的曲线区域来确定。这时，在应力—应变曲线上任意一点，引出切线或者割线，过切点的这条直线的斜率叫做该点或该曲线部分的弹性常数。
8.2.2 木材的正交对称性与正交异向弹性
8.2.2.1 正交异向弹性 若物体相互正交的3个方向表现异性，则称物体的这种性质为正交异性，这样的物体称为正交异性体。同理，弹性的正交异性为正交异向弹性。
8.2.2.2 木材的正交对称性 木材由于组织构造的因素决定了木材的各向异性，但由于木材的绝大多数细胞和组织平行于树干沿轴向排列，而纤维、射线组织是垂直于树干成径向同心环状排列的，这样就赋予了木材的圆柱对称性，使它成为近似呈柱面对称的正交对称性物体。符合正交对称性的材料，可以用虎克定律来描述它的弹性。
下面，利用正交对称性来讨论木材。如图8-3所
示，假使从树干上距离髓心一定距离，切取一个相切
于年轮的正交六面体小试样。这个试样便具有3个对
称轴，将平行于纵向的定义作L 轴，平行于径向的作
R 轴，平行于弦向的作T 轴；它们彼此垂直，三轴中
的每二轴又可构成一平面，因而又有RT 、LR 和LT 三
个面，分别对应横切面、径切面和弦切面。如果将这
三个轴视为弹性对称的轴，则该试样可视为置于一个正交坐标系中，于是可以应用正交对称原理讨论木材
的正交异向弹性。 8.2.2.3 木材的正交异向弹性常数 Hearmon （1953）提出用广义虎克定律分述正交对称的木材的三个主轴的应变方程，它们为：
)(1T LT R LR L L L E σμσμσζ---=- （8-4）
)(1T R TR L TL T T E σσμσμζ+---=- （8-5） )(1T RT R L RL R R E σμσσμζ-+--=- （8-6） TR TR TR G τγ-
= （8-7） RL RL
RL G τγ-= （8-8）
LT LT LT G τγ-= （8-9）
式中，L ζ、T ζ和R ζ分别表示轴向、弦向和径向之应变；L E 、T E 和R E 分别表示3个方向之弹性模量；L σ、T σ和R σ分别表示3个方向之应力。LR μ等表示泊松比（又称横向变形系数），下角注的第一个字母表示应力方向、第二个字母表示横向应变。L R LR ζζμ/=即为在轴向应力作用下的径向泊松比，数值上等于径向应变与轴向应变之比。各方向的泊松比均为小于1的数，以压应力和拉应变为正，反之为负。TR γ表示T 和R 轴构成的面（即木材的横切面）的剪切应变。RL τ表示径切面的剪切应力，TL G 表示弦切面的剪切模量，以此类推。
可通过上述六个方程式中存在的9个独立的弹性常数来反映木材的正交异向性，这9个常数是：3个弹性模量、3个剪切弹性模量和3个泊松比。不同树种间的这9个常数值是存在差异的，见表8-1。
注：E L R E T —水平弦向（T ）弹性模量。G LT —顺纹-弦面剪切弹性模量；G LR —顺纹-径面剪切弹性模量；G TR —水平面剪切弹性模量。μRT —T 向压力应变/R 向延展应变；μLR —R 向压力应变/L 向延展应变；μLT —T 向压力应变/L 向延展应变。
从表8-1中数据可以看出，木材是高度各向异性材料，纵、横向的差异程度可能是所有图8-3 木材正交对称性示意图
建筑材料中的最高者。木材三个主方向的弹性模量因显微和超微构造而异，一般表现为顺纹弹性模量（E L ）比横纹弹性模量（E R 、E T ）大得多，横纹弹性模量中径向大于弦向，即E L >>E R >E T 。若以E L /E R 、E L /E T 、E R /E T 作为各向异性的程度（异向度），根据不同树种的平均值，针叶树材的E R /E T =1.8，E L /E R =13.3，E L /E T =24；阔叶树材的E R /E T =1.9，E L /E R =9.5，E L /E T =18.5。针叶树材的异向度比阔叶树材高，这主要是由于细胞结构变异小的缘故。径向-水平面的弹性模量约比弦向-水平面的弹性模量大50%，这主要是由于径向水平面有水平方向排列的细胞（射线），以及径切面与弦切面间的微纤丝排列方向略有不同。
木材的剪切弹性模量的规律为RT LT LR G G G >>，横切面上值最小，针叶树材的三者之比为20.5：17：1，阔叶树材的三者之比为4.3：3.2：1。径切面和弦切面的剪切弹性模量分别与径向和弦向的弹性模量值相近，即R LR E G ≈，T LT E G ≈。木材的弹性模量E 和剪切弹性模量G 都有随密度ρ增大而增加的趋势。
木材的泊松比与其它材料相比为大，在正交异向上表现为RL μ>LT μ>LR μ。
8.3 木材的粘弹性
与弹性材料相对，还有一类黏性流体。黏性流体没有确定的形状，在应力σ作用下，产生应变ε，应变ε随时间的增加而连续地增加，除去应力σ后应变ε不可回复，黏性流体所表现出的这个性质就被称为黏性。目前，将讨论物体在外力作用下产生变形和流动的研究，即讨论材料荷载后的弹性和黏性的科学称为流变学。
木材作为生物材料同时具有弹性和黏性两种不同机理的变形。木材在长期荷载下的变形将逐渐增加，若荷载很小，经过一段时间后，变形就不再增加；当荷载超过某极限值时，变形随时间而增加，直至使木材破坏，木材这种变形如同流体的性质，在运动时受黏性和时间的影响。所以，讨论木材的变形时，需对木材的弹性和黏性同时予以考虑，将木材这种同时体现弹性固体和黏性流体的综合特性称作黏弹性。蠕变和松弛是黏弹性的主要内容。木材的黏弹性同样依赖于温度、负荷时间、加荷速率和应变幅值等条件，其中温度和时间的影响尤为明显。
8.3.1 木材的蠕变
在日常生活中，人们有时会看到书架中的木搁板因一直放置大批较重的书籍，由新时的非常平直逐渐被压弯变形，几年后就会出现明显的弯曲形状。这种现象就与木材的蠕变特性有关。
8.3.1.1 蠕变 在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象称为蠕变。Denton 和Riesenberger 证明，若木梁承受恒载为最大瞬时荷载能力的60%，受蠕变影响，大约一年就破坏了。木材使用时承受不超过比例极限的荷载，由于蠕变而形成持续的、速度是递减的变形，直至破坏时所发生的变形约2倍于前一种情况的变形。
8.3.1.2 蠕变曲线 木材作为高分子材料，在受外力作用时，由于其黏弹性而产生3种变形：瞬时弹性变形、黏弹性变形及塑性变形。与加荷速度相适应的变形称为瞬时弹性变形，它服从于虎克定律；加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形，称黏弹性变形（或弹性后效变形）；最后残留的永久变形被称为塑性变形。黏弹性变形是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，但较弹性变形它具有时间滞后性。塑性变形是纤维素
分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。
木材的蠕变曲线如图8-4所示，横坐标为时间，纵坐标为应变。t 0时施加应力于木材，即产生应变OA ，在此不变应力下，随时间的延长，变形继续慢慢地增加产生蠕变AB 。在时间t 1时，解除应力，便产生弹性恢复BC 1（=OA ），至时间t 2时，又出现部分蠕变恢复（应力释放后随时间推移而递减的弹性变形），C 1到D 是弹性后效变形C 1C 2，t 2以后变形恢复不大，可以忽略不计，于是C 2C 3即可作为荷载—卸载周期终结的残余永久变形（塑性变形）。木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。
8.3.1.3 蠕变规律 根据上述蠕变曲线分析木材等黏弹性材料，可得如下几点结论。
（1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而增大的蠕变过程；
（2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时的瞬时变形；
（3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此过程中的是可恢复蠕变部分；
（4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；
（5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变形值之和。
8.3.1.4 单向应力循环加载时的蠕变特点 以一个方向的应力循环作用于木材，如图8-5所示，每个应力加载—卸载周期都会残留一个变形，如"','B B OB 等；在热力学上，"'",''B B A OB A 曲线所包围的面积相当于各周期中能量的消耗。
从图中可以看出，能量的损耗随着每个周期增大，意味着在变形中做了更多的功，材料内部熵的损耗增大，同时造成材料蠕变的不可恢复部分越来越大。
8.3.1.5 蠕变的消除 如图8-6所示，对木材等黏弹性体施加一荷载，荷载初期产生
应力—应变曲线'OA ，卸载产生曲线''B A ，
残留了永久变形'OB 。为了使永久变形消失
而重新获得物体的原来形状，必须施加与产
生曲线应力符号相反的应力'OC
，而形成
图8-4 木材的蠕变曲线
图8-5 反复加载-卸载的应力-应变周期图
图8-6 多向应力作用下蠕变的消除
