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）

工程木是現代木結構建筑的常用材料，依據相關標準試驗測定花旗松的物理力學性能，得出了花旗松木構件的本構關系，即木材受拉時為線彈性，受壓時為彈塑性，這為木結構構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，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，所得數據見表1。

1.1.2 試驗步驟

根據我國《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，變異系數為3.99%；平均含水率為9.95%，變異系數為2.98%；平均全干比重為0.393，變異系數為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 抗拉構件尺寸與試驗裝置

1.2.2 加載、量測方案

根據我國 《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

根據我國 《木結構試驗方法標準》（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為0.028。

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

根據以上試驗結果及分析，并補充密度與含水率試驗結果，將木質材料的物理力學性能匯總于表5。

表5 木質材料的物理力學性能

2 小 結

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果的分析，現主要得到以下幾點結論。

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，所以測出的工程木強度不需考慮含水率調整系數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現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，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：中國建筑工業出版社,1991:17-18.

[4]中國建筑科學研究院.木結構試驗方法標準[M].北京：中國建筑工業出版社,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，研究方向為結構工程。

胡德明