龍骨結構對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構參數對體育木地板沖擊性能的影響，對不同龍骨結構、材料的體育木地板進行沖擊吸收率比對分析。結果表明：體育木地板的結構對沖擊吸收率有顯著影響，龍骨結構的差異會導致沖擊吸收率的變化，沖擊點位因龍骨位置影響體育木地板的沖擊吸收率。實木龍骨結構的體育木地板沖擊吸收率普遍優于LVL龍骨結構。單層實木龍骨和單層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位低于無龍骨位置的沖擊點位，雙層龍骨體育木地板的龍骨交叉沖擊點位的沖擊吸收率最低，對雙層龍骨結構的沖擊吸收率整體結果影響較大，龍骨結構是影響體育木地板沖擊吸收率的關鍵因素之一。

關鍵詞： 體育木地板； 沖擊吸收率； 龍骨

中圖分類號： TS 66 文獻標識碼： A 文章編號：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，具有獨特的設計結構和廣泛的應用領域。它涉及的應用材料種類繁多，制造工藝特殊，施工裝配技術復雜，是一種復合型工程地面產品。主要用于高等級職業競賽、專業訓練、健身或娛樂等各種體育運動場館或活動場所[ 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指標[ 2 ]。根據國家標準GB/T 20239《體育館用木質地板》的規定[ 3 ]，沖擊吸收率、標準垂直變形、相對垂直變形、抗滾動載荷性能和滑動摩擦系數等指標是衡量體育木地板性能的重要參數。其中，沖擊吸收率是體育木地板性能評價中的核心指標，反映了體育木地板在受到沖擊時的能量吸收能力，直接決定了運動員在地板上運動時的安全性。當運動員在地板上奔跑、跳躍時，地板如果能夠有效地吸收這些沖擊能量，就能夠減少運動員身體受到的沖擊，延緩運動疲勞，避免運動損傷。因此，體育木地板的沖擊吸收性能越好，對運動員的保護作用就越顯著[ 4 ]。

而在體育木地板的設計和構建中，龍骨作為體育木地板的支撐結構，其設計、選材和裝配方式及結構參數對于整個地板系統主要性能指標具有顯著影響[ 5 ]。不同的龍骨結構、布局方式、尺寸、材料類型和測試點位等因素共同決定了體育木地板在受到沖擊時的響應[ 6 ]。合理的龍骨結構設計能夠有效地分散和緩沖運動產生的沖擊力，避免沖擊力直接作用于地板表面，從而降低運動員受傷的風險[ 7 ]。

為了深入研究龍骨結構參數對體育木地板功能性能的影響，本文選取了兩種不同的龍骨、材料及不同的測試點位作為變量，進行了詳細的實驗和研究。通過對比分析，揭示了不同龍骨結構對體育木地板沖擊吸收率的影響規律，為體育地板材料、結構創新設計提供了科學的理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

實驗采用單層龍骨和雙層龍骨兩種結構形式的體育木地板作為實驗試件，每種龍骨結構材料分別選用實木和LVL。其結構由面層、載荷層、隔離層、龍骨、減震墊等組成（表1）。

1. 2 試驗方法及設備

體育地板沖擊吸收率評估方法分析是表征體育地板沖擊吸收性能的重要指標，其定義為：使用沖擊力檢測儀分別對未凹陷的堅實地面（混凝土地面）和受檢測面進行沖擊時，測試堅實地面（混凝土地面）和受檢測面反彈力（反沖擊力）的變化率。按照GB/T 20239-2023《體育館用木質地板》中體育木地板中沖擊吸收率性能檢測要求，體育地板沖擊吸收率表達為式：

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為堅實地面反沖擊力，N。

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

1. 3 試驗方案

結合實驗平臺尺寸，場地鋪裝地板規格為3 600 mm×3 600 mm。

確定體育木地板的沖擊吸收率檢測點的布置原則為：以實驗平臺上鋪裝的體育木地板中心作為初始檢測點，根據單層龍骨與雙層龍骨結構的鋪裝方式，對龍骨及無龍骨點位展開檢測點布置。測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。測試雙層龍骨體育木地板試件以橫縱交錯方式疊加，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。