''C B 这段曲线；当'OC 继续增大到等于''P A ，''C B 将延至''D C ；卸去这个符号相反的应力，产生应力—应变曲线''E D ，也不能恢复到原形，残留负向的永久变形O E '。再次通过反向应力'OF ，材料才能恢复原形。如果再继续增大应力，则产生曲线''A F ，与原曲线构成一个环状闭合。''''F D C A 封闭曲线所包围的面积相当于整个周期中的能量损耗。
8.3.1.6 建筑木构件的蠕变问题 建筑木构件长期承受静载荷，所以必须考虑有关蠕变问题。现将有关结论介绍如下：
（1）针叶树材在含水率不发生变化的条件下，施加静荷载小于木材比例极限强度的75%时，可认为是安全的。但在含水率变化条件下，大于比例极限强度20%时，就可能产生蠕变，随时间延长最终会导致破坏；
（2）若木材由于静荷载产生变形，其变形速率逐渐降低，则变形经一定时间后最终会停止，这种情况下木结构是安全的。反之，如果变形速率是逐渐增加的，则木结构的设计不安全，最终会导致破坏；
（3）如果木横梁承受的荷载低于其弹性极限，且短期受载即卸载，它将恢复其原有的极限强度和弹性；
（4）含水率会增加木材的塑性和变形。在含水率升高的时候，同样荷载下的木材会产生变形增加；当含水率降低到原来程度时，变形却不会退到原来含水率的状态，也就是说，由于含水率的增加，木材受一定荷载产生的变形是可以累积的。若含水率变化若干周期后，木材的蠕变量会很大，甚至最后会发生破坏；
（5）温度对蠕变有显著的影响。当空气温度和湿度增加时，木材的总变形量和变形速度也增加。一般情况下，空气相对湿度的波动范围较小，而木构件尺寸较大，所以主要受温度影响，其规律为，温度越高，木材纤维素分子链运动加剧，变形增大。夏季木梁变形大即符合此原理。
8.3.2 木材的松弛
在日常生活和生产实践中，人们发现初始钉入木材中的钉子或榫十分紧固，但经过长时间之后却发生了松劲，这种现象就与木材的松弛有关。
8.3.2.1 松弛 若使木材这类黏弹性材料产生一定的变形，并在时间推移中保持此状态，就会发现对应此恒定变形的应力会随着时间延长而逐渐减小，这种在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象称为应力松弛，或简称松弛。
产生蠕变的材料必然会产生松弛。松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量。木材之所以产生这两种现象，是由于它是既具有弹性又具有塑性的黏弹性材料。
8.3.2.2 松弛曲线 松弛过程用应力—时间曲线表示，应力—时间曲线也被称作松弛曲线，如图8-7。
Kitazawa 根据木材的刚性找出了测定固体的松弛曲
线公式：
)log 1(1t m t -=σσ （8-10）
式中，t 为某一时间，t σ为t 时间的应力，1σ为单位
时间内的应力，m 为松弛系数。松弛系数随树种和应力种
图8-7 黏弹性材料的松弛曲线
(应变的速度为常数)
类而有不同，但更受密度和含水率影响，m 值与密度成反比，与含水率成正比。
8.3.2.3 松弛弹性模量 单位应变的松弛应力称为松弛弹性模量)(t E 。
λλλ
d e E t E t
-∞?=0)()( （8-11）
式中，)(t E 为松弛弹性模量；弹性模量E 为缓和时间λ的函数，用)(λE 表示，称为缓和时间分布或松弛波谱。
8.3.3 木材的塑性
木材作为承重构件使用时，必须避免塑性变形的产生，设计应力或荷载重应控制在弹性极限或蠕变极限范围之内。但在弯曲木、压缩木、人造板成型加工时，又必须掌握应用塑性变形的条件，以尽快增加木材的塑性变形。
8.3.3.1 塑性与塑性变形 当施加于木材的应力在其弹性限度以内时，去除外力后变形将回复原尺寸；当应力超过木材的弹性限度时，去除外力后，木材仍会残留一个当前不能恢复的变形，将这个变形称为塑性变形。木材所表现出的这一性质称为塑性。木材的塑性是由于在应力作用下，高分子结构的变形及相互间相对移动的结果。与其他材料相比，木材特别是气干材，因屈服点不明显，且破坏也较小的缘故，所以一般被认为是塑性较小的材料。
8.3.3.2 木材塑性的影响因素 影响木材塑性的重要因素有木材的多孔性、木材的含水率和温度，其中含水率和温度的影响十分显著。
多孔性的树种如栎、白蜡木、榆木等在承受弯曲加工时塑性大，是因为变形时坚强的韧型纤维对邻近的导管施加压力，导管的强度降低，因而导管壁被迫向腔内溃陷产生塑性变形，被坚固的韧型纤维占据其空隙。
木材的塑性随含水率的增加而增大，但在0℃以下，木材细胞腔内所含水分结冰，使其塑性降低。
木材的塑性也随温度的升高而加大，这比含水率所起的作用明显，这种性质往往被称为热塑性。木材中木质素是热塑性物质，其软化点在全干状态下为127~193℃，在湿润状态下显著降低，为77~128℃。半纤维素由于吸着水的存在，其软化点的降低和木质素有相似情况，在湿润状态下为70~80℃。纤维素的热软化点在232℃以上，其结晶性不受水分的影响，但纤维素的玻璃态转变温度随含水率的增加而降低。木材在湿润状态下加热时，有显著软化的可能性。
温度升高后，往往使木材变脆，因此，要加大木材的塑性，既要提高含水率，又要升高其温度，通常较好的方法是水蒸气处理或水热处理。
提高木材塑性的方法还有添加增塑剂，使高分子的分子间结合力减弱，使得塑性变形易于发生。
应该注意的是，木材的所谓“塑性”有别于其它塑性材料。通常的塑性材料，在外力去除后，形状并不随外力的去除而发生改变，而残留了变形，且这个变形一般不随温度、湿度等外部条件的变化而改变，所以被称为永久变形。木材的“塑性”则表现为在外力去除后的一段时间内形状或变形不发生改变，外力施加的能量被木材的结合机构（在外力施加时所形成的一些氢键结合）所束缚，即木材细胞壁骨架物质——纤维素因被迫变形所积蓄的弹性能量无法释放，其变形被暂时固定，这时木材处于一种稳态，于是被认为是具有了一个塑性变形，但实际上这种稳态需要一个“外界条件也不发生变化”的前提才能够维持下去。一旦外界条件发生了变化，如温度升高、含水率加大时，木材内部活性化学基团的活动程度和连接方式将发生改变，一些氢键结合被打开，导致木材构造移动或改变，这时原先被固定住的能量随结构的松动而被释放，木材细胞壁纤维素的弹性恢复，在木材内部产生恢复其原有形状
的力的作用，使木材现存的变形反向变化，在宏观上就表现为木材的变形逐渐回复、消失。所以，一般情况下（如压缩后如干燥变形固定）木材的“塑性”是相对的、有条件的、非永久性的。只有采用化学处理、水热处理、水蒸气处理等方式或者消除木材的内部应力、或者使分子基团间产生交联结合、高凝聚态结合等稳定的结合，才有可能使木材的变形达到永久固定的目的。
8.3.3.3 木材塑性的应用木材的塑性在有些场合会发挥积极的作用。
干燥时，木材由于不规则干缩所产生的内应力会破坏其组织的内聚力，而塑性的产生可以抵消一部分木材的内应力。
在木材横纹压缩变形的定型处理中，通常以高温和高湿条件保持住木材的形变，正是利用了温度和含水率对木材塑性变形的影响。
在微波加热弯曲木材处理时，会使木材的基体物质塑化，使其变形增加到原弹性变形的30倍，产生连续而又平滑的显著变形，而不出现弯曲压缩侧微细组织的破坏，是木材塑性增大的一个典型实例。
8.4木材的强度、韧性与破坏
8.4.1 木材的强度
强度是材料抵抗所施加应力而不致破坏的能力，如抵御拉伸应力的最大临界能力被称为抗拉强度，抵御压缩应力的最大临界能力称为抗压强度，抵御被弯曲的最大临界能力被称为抗弯强度等。当应力超过了材料的某项强度时，便会出现破坏。强度以N/mm2（=MPa）为单位，表示单位截面积上材料的最大承载能力。
木材是各向异性的高分子材料，又易受环境因素影响，其强度因所施加应力的方式和方向的不同而改变。根据所施加应力的方式和方向的不同，木材具有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、横纹抗压强度、抗弯强度等多项力学强度指标，其具体试验方法和变化规律可详见本章第5节。木材强度的各种影响因素将在本章第6节具体论述。
8.4.2 木材的韧性
韧性是指材料在不致破坏的情况下所能抵御的瞬时最大冲击能量值。韧性以KJ/m2为单位。材料的韧性越大，则被扩展出一个裂隙乃至破坏所需的能量越高，同时，达到破坏之前所能承受的应变值也越大。
韧性材料往往是强度大的材料，但也有许多实例说明这两个参数并无因果关系。例如，陶瓷等强度很大的材料，却表现很脆（①在很小的应变条件下就会破坏；②在受到冲击力作用时容易破坏即缺乏韧性），而有些韧性材料，例如铝，能够承受很大的应变而不致断裂，却天生强度就很弱。因此，虽然强度和韧性最终都会达到被破坏的水平，但二者所表述的概念不同，应避免混淆。
木材是具有一定韧性的材料，在国家标准中采用冲击韧性参数来表征其韧性，详见本章第5节。
8.4.3 木材的破坏
8.4.3.1 破坏对于木材，其结构破坏是指其组织结构在外力或外部环境作用下发生断裂、扭曲、错位，而使木材宏观整体完全丧失或部分丧失原有物理力学性能的现象。破坏是木材作为建筑材料在安全设计中必须考虑的一个重要因素。木材的强度超过极限应力就会出现破坏。
除了日常生活中常见的灾难性的结构破坏，木材还有许多微（内部）破坏，如木材干燥时出现的皱裂、干裂；伐倒木出现的压裂；防腐加压浸注时的纹孔破裂等。破裂会关系到木材的强度或浸注性等。
