木材的力学性能.docx

1. 化学性质化学组成一一纤维素、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一定的抵抗力，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 导致强度下降一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一一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，一般介于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一一木材长期处于一定温、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. 7.1一般地，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，同一木材，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长期湿胀干缩交替，会产生翘曲开裂因而潮湿的木材在加工或使用前应进行干燥处理，使木材 的含水率达到平衡含水率，与将来使用的环境湿度相适应3. 力学性质木材的力学性质也具各向异性的特点当受力方向与纤维方向一致时，为顺纹受力当受力方向垂直 于纤维方向时，为横纹受力木材中由厚壁细胞承担外力，这类细胞愈多，细胞壁愈厚，则强度愈高，因此，木材的表观密度愈大、 夏材含量愈多，则强度愈高1） 抗拉强度木材顺纹受拉破坏，往往木纤维未被拉断，而纤维间先被撕裂顺纹抗拉强度是木材所有强度中最大 的，约为顺纹抗压强度的2〜3倍木材的疵点（木节、斜纹等）对顺纹抗拉强度影响很大，因而木材实际 的顺纹抗拉能力反较顺纹抗压能力低。

再者，木材受拉杆件连接处应力复杂，使顺纹抗拉强度难以充分利 用木材横纹抗拉强度很小，仅为顺纹抗拉强度的2.5%〜10%，工程中一般不使用2） 抗压强度（1） 顺纹抗压木材顺纹受压破坏是木材细胞壁丧失稳定性的结果，而非纤维的断裂木材顺纹抗压 强度较高，仅次于顺纹抗拉与抗弯强度，且木材的疵点对其影响甚小，因此这种强度在土木工程中利用最 广2） 横纹抗压这种受压作用，使木材的细胞腔被压扁，产生大量变形开始时变形与外力成正比， 超过比例极限时，细胞壁失去稳定，细胞腔被压扁木材的横纹抗压强度以使用中所限制的变形量来决定， 通常取其比例极限作为横纹抗压强度极限指标横纹抗压强度一般为顺纹抗压强度的10%〜20%3） 抗弯强度木材受弯曲时，内部应力复杂，在梁的上部受到顺纹抗压、下部为顺纹抗拉，而在水平面和垂直面中 是剪应力木材受弯时，受压区首先达到强度极限，出现小皱纹，但不立即破坏，随着外力增大，受压区 皱纹扩展，产生大量塑性变形，受拉区达到强度极限时，纤维本身及纤维间联结断裂而导致破坏木材顺纹抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的1.5〜2倍，所以土木工程中应用很广但木材疵病对其 影响很大，特别是当它们分布在受拉区时。

4） 抗剪强度（1） 顺纹抗剪这种受剪作用，绝大部分纤维本身不破坏，而只破坏剪切面中纤维间的联结所以顺 纹抗剪强度很小，为顺纹抗压强度的15%〜30%木材中疵病对其影响显著2） 横纹抗剪这种受剪作用，是剪切面中纤维的横向联结破坏，因此横纹抗剪强度比顺纹抗剪强度 还低3） 横纹切断这种剪切破坏是将木材纤维横向切断，因此这种强度较大，为顺纹抗剪强度的4〜5 倍为了便于比较，现将木材各种强度间数值大小关系列于表10. 7. 1中表10. 7. 1木材各种强度的大小关系A■flIB £, a.]i»i凸1/2-15）影响木材强度的主要因素（1）含水量的影响含水量在纤维饱和点以上变化时，木材强度不变；在纤维饱和点以下时，随含水 量降低强度增大，反之则强度减小见图10. 7. 2含水量的变化，对抗弯和顺纹抗压影响较大，对顺纹抗剪影响小，对顺纹抗拉几乎无影响见图10. 7.2图10. 7. 2含水量对木材强度的影响l一顺纹受拉；2 一弯曲；3一顺纹受压；4一顺纹受剪(2) 负荷时间的影响木材对长期荷载的抵抗能力与暂时荷载不同，在长期荷载作用下木材产生蠕滑 最终产生大量变形木材在长期荷载作用下不引起破坏的最大强度，称持久强度，一般为极限强度的50%〜 60%。

3) 温度的影响木材随温度升高，强度降低4) 疵点(病)的影响木材的疵点主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等木节分活节、死节、松软节、腐朽节等，活节影响较小木节、斜纹它们对力学性能的影响见强度部 分裂纹、腐朽、虫害等，造成木林构造的不连续性或组织破坏，严重影响木材的力学性质。