進行沖擊吸收率實驗時，體育木地板上每個測試點進行5次沖擊實驗，分別記錄每次沖擊吸收率數值并取平均值。

2 結果與分析

2. 1 不同龍骨結構對沖擊吸收率的影響

實驗過程中對每組試件進行了多點位多次測試，以確保數據的準確性和可靠性。通過計算平均值，可以消除個別測試結果的偶然誤差，從而更準確地反映試件的整體性能。

由表2可知，實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。實木單層龍骨的標準偏差為1.87，實驗數據分布較為離散；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%。與實木單層龍骨相比，LVL單層龍骨的沖擊吸收率略低，但性能穩定性相對較好，其標準偏差為1.43，小于實木單層龍骨的標準偏差；實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%。與實木單層龍骨相比，實木雙層龍骨在沖擊吸收率方面表現相似，但性能穩定性略有提高，其標準偏差為2.14，略大于LVL單層龍骨的標準偏差；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，其標準偏差為2.13，與實木雙層龍骨相近。

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

通過對測試試件沖擊吸收率的深入分析，觀察到不同材料和結構的試件在沖擊測試中的性能表現存在差異。單層實木和單層LVL試件的整體性能較為優異，而雙層實木和雙層LVL試件的性能分布則相對廣泛。經過對測試試件沖擊吸收率的分析得出沖擊點位吸收率為49.9%～59.9%，覆蓋從接近50%到接近60%的廣闊區間（圖1）。

在單層實木龍骨試件方面，沖擊吸收率的分布呈現如下特征：在低于53%的范圍內，未發現任何測試點位，這反映出單層實木試件的性能普遍優良。在53%～56%的區間內，有46個測試點位，占比相對較高。沖擊吸收率超過56%的測試點位有29個，顯示出單層實木試件在沖擊測試中表現優異。

對于單層LVL龍骨試件，沖擊吸收率的分布情況為：在低于53%的范圍內，有5個測試點位，占比相對較低。在53%～56%的區間內，有46個測試點位，占比與單層實木相近。這表明單層LVL試件的性能分布相對均勻。沖擊吸收率超過56%的有24個，說明單層LVL試件的性能普遍較好，與單層實木龍骨相比龍骨位置對沖擊吸收率的影響存在一定差異。

雙層實木龍骨試件方面，沖擊吸收率小于53%的有9個測試點位，占比相對較低。在53%～56%的區間內，有35個測試點位，占比相對較高。沖擊吸收率超過56%的試件有31個，表明雙層實木試件的沖擊性能普遍較好。

對于雙層LVL龍骨試件，沖擊吸收率的分布情況是：在低于53%的范圍內，有18個測試點位，占比相對較高。在53%～56%的區間內，有33個測試點位，占比也相對較高。沖擊吸收率超過56%的有24個，沖擊性能略低于雙層實木龍骨。

2. 2 龍骨位置對沖擊點位的影響

為更深入了解龍骨位置與沖擊點位之間的關系，結合實驗數據進行詳細分析，將實驗數據按照不同的龍骨結構和點位進行整理。通過對比實木單層龍骨和LVL單層龍骨的實驗數據，可以發現龍骨位置和沖擊點位對沖擊吸收率有著顯著的影響。

在實木單層龍骨結構中，無龍骨點位的沖擊吸收率平均值為57.5%，而龍骨點位的沖擊吸收率平均值為54.5%。說明在實木單層龍骨結構中（表3），無龍骨點位的沖擊吸收率相對較高。而在LVL單層龍骨結構中，無龍骨點位的沖擊吸收率平均值為56.1%，龍骨點位的沖擊吸收率平均值為53.5%。