8.4.3.2 木材破坏的原因木材细胞壁主要由纤维素、木质素和半纤维素组成。纤维素赋予木材弹性和强度；木质素为不定型物质，赋予木材硬度和刚性；在细胞壁起填充和部分胶着作用的是半纤维素，它赋予木材剪切强度。纤维素链状分子顺着细胞壁的长轴平行排列，横向以氢键结合构成微纤丝，微纤丝侧面之间除通过氢键结合，局部尚以果胶质胶着。细胞壁与细胞壁之间靠胞间质胶着。木材横向强度远低于纵向自身的联接强度。
因此，从细胞壁结构和细胞壁结构物质的性质来看，木材发生破坏的原因是微纤丝和纤维素骨架的填充物的撕裂，或纤维素骨架的填充物的剪切，或纤维被压溃所引起。任何条件对木材破坏的决定性作用都取决于应力状态的类型。
8.4.4单轴应力下木材的变形与破坏特点
8.4.4.1 顺纹压缩
顺纹压缩破坏的宏观征状：肉眼见到的最初现象是横跨侧面的细线条，随着作用力加大，变形随之增加，材面上开始出现皱褶。破坏线与主轴的倾角常取决于木材密度，密度大，倾角小。实验结果栎木为57°、松木为59.5°、云杉为70°、冷杉为84.5°。破坏形状和破坏部位常取决于木材含水率和硬度等因素。湿材和软材以端部压溃破坏最为常见，破坏一般出现在木材荷载与之接触的地方，是由应力集中引起的。干的木材通常在未发生任何明显扭曲之前，产生劈裂而破坏，这是由于纤维或木射线的撕裂，而非木射线与邻接的构造分子之间的分离。而干燥的硬材仅发生剪切破坏，不会发生端部压皱现象，这是由于应力集中的现象比软材小得多，并且由于空隙度小、强度大的解剖分子比软材多，不易压皱。中等硬度的木材破坏，有时端部压溃，有时产生剪切破坏。连续破坏线一般出现于弦面，因为木材径切面刚性大于弦切面，这主要是木射线在径切面为骨架，起支撑作用，以及微纤丝在细胞壁径切面与木射线相交，产生局部扭转对剪切面方位造成了影响。径向压缩制成的压缩木，当顺纹压缩破坏时，剪切出现在径切面上。弦向压缩制成的压缩木，顺纹加压破坏时，剪切仍出现在弦切面上。因此，射线被压皱会引起顺纹理加压破坏时剪切面发生转向。
顺纹压缩破坏的微观特征：最先在纤维细胞壁上产生单一错位的裂纹状细线，称滑移线或滑移面，随着压力加大，变形随之增加，这些细线纹越来越多，直到它们形成纵横交错的网纹为止，这个过程属于初期破坏。随后在细胞壁这些细线纹地方产生剪切破坏，剪切破坏多了，整个细胞壁便扭曲。受压的皱痕使整个破坏区的细胞壁都扭曲。扭曲是木材纤维受力后弯曲而偏离原轴线，但纤维间仍保持彼此平行。它是木材受压破坏后厚壁细胞的特征。到破坏后期，早材细胞常发生扭曲，以适应木材破坏的外形。对于马尾松、落叶松等早晚材急变的针叶树材，或硬阔叶树环孔材等，因致密的晚材细胞壁能承受更大的压缩载荷而未发生明显变化，这类木材的破坏形式是早材细胞的扭曲。
8.4.4.2 横纹压缩
木材是一种多孔性天然弹、塑性的高分子材料，在一定条件下可以不破坏其结构，而塑化压缩密实，以提高密度和改善其物理、力学性质。木材横纹压缩是指作用力方向与木材纹理方向相垂直的压缩。
木材进行压缩时，应力—应变关系是一条非线性的曲线，以往学者们认为需分为常规型和三段型两种类型。常规型是散孔材横压时的特征，为不具平台的连续曲线。三段型是针叶树材和阔叶树材环孔材径向受压时的特征曲线，应力—应变曲线具有三个不同的区域，这3个区域具有不同的斜率，第一个区域为早材的弹性曲线；第二个区域是早材压损过程曲线；第三个区域是晚材的弹性曲线。弦向受压时，不出现3段式曲线。
刘一星、则元京等通过大量研究证实，上述木材横纹压缩变形时的应力—应变规律的描述存在一定不足。他们采用很宽密度范围（0.1~1.3g /cm 3）的木材为试样，分别在气干20℃、饱水20℃和饱水100℃条件下进行横纹大变形范围的压缩实验，用计算机实时采集应力—应变数据进行采集，对数据分析后提出，当木材受到横纹方向的大变形范围压缩的情况下，可由屈服点应变y ε和细胞壁压密化临界应变d ε（即压缩过程中细胞腔完全被填充而消失时刻的应变），将应力—应变曲线为三个阶段，即细胞发生微小变形，应力与应变呈比例直线上
升的弹性变形领域（y εε<）；②在越过
屈服点之后较宽的变形范围，细胞逐渐
被压溃，胞壁发生向腔内塌陷的弯曲和
压屈变形，应变迅速增大而应力仅略有
增加的应力—应变曲线平坦领域
（d y εεε<<）；③压缩进行至细胞腔被
完全充填、细胞壁相互接触、细胞壁实
质物质开始被压缩时，应力随应变的增
加而急剧增大的领域。对于不同树种的
木材，横纹压缩的应力—应变特性曲线
一般都不同程度地具有这样的三段特征
（见图8-8），而且横纹压缩过程中应力σ
和应变ε的关系可用下式定量表达：
当y εε≤，εσ?=E 当y εε>，??????????---+=1)/(1E C y d d y σεεεσσ
s d K
ρρσ-=1 （8-12）
式中：E 为横纹方向的弹性模量；y σ为屈服点应力；y ε为屈服点应变；d ε为细胞壁压密化邻界应变；C 为表示屈服点后应力增大速率的参数；s ρρ,分别为木材密度和木材细胞壁物质密度；K 为由压缩试验的约束条件等因子所决定的常数，0＜K ≤1。
木材横纹压缩时，宏观变化首先是纤维受压变紧密。局部横压时，承受板凹陷入木材，木材与承受板接触部分的纤维破坏，远离承受板的纤维未受影响。当荷载继续增加时，试件未受压的端部会突出，或呈水平劈裂。
木材横压时的显微变化主要是细胞的横截面变形，若施加的压缩载荷足够大时，这种变形将继续扩大，直至载荷超过木材的弹性极限后，木材外部纤维及其邻接纤维溃坏，并变得紧密，产生永久变形。外部纤维破坏最大，也压得最紧密。横压试件由外向内纤维遭受的破坏和被压程度顺次变小。木材这种重新分配应力和吸收能量的功能，对于承压垫板，特别是木结构的节点联结处尤为重要。在用螺栓、齿板等钢构件将木构件相互联结在一起的场合，常用来传递构件的内力。
图8-8 饱水·100℃、无约束条件下的木材横纹压缩应力－应变曲线图
8.4.4.3 顺纹拉伸
木材顺纹拉伸破坏主要是纵向撕裂和微纤丝之间的剪切。微纤丝纵向结合非常牢固，所以顺纹拉伸时的变形不大，通常应变值小于1%～3%，强度值却很高。即使在这种情况下，微纤丝本身的拉伸强度也未能充分发挥，因为木材的纤维会在微纤丝之间撕开。木材顺纹剪切强度特别低，通常只有顺纹抗拉强度的6%～10%。顺纹拉伸时，微纤丝之间产生滑移使微纤丝撕裂破坏，其破坏断面通常呈锯齿状、细裂片状或针状撕裂。其断面形状的不规则程度，取决于木材顺拉强度和顺剪强度之比值。一般健全材该比值较大，破坏常在强度较弱的部位剪切开，破坏断面不平整，呈锯齿状木茬。腐朽材和热带脆心材，两者比值较小，且由于腐朽所产生的酸质使纤维素解聚，对大气湿度敏感性增加，这两个因素大大削弱了木材的顺拉强度，微纤丝少量出现滑行现象，而造成拉断破坏，断面处常较为平整，木茬较短。
8.4.4.4 横纹拉伸
木材横纹拉伸分径向拉伸和弦向拉伸。横纹拉伸除了径向受拉时，木射线细胞的微纤丝受轴向拉伸外，其余细胞的微纤丝都受垂直方向的拉伸。木射线只占木材体积的7%～12%，该组织的细胞壁较薄，所以径向拉伸时参与轴向拉伸的微纤丝数量比顺纹拉伸时少得多。此外，细胞壁胶着物的抗拉强度对木材的横拉强度起主要作用，胶着物的抗拉强度很低。所以木材的横纹拉伸强度很低，只有顺纹拉伸强度的1/35～1/65。由此可知，木材在径向和弦向拉伸时的强度差，取决于木材密度及射线的数量与结构。针叶材和环孔材弦向拉伸时，参与拉伸的微纤丝数量比径向拉伸时多，这是因为径向拉伸时应力集中在早材部分。散孔材参与横向拉伸的微纤丝不论在径向或弦向都是一样的，但这些树种的木材在径向拉伸时还有参与轴向拉伸的微纤丝。其中散孔材径向拉伸的强度大于弦向。木材受横拉破坏时，壁薄的细胞被纵向撕裂，壁厚的细胞常沿着初生壁拉开。
因此，在任何木结构的部件中都要尽量避免产生横纹拉应力，因为木材横纹拉伸的抗拉强度特别低，且木材在干燥过程中往往发生开裂，从而导致木材横纹拉伸的抗拉强度更低。
8.4.4.5 顺纹剪切
按剪切力与木材纹理方向之间的关系，可分为顺纹剪切、横纹剪切和切断。木材使用中最常见的为顺纹剪切，又分为弦切面和径切面。
木材顺纹剪切的破坏特点是木材纤维在平行于纹理的方向发生了相互滑移。弦切面的剪切破坏（剪切面平行于生长轮）常出现于早材部分，在早材和晚材交界处滑移，破坏表面较光滑，但略有起伏，带有细丝状木毛。径切面剪切破坏（剪切面垂直于年轮），其表面较粗糙，不均匀且无明显木毛，在放大镜下，可观察到早材的一些星散区域上带有细木毛。
在显微镜下观察，顺纹剪切破坏在晚材中剪切产生于细胞壁之间，而在较轻的木材中产生于早材细胞的细胞壁本身，最初在细胞壁上出现的细裂纹与细胞长轴成一定角度，与拉伸破坏的裂纹一样。这些裂纹逐渐增宽，直到细胞壁完全撕裂，只剩下一些细丝存在于裂缝中，也就是最后可在弦面上看到的细丝状木毛。
8.5 木材主要力学性能指标
木材的主要力学性能指标被根据外力作用的种类、载荷、加载速度等，按如下名称划分：根据外力种类划分有：压缩强度（包括顺纹抗压强度，横纹抗压强度，局部抗压强度）、拉伸强度（包括顺纹抗拉强度，横纹抗拉强度）、抗弯强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性、硬度、抗劈力等。
按加载速度和作用方法划分有：静态强度、冲击强度、疲劳强度、蠕变强度。
静态试验指按一定速度（加载速度或变形速度）缓慢施加外力的试验。该强度叫做静态强度，是判定和评价材质的基本数据。
8.5.1.1 顺纹抗压强度
顺纹抗压强度指平行于木材纤维方向，给试件全部加压面施加载荷时的强度。
顺纹抗压试验遵照国家标准GB1935—91《木材顺纹抗压强度试验方法》进行，试件断面径、弦向尺寸为20320mm ，高度为30mm 。计算公式：
)(max MPa bt P W =σ （8-13）
式中，P max 为最大载荷（N ），b 、t 为试件宽度、厚度（mm ）。
我国木材的顺纹抗压强度平均值为45MPa ，顺纹比例极限与强度的比值约为0.70，针叶树材该比值约为0.78；软阔叶树材为0.70，硬阔叶树材为0.66。
木材的顺纹抗压强度一般是其横纹抗压强度的5~15倍，约为顺纹抗拉强度的50%。
8.5.1.2 横纹抗压强度
横纹抗压强度指垂直于纤维方向，给试件全部加压面施加载荷时的强度。
横纹抗压试件尺寸为：全部受压20320330mm ，局部受压20320360mm 。计算公式： 全部横压
)(M P a bL P yW =σ （8-14） 式中，P 为比例极限载荷（N ），b 为试件宽度（mm ），L 为试件长度（mm ）。
局部横压
)(M P a bt P PW =
σ （8-15） 式中， P 为比例极限载荷（N ），b 为试件宽度（mm ），t 为压板宽度（mm ）。
上两式中，横纹压缩不能明确地判别出最大应力，通常用比例极限荷重P 代替式中的最大荷重P max 进行计算。比例极限荷载P 需从荷载—应变图上确定。
木材的局部横纹压缩比例极限应力高于全部横纹压缩比例极限应力。同时，局部横压应用范围较广，如枕木等。
横纹压缩根据年轮走向，加压面分为径切面、弦切面及混切面。
图8-9是顺纹压缩、横纹不同切面压缩时的
应力—应变曲线。径向压缩时弹性领域和塑性
领域的界线有明显的屈服点，随着进一步压密，
细胞空隙部的变形逐渐减小，应力再次急剧增
加。弦向和侧向压缩时弹性领域和塑性领域的
界线和屈服点都不明显，前者产生弯曲压曲（纵
向压曲），后者早材部产生滑动压曲。横向压缩
加压方向与强度的关系是：针叶材径向＞弦向
＞侧向，阔叶材径向＞弦向≈侧向，其比率因
树种而异。
局部压缩时，与加压板接触的附近应力分
布复杂，并受压缩材余长的影响。因此与起端部加压相比，中央加压时的比例极限应力大。 图8-9 不同方向压缩时的应力-应变图
根据拉伸应力的加载方向有顺纹抗拉强度和横纹抗拉强度之分。顺纹拉伸往往发生滑移、压碎等，实验有一定困难。因此，试件两端被夹紧部位的截面积远大于拟被拉断的部位（见图8-10）。
顺纹和横纹抗拉强度均采用如下公式计算：
)(max MPa tb P W =σ （8-16）
式中，P max 为最大载荷（N ），t 、b 为试件厚度、宽度（mm ）。
8.5.2.1 顺纹抗拉强度
木材顺纹抗拉的试件制作遵照国家标准GB1938—91《木材顺纹抗拉强度试验方法》，形状及尺寸见图8-10，目的是使试件的中部局部削弱，确保试件产生拉伸破坏。
顺纹抗拉强度是木材的最大强
度，约两倍于顺纹抗压强度，12~40
于横纹抗压强度，10~16倍于顺纹抗
剪强度。
木材顺纹抗拉强度取决于木材纤
维或管胞的强度、长度及方向。纤维
长度直接涉及微纤丝与轴向的夹角
（纤丝角），纤维越长，纤丝角越小，
则强度越大。密度大者，顺纹抗拉强
度也大。
8.5.2.2 横纹抗拉强度
木材抵抗垂直于纹理拉伸的最大应力称为横纹抗拉强度。木材横纹抗拉强度的值通常很低，且在干燥过程中常常会发生开裂，导致木材横纹抗拉强度完全丧失。因此，在任何木结构部件中都要尽量避免产生横纹拉伸应力。
横纹抗拉强度值很低，通常仅为顺纹抗拉强度的1/10~1/65。由于横纹抗拉强度不很重要，且使用较少，这里不介绍实验方法和影响因素。有时，横纹抗拉强度可以作为预测木材干燥时开裂易否的重要指标。
8.5.3 抗弯强度与抗弯弹性模量
木材抗弯强度和抗弯弹性模量是木材最重要的力学指标。前者常用以推测木材的容许应力，后者常用以计算构件在荷载下的变形。
8.5.3.1 抗弯强度 木材的抗弯强
度亦称静曲极限强度，为木材承受横向荷
载的能力。由于抗弯强度的容易测试以及
在实际应用上的重要性，所以在材质判定
中使用最多。顺纹抗拉强度测试遵照国家
标准GB1936.1—91《木材抗弯强度试验
方法》，试验装置如图8-11所示。试件尺
寸为203203300mm ，支座跨距
为
图8-10 顺纹拉伸强度试验的试样 1. 试样； 2. 木夹垫； 3. 木螺钉
图8-11 抗弯强度试验装置
1. 试机压头；
2. 试机支座；
3. 试样；
4. 钢垫片
240mm ，抗弯强度采用中央加荷作弦向弯曲，计算公式为：
)(232max MPa bh L P bW =σ （8-17）
式中，P max 为最大载荷（N ），L 为两支座距离（mm ），b 为试件宽度（mm ），h 为试件高度（mm ）。
木材抗弯强度介于顺纹抗拉强度和顺纹抗压强度之间，各树种的平均值约为90MPa 左右，针叶树材中最大的为长苞铁杉122.7MPa ，最小的为柳杉53.2MPa ；阔叶树材中最大的为海南子京183.1MPa ，最小的为兰考泡桐28.9MPa 。径向和弦向抗弯强度间的差异主要表现在针叶树材上，弦向比径向高出10%~12%；阔叶树材两个方向上差异一般不明显。
8.5.3.2 抗弯弹性模量 木材抗弯弹性模量代表木材的劲度或弹性，是木材产生一个一致的正应变所需要的正应力，亦即比例极限内抵抗弯曲变形的能力。木梁在承受荷载时，其变形与其抗弯弹性摸量成反比，木材的抗弯弹性模量值越大，则越刚硬，越不易发生弯曲变形；反之，则比较柔曲。
顺纹抗弯弹性模量测试遵照国家标准GB1936.2—91《木材抗弯弹性模量试验方法》，试验装置如图8-12。
试件尺寸为203203300mm ，支座跨距为
240mm ，采用离支座各1/3处两点加荷作弦向
弯曲，计算公式为：
)(1082333
MPa f
bh PL E W =
（8-18）
式中，P 为上、下限荷载之差（N ），L 为
两支座距离（mm ），b 为试件宽度（mm ），h 为试件高度（mm ），f 为上、下限荷载间试件中
部的挠度（mm ）。
由于各向异性，木材三个方向的抗弯弹性
模量不同，通常径向及弦向仅为顺纹的1/20~1/12。对于木梁而言，顺纹抗弯弹性摸量
最为重要。针叶树材中顺纹抗弯弹性摸量最大
的为落叶松14.5GPa ，最小的为云杉6.2GPa ；阔叶树材中最大的为蚬木21.1GPa ，最小的为兰考泡桐4.2GPa 。
8.5.3.3 木材抗弯强度与抗弯弹性模量的关系 柯病凡根据356个树种在含水率15%时的木材抗弯强度和抗弯弹性模量，发现二者之间存在着密切的线性相关性，并得出关系式：
)(7.33086.0MPa E bW W +=σ （相关系数r =0.84） （8-19）
这种相关对于建筑用材的应力分级具有一定的实用意义。因为抗弯弹性模量在测定时常需要比较灵敏的仪表，又费时，所以为了简便，可用上式由抗弯强度计算预估抗弯弹性模量，以满足需要。
8.5.4 抗剪强度和扭曲强度
8.5.4.1 顺纹抗剪强度
当木材受大小相等、方向相反的平行力时，在垂直于力接触面的方向上，使物体一部分与另一部分产生滑移所引起的应力，称为剪应力。
由于剪应力的作用使木材一表面对另一表图8-12 抗弯弹性模量试验装置
1. 百分表架；
2. 试样；
3. 百分表
面的顺纹相对滑移造成的破坏，称为剪切破坏。木材抵抗剪应力的能力称为抗剪强度。
木材用作结构材时，常常承受剪切力，例如，当梁的高度大、跨度短，承受中央荷载时，产生大的水平剪应力；木材接榫处产生平行或垂直于纤维的剪应力；螺栓联结木材时也产生平行和垂直于纤维的剪应力。胶合板和层积材常在胶接层产生剪应力。顺纹抗剪强度是剪切强度中最小的，在木材使用中最常见顺纹剪切破坏，所以经常测试它。
抗剪强度测试遵照国家标准GB1937—91《木材抗剪强度试验方法》，试件尺寸厚度为20mm ，分径面与弦面两种。先测试样剪切面的宽度（b ）和长度（l ），准确至0.1mm ，按图
8-13把试样装在实验装置内，使压块中心对准试机上
压头的中心位置；荷载速度为15000N/min ±20%，记
录下破坏时的最大荷载，并立即测定试件含水率。抗
剪强度的计算公式为：
)(cos max MPa bl P W θτ?= （8-20）
式中，τW 为顺纹抗剪强度（MPa ），P max 为最大
荷载（N ），θ为荷载方向与纹理间的夹角（16°42′），b 为试件宽度（mm ），l 为剪切面长度（mm ）。 然后将试验所得的抗剪强度由下式调整为含水率12%之值。 )]12(03.01[12-+=W W ττ （8-21）
式中，12τ—试样含水率为12%时的弦面或径面的顺纹抗剪强度（MPa ）；W —试样含水率（%）。
木材顺纹抗剪强度较小，平均只有顺纹抗压强度的10%~30%。阔叶树材的顺纹抗剪强度平均比针叶树材高出1/2。针叶树材径面和弦面的抗剪强度基本相同；阔叶树材弦面的抗剪强度较径面高出10%~30%，木射线越发达，差异越明显。对于纹理交错或斜行、混乱的木材，其抗剪强度会明显增加。
8.5.4.2 扭曲强度 当木杆因外力而扭曲时，杆即环绕其纵轴旋转，这时产生的内阻力矩成为扭曲。木材因扭曲而破坏时所产生的相应应力称为扭曲强度。扭曲强度在木材作为螺旋桨、回转轴、车轴、农机零部件等使用中较重要。对于扭曲强度的测试，目前尚无国家标准。