通過ANOVA分析，進一步驗證龍骨位置對沖擊點位的影響是否顯著。結果（表4）表明，在實木單層龍骨和LVL單層龍骨結構中，龍骨位置對沖擊點位的影響均達到極顯著水平（顯著性<0.001）。

方差齊性檢驗結果（表5）顯示，實木單層龍骨結構的方差齊性檢驗顯著性均小于0.001，說明各組之間的方差存在顯著差異。而LVL單層龍骨結構的方差齊性檢驗顯著性大于0.05，說明各組之間的方差無顯著差異。這表明實木單層龍骨結構的實驗數據可能存在一定的異質性，而LVL單層龍骨結構的實驗數據則相對較為穩定。

龍骨位置對沖擊點位的影響顯著。在不同的龍骨結構和點位下，沖擊吸收率呈現出一定的差異。區別于單層龍骨結構，雙層龍骨結構體育木地板沖擊吸收沖擊點位有所變化，結合試驗數據，沖擊點位包括無龍骨點位、上層龍骨點位、下層龍骨點位、上下層龍骨交叉點位。

在實木雙層龍骨結構中（表6），無龍骨點位的沖擊吸收率平均值為57.4%，上層龍骨點位的沖擊吸收率平均值為54.5%，下層龍骨點位的沖擊吸收率平均值為55.8%，而上下層龍骨交叉點位的沖擊吸收率平均值為53.8%；在LVL雙層龍骨結構中，無龍骨點位的沖擊吸收率平均值為56.5%，上層龍骨點位的沖擊吸收率平均值為52.8%，下層龍骨點位的沖擊吸收率平均值為54.8%，而上下層龍骨交叉點位的沖擊吸收率平均值為53.7%（表7）。

通過ANOVA分析，驗證雙層實木龍骨與雙層LVL龍骨位置對沖擊點位的影響是否顯著。實驗結果（表8）表明，雙層實木龍骨位置與雙層LVL龍骨同樣對沖擊點位的影響達到極顯著水平（顯著性<0.001）。龍骨位置的不同確實會導致沖擊吸收率的顯著差異。

同樣對實木雙層龍骨和LV雙層龍骨進行了方差齊性檢驗。結果顯示，實木雙層龍骨結構的方差齊性檢驗顯著性均小于0.001，各組之間的方差存在顯著差異。而LVL雙層龍骨結構的方差齊性檢驗顯著性大于0.05，各組之間的方差無顯著差異（表9）。

3 結 論

3. 1 龍骨間距350 mm、龍骨截面40 mm×50 mm時，單層實木龍骨和單層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%。實木龍骨結構的體育木地板沖擊吸收率優于LVL龍骨結構。

3. 2 體育木地板結構對沖擊吸收率有顯著影響，龍骨結構影響沖擊吸收率的區間范圍，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位低于無龍骨位置的沖擊點位；雙層龍骨體育木地板的龍骨交叉沖擊點位的沖擊吸收率最低，對雙層龍骨結構沖擊吸收率整體結果影響較大。

參考文獻

［1］ 王宏棣， 王金林， 李春生， 等. 體育館用木質地板［J］. 木材工業， 2008（5）： 24 - 27.

［2］ GB/T 20239-2023， 體育館用木質地板［S］.

［3］ 王宏棣. 體育館用木質地板結構與性能的研究［D］. 北京： 中國林業科學研究院， 2008.

［4］ 王宏棣， 周志芳， 王金林. 體育木地板龍骨結構與主要性能的回歸統計關系［J］. 林業科學， 2012， 48（2）： 134 - 138.

［5］ 馮超毅. 體育地板抗沖擊力理論模型構建和模擬仿真分析研究［D］. 哈爾濱： 東北林業大學， 2022.

［6］ 程序. 體育館用木質地板結構性能研究［D］. 北京： 北京林業大學，2007.

［7］ 程序， 楊永福， 王宏棣. 龍骨對體育館用木質地板功能指標影響的初步研究［J］. 木材加工機械， 2007（2）： 18 - 21 + 25.