不同形状的等方体试件可分别按下式计算扭曲强度。
（1）正方形断面：τB ＝4.8M d /a 3
（2）矩形断面： τB ＝3M d / [a 2 (b -0.63a )]
（3）圆形断面： τB ＝5.1M d /D 3 （8-22）
（4）环状断面： τB ＝5.1M d D/ (D 4–d 4
)
式中，M d 为最大扭转力矩（扭转外力3到中心轴的距离）（kg 2cm ）；a ，b 为断面边长（cm ）；D ，d ：环形外径及内径（cm ）。 8.5.5 冲击韧性
冲击韧性亦称冲击弯曲比能量、冲击功或冲击系数，是木材在非常短的时间内受冲击荷载作用而产生破坏时，试样单位面积吸收的能量。冲击韧性试验的目的是为了测定木材在冲击荷载条件下对破坏的抵抗能力。同时，由于冲击荷载的作用时间短促，比在短时间内受静
力弯曲的破坏强度大，也可作为评价木材的韧性或脆性的指标。通常木梁、枕木、坑木、木图8-13 顺纹抗剪试验装置
1. 附件主体；
2. 楔块；
3. L 形垫块；
4、5.螺杆； 6. 压块； 7. 试样； 8. 圆头螺钉
梭、船浆等部件用材都需要有较好的冲击韧性。
国际上常用的冲击韧性试验方法有两种：一种是将试样一次击断的摆锤式冲击试验（在两端支撑梁的中央打击）；另一种是连续敲打的落锤式冲击试验。现行国家标准GB1940—91《木材冲击韧性试验方法》属于第一种方式，试件尺寸为203203300mm ，跨度为240mm ，根据破坏后摆锤在反方向达到的高度或与此对应上升的角度，由下式计算冲击功：
)cos (cos )(1221θθ-=-=W l h h W Q （J ） （8-23）
式中，Q 为试样吸收的能量（J ），W 为摆锤重量，l 为从摆锤支点到打击点的距离（m ），h 1,θ1为摆锤的起始高度（m ）和摆上升角度，h 2,θ2为破坏后摆锤达到的高度和角度。
木材的冲击韧性由下式求出：
bh Q
A 1000=（KJ/m 2） （8-24）
式中，A 为试样的冲击韧性（KJ/m 2），Q 为试样吸收的能量（J ）；b ，h 为试件的宽度和
高度（m m ）。
冲击韧性与生长轮宽度具有一定关联性，生长轮特别宽的针叶树材，因密度低，冲击韧性也低。胞壁过薄、壁腔比过低，S 2层的微纤丝倾角过大，都会降低木材的韧性；从化学组分上，木质素含量过高也会降低木材的韧性。
早晚材差别明显的树种，其弦向和径向的冲击韧性有明显差别。如落叶松径向冲击韧性比弦向高50%，云杉高35%，水曲柳高20%。早晚材差别不明显的树种，径、弦向冲击韧性几乎相同。
8.5.6 硬度与耐磨性
木材硬度表示木材抵抗其它刚体压入木材的能力；耐磨性是表征木材表面抵抗摩擦、挤压、冲击和剥蚀以及这几种因子综合作用的耐磨能力。两者具有一定的内在联系，通常木材硬度高者耐磨性大；反之，耐磨性小。硬度和耐磨性可作为选择建筑、车辆、造船、运动器械、雕刻、模型等用材的依据。
8.5.6.1 硬度
木材硬度测试根据国家标准GB1941—91《木材硬度试验方法》，试样加工尺寸为50350370mm ，采用半径为5.64mm 的钢球，在静荷载下压入试样深度为5.64mm 时，其横断面积恰好为100mm 2；对于易裂树种，压入深度允许减至2.82mm ，截面积为75mm 2
。硬度按下式计算： KP H W =（N ） （8-25）
式中，W H 为试样含水率为W ％时的硬度（N ），P 为钢半球压入试样的荷载（N ），K 为压入试样深度为5.64 mm 或2.82 mm 时的系数，分别等于1或4/3。
木材硬度又分弦面、径面和端面硬度3种。端面硬度高于弦面和径面硬度，大多数树种的弦面和径面硬度相近，但木射线发达树种的木材，弦面硬度可高出径面5%~10%。木材硬度因树种而异，通常多数针叶树材的硬度小于阔叶树材。木材密度对硬度的影响极大，密度越大，则硬度也越大。
8.5.6.2 耐磨性
木材与任何物体的摩擦，均产生磨损，例如，人在地板上行走，车辆在木桥上驰行，都可造成磨损，其变化大小以磨损部分损失的重量或体积来计量。
由于导致磨损的原因很多，磨损的现象又十分复杂，所以难以制定统一的耐磨性标准试验方法。各种试验方法都是模拟某种实际磨损情况，连续反复磨损，然后以试件重量或厚度
的损失来衡量。因此，耐磨性试验的结果只具有比较意义。常用的磨耗仪有科尔曼磨耗仪、泰伯磨耗仪和斯塔特加磨耗仪。
木材耐磨性的计算公式为：
100121?-=
g g g Q （%） （8-26）
式中，Q 为重量磨损率（%），21,g g 为试样试验前后的重量（g ）。 耐磨性还和密度呈密切的线性关系，可以密度推导得出：
αγβ+?=0Q （8-27）
式中，0γ为木材密度，αβ,为取决于树种、材面等条件的常数。
8.5.7 抗劈力
木材纤维方向具有易开裂的性质，抗劈力是木材抵抗在尖楔作用下顺纹劈开的力。 木材抗劈测试根据国家标准GB1942—91《木材抗劈试验方法》，试样尺寸为20320350mm ，形状见图8-14。
木
材抗劈
力为线
强度，计
算公式
为：
b
P C max =（N/mm ） （8-28）
式中，C 为抗劈力（N/mm ），m a x P 为最大荷载（N ），b 为抗劈面的宽度（mm ）。
劈裂按其破坏面分为弦面劈裂和径面劈裂。针叶树材随着开裂从弦面向径面变化，抗劈力值增加，阔叶树材相反。特别是射线组织大且数量多的木材，抗劈力值显著减小。 8.5.8 握钉力
木材的握钉力是指钉在从木材中被拔出时的阻力。
握钉力以平行于钉身方向的拉伸力计算，通常用经验公式表示：
D P ?=5.201150γ （8-29）
式中，P 为垂直纹理拔钉时遇到的握钉力，0γ为钉尖埋入处木材的密度，D 为钉身的直径。
D P ?=201700γ （8-30）
式中，P 为垂直纹理拔螺钉时遇到的握钉力，0γ为螺钉尖埋入处木材的密度，D 为螺钉直径。
有许多因素影响握钉力，如木材的密度、可劈裂性、木材的含水率、钉尖形状、钉身直径、钉入深度等。
图8-14 抗劈力试样
8.6 影响木材力学性质的主要因素
了解木材力学性质受哪些因素的影响、其影响的作用方向和程度如何，对于木材利用者来说是十分重要的。
8.6.1 木材密度的影响
木材密度是单位体积内木材细胞壁物质的数量，是决定木材强度和刚度的物质基础，木材强度和刚性随木材密度的增大而增高。木材的弹性模量值随木材密度的增大而线性增高；剪切弹性模量也受密度影响，但相关系数较低。密度对木材顺纹拉伸强度几乎没有影响，这是由于木材的顺纹拉伸强度主要取决于具有共价键的纤维素链状分子的强度，与细胞壁物质的多少关系不大。针叶树材的密度值小、差异也小，而阔叶树材的密度差异要大得多，因此阔叶树材的强度和刚度整体较针叶树材要高，且树种间差异程度大。木材韧性随密度的增加也成比例地增长。阔叶树材的环孔材年轮宽，晚材率高，密度大，韧性较好；针叶树材的年轮宽，但晚材率并没增加，只是早材的比例相对增加，所以韧性反而下降。
牛林和威尔逊研究表明，木材密度与各种力学性质之间的关系在数学上可用n 次抛物线方程式表示：
b a n +=γσ （8-31） 式中，σ为强度值，γ为木材密度，n 为曲线的斜率，a, b 为试验常数。
设密度γ=0，则没有强度，因而b =0，式8-31变为
n a γσ= （8-32） γσlog log log n a += （8-33） 设密度γ=0，则0log =γ，于是
a log log 1=σ （8-34） γσσlog log log 1n += （8-35）
利用两对σ与γ值，联立方程式解出n 值。按此方法得出木材的各种强度与密度的方程式，列于表8-2。
表8-2 木材各种强度对密度的方程式
8.6.2 含水率的影响
含水率在纤维饱和点以上时，自由水虽然充满导
管、管胞和木材组织其它分子的大毛细管，但只浸入
到木材细胞腔内部和细胞间隙，同木材的实际物质没
有直接相结合，所以对木材的力学性质几乎没有影
响，木材强度呈现出一定的值。当含水率处在纤维饱
和点以下时，结合水吸着于木材内部表面上，随着含
水率的下降，木材发生干缩，胶束之间的内聚力增大，
内摩擦系数增高，密度增大，因而木材力学强度急剧
增加（见图8-15）。
在含水率从纤维饱和点起下降至零的范围内，除
抗拉强度外，其它强度都会显著地增大。例如，含水
率每降低1%，顺纹抗拉强度增加约1%，横纹抗拉强
度增加约1.5%，抗弯强度增加约5%，顺纹抗剪强度增加约3%；弹性模量、剪切弹性模量值在含水率为5~8％时会达到极大值，这是水分子进入非结晶领域，纤维素分子链再取向等造成的。
美国木材手册曾介绍过木材强度随含水率的变化规律，见表8-3。表中所列的数值为针叶树材54种、阔叶树材113种的气干材（含水率=12％）的强度σ12与生材（含水率>30％）强度σg 之比（σ12/σg ），以及含水率增减1％时对应的强度减增（％）。
表8-3 含水率对木材强度的影响（自Wood Handbook,1955）
根据我国木材物理力学试验方法规定，木材强度值都应调整到含水率12%时的强度值，所以，测定木材强度时，为了测定结果的准确，必须注意含水率的影响，必要时需做含水率的修正。可利用下式进行换算：
)12(112
-+=ωασσω （8-36）
式中，ωσ为含水率在ω时的强度值，12σ为含水率在12%时的强度值，α为调整系数，
图8-15 含水率对松木力学强度的影响
A —横向抗弯；
B —顺纹抗压；
C —顺纹抗剪
木材的力学性能参数分析整理
木材的力学性能参数
目录 木材的力学性质………………………………………………P3 木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 弹性和塑性 柔量和模量 极限荷载和破坏荷载 木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20 木材的各向异性 木材的正交对称性与正交异向弹性 木材的粘弹性 木材塑性 木材的强度、韧性和破坏 木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28 木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 木材容许应力应考虑的因素 常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36 木材的力学性质 主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属
生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。 木材力学基础理论 （stress and strain） 定义：材料在外力作用下，单位面积上产生的内 力，包括压应力、拉应力、剪应力、弯应力等。 单位：N/mm2(=MPa) 压缩应力：短柱材受压或受拉状态下产生的正应 力称为压缩应力； 压应力：σ=-P/A 拉伸应：短柱材受压或受拉状态下产生的正应力称为拉伸应力； 拉应力：σ=P/A 剪应力：当作用于物体的一对力或作用力与反作用力不在同一条作用线上，而使物体产生平行于应力作用面方向被剪切的应力；τ=P/A Q 定义： 外力 作用 下， 物体单位长度上的尺寸或形状的变化； 应变：ε=±⊿L / L
木材力学性能
现浇箱梁模板与支架的设计及施工质量控制 ぷ风之酷╰☆发表于2007年11月23日 12:07 阅读(175) 评论(1) 分类：个人日记 举报 现浇箱梁模板与支架的设计及施工质量控制 菏泽市双河立交桥是220国道与327国道在菏泽交汇处的十字交通枢纽工程，该桥为3层全互通长条苜蓿叶立交，主要有主桥、引桥、人行桥等10座桥梁组成，其中主桥为 20+28+20=68m单箱双室现浇后张法预应力混凝土连续箱梁结构，梁高l.5m，两侧悬臂均为2m，主桥宽13m。设计荷载为：汽车—20级，挂车—100，设计行车速度80km/h。工程于2000年7月开工，2001年10月1日正式竣工通车。笔者在施工监理工作中，以控制关键工序为突破口，在提升总体工程质量上做了一些工作。本文将结合双河立交桥主桥的施工实践，介绍现浇箱梁模板与支架的设计方法和施工质量控制措施，以便同行们参考。 1 模板与支架的设计和验算 1.1 方案选定 根据以往施工经验；结合箱梁的实际尺寸，模板及支架施工方案选定如下。支架采用满布式碗扣支架。支架基础分层夯实整平，采用三七灰土处理50cm，横铺5cm厚、25cm 宽的方木，用砂浆座实。立杆纵向间距120cm、横向间距90cm，横杆步距120／90cm。碗扣支架立杆底部垫钢板，顶部加顶托。顶托上面横向分布10cm×10cm方木，间距20cm，方木上钉竹胶板（厚1cm)作为底模。翼板和侧模采用10cm×10cm方木钉成框架作为支撑；框架间距lm，钉5cm厚木板，其上再钉竹胶板作为侧模和翼板的底模。箱梁箱室空间较小，混凝土浇筑后内模拆除困难，采用3cm厚木板刨光配一定的方木作为内模，混凝土浇筑后不再拆除。考虑到横梁、边腹板处自重较大，立杆间距局部加密为60cm×90cm。考虑到支架的整体稳定性，在纵向每4.5m设通长剪刀撑1道，横向每隔3跨布置剪刀撑l道。为便于高度调节，每根立杆顶部配可调顶托，可调范围30cm。按照施工区处理后的地面高程与梁底声程之差，采用LG—300、LG—180、LG—150、LG—120、LG—90等规格的杆件进行组合安装。 1.2模板设计与验算模板必须能够正确地保证其形状和位置，因而设计模板时必须进行强度设计和刚度验算，确保模板具有足够的强度和刚度。 1.2.1底模板设计与验算 （1）荷载计算: 模板自重：a=0.0955kN／m2；钢筋混凝土自重：b=20.75kN／m2；施工荷载：c＝2.5kN／m2（集中荷载P=2.5kN)；振捣荷载：d=2.0kN／m2。 （2）强度验算当施工荷载均布时，可近似按5跨等跨连续梁计算，即：l=0.2mq1=[1.2(a+b)+1. 4(c+d)]×1.0=3l. 314kN／m Mmax=-0.105q1l=-0.132kN.m 当施工荷载集中于跨中时，按5等跨连续梁计算设计荷载：q2=[1.2(a+b)+1.4d]×1.0=27.814KN/m集中设计荷载P＝ 1.4( 2.5/5)=0.7kNMmax=-0.105q2l2-0.158Pl=-0.139kN.m可见，施工荷载集中于跨中时，弯距最大。σ=Mmax/Wx=0.139×103/(1×0.012/6) =8.34MPa<[σ0]=90MPa强度满足设计要求 （3）刚度验算按1m宽度计算，则q3=1.0×(a+b)×1.0=20.845KNE=7000MPaI=1.0×0.013/12=0.083333×10-6m4?=0.644q3l4/(100EI)=0.37mm<[?0] =(1/400)=2.5mm刚度满足要求 1.2.2 侧模板设计与验算侧模板采用5cm厚木版内钉1cm厚竹胶板。 （1）水平荷载计算①新浇混凝土对模板的侧压力。混凝土的浇注速度ν=1.5m/h，混凝土初凝时间t=4h.a=0.22γtβ1β2ν1/2=35.7KPaa=γh=36KPa取较大值：a=36KPa②振捣荷载：b=4.0KN/m2③倾倒荷载：c=2.0KN/m2 （2）强度验算近似按3跨连续梁计算： q=[1.2a+1.4(b+c)]×1.0=51.6KN/ml=1.0mMmax=-0.100ql2=-5.16KN.mσ=Mmax/Wx=5.16×103/(1.0×0.0602/6) =8.60MPa<[σ0]=98.6MPa强度满足要求。
不同树种的木材物理力学性能
不同树种的木材物理力学性能 不同树种的木材物理力学性能包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 树木是木材的原体，是由它本身生命生存与繁衍的整个生长过程，积累了成为不同木材的物质，直到生命自然终结，或被认为终结生命，而成为被利用的材料。树木是木质多年生植物，通常把它分为乔木和灌木两种。乔木是l．3米以上，只有一个直立主干的树木；灌木是直立的、具有丛生茎的树木。我国现有木本植物约7000多种，属乔木者约占1/3以上，但是作为工业用材而供应市场的只不过1000种，常见的约300种。 树木是人类繁衍延续到今天的必要条件。它靠空气、水和阳光存活，通过一系列化学反应，形成树木肢体的物理变化，为人类营造出了天然的乐园。 “碳”是形成木材物理力基础。树木在生长发育过程中，形成了高度发达的营养体。水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。树木由树梢沿主轴向上生长（高生长），也在土壤深处向下生长（根生长），中间的树干部分沿着径向生长。前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。
树木从天上接受阳光的沐浴，到地下去寻觅水分，把原料从树根输送到叶片。由叶子制造养分，将养分向下输送，供给树木生长需要。这样，树木生长过程中，形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。 一株红杉（美）树高达112米，一株杏仁桉（奥）树竟高达156米，一株银杏（中）树龄达3000年，一株世界爷（美）树龄竟达7800年。那么对于如此高大、如此年久的树木，体内各种物质（水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外层是树皮（外皮），树皮里边一层是韧皮部（也叫内皮），经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分（包括根在内）。再向内一层是形成层，它的细胞不断分裂，使树木沿径向生长而不断加粗。再往里是边材和心材，即木质部，木质部中被叫做导管的细胞组织，它将树液输送到茎和叶部。这个过程，就是水分将土壤中的碳分子和空气中的碳分子，经过化学反应形成积累。 压力流动模型实验证明，树木营养液的流动动力是流体静压力。即净生产细胞（如一片成熟叶）由于光合作用制造大量糖而保持较高的溶质浓度，水便通过渗透作用不断进入净生产细胞，使胞内的流体静压力增加，迫使营养液经过胞间连丝进入韧皮部。而净消费细胞（可以是一个根细胞、一个有代谢作用的细胞，或一个果实细胞）由于呼吸、生长和储藏保持着较低的溶质浓度，胞内流体静压力较低。这样，
木材的力学性能参数分析整理
木 材 的 力学 性 能 参 数
目录 木材的力学性质………………………………………………P3 木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8应力与应变 弹性和塑性 柔量和模量 极限荷载和破坏荷载 木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20木材的各向异性 木材的正交对称性与正交异向弹性 木材的粘弹性 木材的松弛 木材塑性 木材的强度、韧性和破坏 单轴应力下木材的变形与破坏特点
木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28力学性质的种类 木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31木材密度的影响 含水率的影响 温度的影响 木材的长期荷载 纹理方向及超微构造的影响 缺陷的影响 木材的允许应力…………………………………………P31~ P33木材强度的变异 荷载的持久性 木材缺陷对强度的影响 构件干燥缺陷的影响 荷载偏差的折减
木材容许应力应考虑的因素 常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36 木材的力学性质 主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因
木材的力学性能参数分析
木材的力学性 能 参 数
目录 1.1木材的力学性质………………………………………………P3 2.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 2.1.1应力与应变 2.1.2弹性和塑性 2.1.3柔量和模量 2.1.4极限荷载和破坏荷载 3.1木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20 3.1.1木材的各向异性 3.1.2木材的正交对称性与正交异向弹性 3.1.3木材的粘弹性 3.1.4木材的松弛 3.1.5木材塑性 3.1.6木材的强度、韧性和破坏 3.1.7单轴应力下木材的变形与破坏特点
4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28 4.1.1力学性质的种类 5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 5.1.1木材密度的影响 5.1.2含水率的影响 5.1.3温度的影响 5.1.4木材的长期荷载 5.1.5纹理方向及超微构造的影响 5.1.6缺陷的影响 6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 6.1.1木材强度的变异 6.1.2荷载的持久性 6.1.3木材缺陷对强度的影响 6.1.4构件干燥缺陷的影响 6.1.5荷载偏差的折减
6.1.6木材容许应力应考虑的因素 7.1常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36 1.1木材的力学性质 主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 1.1.1木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 1.1.2木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 1.1.3木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 1.1.4了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。
实木框架式家具结构的力学性能设计要素分析
实木框架式家具结构的力学性能设计要素分析 家具设计包括家具的造型设计、功能设计、比例尺度的设计、结构及力学性能的设计、加工工艺的设计等众多环节，对造型、功能等的设计一直以来人们探讨得很多。然而，在实际设计中家具的结构及力学性能的设计却常常被设计师容易忽视，且较难掌握的部分。家具的结构及力学设计涵盖家具结构及接合形式、构件的构成形式、材料的性能、家具的受力及力学特性等许多方面。与板式家具相比，实木框架式家具因材料、结构体系、家具构成类型等多方面的因素，其结构力学的设计更复杂，要综合考虑的因素也更多。本文就从实木家具的材料特性、使用中的受力情况等方面对实木框架式家具的结构及力学性能设计的几个基本要素进行了探讨。 1.木材的力学特性 1.1 实木框架式家具常用材料 （1）木材 中国传统实木框架式家具常采用木质坚硬、纹理细腻优美、具有独特色泽的硬木为主要材料，如紫檀、花梨、鸡翅木、乌木等。由于这类材料的色泽皆呈现出不同程度的红色，因而人们又习惯于把以这些优质硬木为材料的家具称为红木家具。 但现代对红木的概念与传统有所不同，根据红木国家标准18107-2000的规定，确定了2科5属8类的33个树种为红木。其隶属于紫檀属、黄檀属、柿属、崖豆属及铁刀木属，归为紫檀木、花梨木、香枝木、黑酸枝木、红酸枝木、乌木、条纹乌木和鸡翅木8类。这些木材绝大多数是从东南亚、热带非洲和拉丁美洲进口，材质坚实致密，具有优良的加工性和装饰性。 除了这些材质优良的硬木外，中国传统家具也采用如榉木、楠木、桦木、黄杨等非硬木。按照王世襄先生对明式家具非硬性木材的分类可分为十一类即榉木、楠木、桦木、黄杨、南柏、樟木、柞木、松木、杉木、楸木、椴木。这些材料在.美.林.家具中被广泛应用。 在现代实木框架式家具中，常采用的木材有榆木、榉木、水曲柳、楸木、核桃木、橡木、桦木、杉木、松木等。对这些木材的物理力学性能的了解是家具结构及力学设计的基础之一。 （2）附属用材除了木材以外，实木框架式家具也会采用一些非木材的附属用材，用于结构的连接、加固、装饰等构件。 传统实木框架式家具的附属用材主要包括石材、棕、藤、绒绳等编织物、铜铁饰件、髹漆材料、粘合材料以及染料等。石材一般为白地带青色或灰青或褐黄花纹的大理石，以及白石、紫石、绿石、青石、黄石及花斑石等。棕、藤和绒绳大量用在凳、椅、床、榻的软屉上。铜和铁一般用于家具的合页、面页、包角等连接和加固构件，也用于装饰构件。还有螺钿、珐琅、玛瑙等镶嵌装饰材料。胶黏剂多采用黄鱼鳔，染料主要有苏木、槐花、杏黄、黑矾等。 现代实木框架式家具除木材外，常采用的还有塑料、金属、玻璃、石材、皮革布艺等，用于家具的连结构件、装饰构件等的制作。 1.2 木材主要力学性能 木材抵抗外部机械力作用的能力称为木材的力学性质。对于家具的结构来说，木材的弹性、硬度、韧性、强度等性能直接影响家具结构的稳定性和强度。 （1）木材的弹性及弹性常数 木材的弹性是指在卸除发生变形的荷载后，木材恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。木材在弹性区域内应力与应变的比值关系由木材的弹性模量来表示。 木材的弹性模量（E）是指木材产生单位应变所需要的应力，即应力/应变。它表征的是材料抵抗变形能力的大小，木材的弹性模量值愈大，说明在外力作用下愈不易变形，材料的强度也愈大。木材的抗压、抗拉、抗弯的弹性模量近似相等，但因木材的各向异性，木材三 1 / 4
木材的力学性能
1．化学性质 化学组成——纤维素、木质素和半纤维素是构成细胞壁的主要成分，此外还有脂肪、树脂、蛋白质、挥发油以及无机化合物等。 木材对酸碱有―定的抵抗力，对氧化性能强的酸，则抵抗力差；对强碱，会产生变色、膨胀、软化而导致强度下降。―般液体的浸透对木材的影响较小。 2．物理性质 1）含水量 木材中的含水量以含水率表示，指所含水的质量占干燥木材质量的百分比。 木材内部所含水分，可分为以下三种。 （1）自由水。存在于细胞腔和细胞间隙中的水分。自由水的得失影响木材的表观密度、保存性、燃烧性、抗腐蚀性、干燥性、渗透性。 （2）吸附水。被吸附在细胞壁内细纤维间的水分。吸附水的得失影响木材的强度和胀缩。 （3）化合水。木材化学成分中的结合水。对木材性能无大影响。 纤维饱和点——指当木材中无自由水，仅细胞壁内充满了吸附水时的木材含水率。树种不同，纤维饱和点随之不同，―般介于25%～35%，平均值约为30%。纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。 平衡含水率——木材长期处于―定温、湿度的空气中，达到相对稳定（即水分的蒸发和吸收趋于平衡）的含水率。平衡含水率是随大气的温度和相对湿度的变化而变化的。 木材的含水率：新伐木材常在35%以上；风干木材在15%～25%；室内干燥木材在8%～15%。 2）湿胀、干缩的特点 当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发，其尺寸不变，继续干燥时吸附水蒸发，则发生体积收缩。反之，干燥木材吸湿时，发生体积膨胀，直至含水量达纤维饱和点为止。继续吸湿，则不再膨胀，见图10．7．1。―般地，表观密度大的，夏材含量多的，胀缩就较大。 因木材构造不均匀，其胀缩具有方向性，同―木材，其胀缩沿弦向最大，径向次之，纤维方向最小，见图10．7．1。这主要是受髓线的影响，其次是边材的含水量高于心材含水量。 图10．7．1含水量对松木胀缩变形的影响
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数分 析 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
木材的力学性能参数
目录 1.1木材的力学性质………………………………………………P3 2.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 2.1.1应力与应变 2.1.2弹性和塑性 2.1.3柔量和模量 2.1.4极限荷载和破坏荷载 3.1木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20 3.1.1木材的各向异性 3.1.2木材的正交对称性与正交异向弹性 3.1.3木材的粘弹性 3.1.4木材的松弛 3.1.5木材塑性 3.1.6木材的强度、韧性和破坏 3.1.7单轴应力下木材的变形与破坏特点 4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 5.1.1木材密度的影响 5.1.2含水率的影响 5.1.3温度的影响 5.1.4木材的长期荷载 5.1.5纹理方向及超微构造的影响 5.1.6缺陷的影响 6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 6.1.1木材强度的变异 6.1.2荷载的持久性 6.1.3木材缺陷对强度的影响 6.1.4构件干燥缺陷的影响 6.1.5荷载偏差的折减 6.1.6木材容许应力应考虑的因素 7.1常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 1.1.1木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 1.1.2木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 1.1.3木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 1.1.4了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。 2.1木材力学基础理论 2.1.1应力与应变（stress and strain）
木材的力学性能参数分析
木材的力学性能参数分 析 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
木材的力学性能参数
目录 木材的力学性质………………………………………………P3 木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8应力与应变 弹性和塑性 柔量和模量 极限荷载和破坏荷载 木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20木材的各向异性 木材的正交对称性与正交异向弹性 木材的粘弹性 木材的松弛 木材塑性 木材的强度、韧性和破坏 单轴应力下木材的变形与破坏特点 木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
力学性质的种类 木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31木材密度的影响 含水率的影响 温度的影响 木材的长期荷载 纹理方向及超微构造的影响 缺陷的影响 木材的允许应力…………………………………………P31~ P33木材强度的变异 荷载的持久性 木材缺陷对强度的影响 构件干燥缺陷的影响 荷载偏差的折减 木材容许应力应考虑的因素 常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
木材的力学性质 主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。 木材力学基础理论 应力与应变（stress and strain） 应力
木材的力学性能参数分析定稿版
木材的力学性能参数分 析 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
木材的力学性能参数
目录 1.1木材的力学性质………………………………………………P3 2.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 2.1.1应力与应变 2.1.2弹性和塑性 2.1.3柔量和模量 2.1.4极限荷载和破坏荷载 3.1木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20 3.1.1木材的各向异性 3.1.2木材的正交对称性与正交异向弹性 3.1.3木材的粘弹性 3.1.4木材的松弛 3.1.5木材塑性 3.1.6木材的强度、韧性和破坏 3.1.7单轴应力下木材的变形与破坏特点 4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
4.1.1力学性质的种类 5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 5.1.1木材密度的影响 5.1.2含水率的影响 5.1.3温度的影响 5.1.4木材的长期荷载 5.1.5纹理方向及超微构造的影响 5.1.6缺陷的影响 6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 6.1.1木材强度的变异 6.1.2荷载的持久性 6.1.3木材缺陷对强度的影响 6.1.4构件干燥缺陷的影响 6.1.5荷载偏差的折减 6.1.6木材容许应力应考虑的因素 7.1常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
1.1木材的力学性质 主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 1.1.1木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 1.1.2木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 1.1.3木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 1.1.4了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。 2.1木材力学基础理论 2.1.1应力与应变（stress and strain） 应力
木材的力学性能参数分析
木材的力学 性能参数
目录 1.1木材的力学性质………………………………………………P3 2.1木材力学基础理论……………………………………………P3~ P8 2.1.1应力与应变 2.1.2弹性和塑性 2.1.3柔量和模量 2.1.4极限荷载和破坏荷载 3.1木材力学性质的特点…………………………………………P8~ P20 3.1.1木材的各向异性 3.1.2木材的正交对称性与正交异向弹性 3.1.3木材的粘弹性 3.1.4木材的松弛 3.1.5木材塑性 3.1.6木材的强度、韧性和破坏 3.1.7单轴应力下木材的变形与破坏特点 4.1木材的各种力学强度及其试验方法………………………P20~ P28
5.1木材力学性质的影响因素…………………………………P28~ P31 5.1.1木材密度的影响 5.1.2含水率的影响 5.1.3温度的影响 5.1.4木材的长期荷载 5.1.5纹理方向及超微构造的影响 5.1.6缺陷的影响 6.1木材的允许应力…………………………………………P31~ P33 6.1.1木材强度的变异 6.1.2荷载的持久性 6.1.3木材缺陷对强度的影响 6.1.4构件干燥缺陷的影响 6.1.5荷载偏差的折减 6.1.6木材容许应力应考虑的因素 7.1常用木材物理力学性能……………………………………P34~ P36
主要介绍:木材力学性质的基本概念、木材的应力—应变关系； 木材的正交异向弹性、木材的黏弹性、木材的塑性； 木材的强度与破坏、单轴应力下木材的变形与破坏特点； 基本的木材力学性能指标； 影响木材力学性质的主要因素等。 1.1.1木材的力学性质：木材在外力作用下，在变形和破坏方面所表现出来的性质。 1.1.2木材的力学性质主要包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗碗强度、抗减强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。 1.1.3木材力学性质的各向异性：与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 1.1.4了解木材力学性质的意义：掌握木材的特性，合理选才、用材。 2.1木材力学基础理论 2.1.1应力与应变（stress and strain） 应力