木材的力學(xué)性質(zhì)第一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材力學(xué)性質(zhì)的各向異性

（材料力學(xué)的基本假設(shè)）——與一般鋼材、混凝土及石材等材料不同，木材屬生物材料，其構(gòu)造的各向異性導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)的各向異性。因此，木材力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有順紋、橫紋、徑向、弦向之分。學(xué)習(xí)木材力學(xué)性質(zhì)的意義——掌握木材的特性，合理選才、用材。第二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)難點(diǎn)——木材力學(xué)性質(zhì)基本概念的理解、木材力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)及其影響因素。本章重點(diǎn)

——掌握木材主要力學(xué)性質(zhì)的種類(lèi)、受力方式及其測(cè)定方法?！静脑试S應(yīng)力的確定。

第三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日6.1木材力學(xué)基礎(chǔ)理論與特點(diǎn)

6.1.1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力：分布內(nèi)力的集度（N／m2）6.1.1.1應(yīng)力應(yīng)力的基本類(lèi)型：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力第四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日拉應(yīng)力σ=P/A壓應(yīng)力σ=-P/A剪應(yīng)力τ=P/AQＰＰＰＰＰＰＰＰ第五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

6.1.1.2應(yīng)變6.1.1.3應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系ε=±⊿L/L在彈性范圍內(nèi)，有σ∝εL⊿LP第六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日引入的比例常數(shù)E

式中：E

——拉壓彈性模量，與材料有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)獲得，是材料的剛性指標(biāo)。σ=

Eε

(胡克定理)實(shí)驗(yàn)表明:木材的抗壓、抗拉及抗彎時(shí)的E

值大致相等。第七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日6.1.2比例極限、彈性變形、永久變形實(shí)驗(yàn)表明:木材抗壓比例極限σP

比抗拉時(shí)小得多。（1）比例極限（σP）

（比例極限工程意義）（2）彈性變形（3）永久變形第八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

6.1.3剛度、脆性、韌性和塑性

木材具有較高的剛度－密度比，故可用于建筑材料。（1）剛度——材料抵抗變形的能力

（2）脆性——材料在破壞之前無(wú)明顯變形的性質(zhì)。第九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

木材的脆性與樹(shù)種、生長(zhǎng)環(huán)境、遺傳、生長(zhǎng)應(yīng)力、缺陷和腐朽有關(guān)。

脆性大的木材，一般質(zhì)量較輕，纖維素的含量低。

生長(zhǎng)輪特別寬的針葉樹(shù)材及生長(zhǎng)輪特別窄的闊葉樹(shù)材易形成脆性木材。第十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）韌性——材料抵抗沖擊的能力（KJ／m2）

韌性大的木材抗沖擊能力強(qiáng)，抗劈性也強(qiáng)。所以工程中用木材的抗沖擊性和抗劈性來(lái)表示木材的韌性。（4）塑性——材料所具有的保持不可恢復(fù)的變形的性質(zhì)。第十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材屬于非完全彈性材料，僅在一定范圍內(nèi)具有彈性，超過(guò)此范圍后，木材即產(chǎn)生塑性變形。木材的塑性與樹(shù)種、樹(shù)齡、溫度、含水率有關(guān)。一般地，木材的塑性隨溫度及含水率的升高而增大。（木材的主要成分）木材塑性的工程應(yīng)用——第十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日6.1.4木材的粘彈性6.1.4.1彈性固體與粘性流體的變形特性（1）彈性固體

具有確定的形狀，變形只與外力有關(guān)，與時(shí)間無(wú)關(guān)。卸除外力后，變形消失，恢復(fù)原形。第十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）粘性流體

無(wú)確定的形狀，取決于容器。變形除與外力有關(guān)外還與時(shí)間有關(guān)，產(chǎn)生不可逆的流動(dòng)變形。6.1.4.2木材的粘彈性

木材為生物高分子材料，具有彈性固體和粘性流體的特性。同時(shí)具有彈性和粘性兩種不同機(jī)制的變形。體現(xiàn)著彈性固體和流體的綜合特性。木材的這種特性稱(chēng)為木材的粘彈性。如蠕變及松弛。第十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（1）木材蠕變

木材蠕變——木材在恒應(yīng)力下其變形隨時(shí)間的增加而增大的現(xiàn)象。木材蠕變過(guò)程的三種變形：瞬時(shí)彈性變形（服從胡克定理）彈性滯后變形（粘彈性）纖維素分子鏈的卷曲或伸展所致。塑性變形（塑性）纖維素分子鏈間的相對(duì)滑動(dòng)所致。第十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）木材松弛現(xiàn)象有蠕變必有松弛，反之亦然。蠕變及松弛與木材的樹(shù)種（密度）有關(guān)，還與溫度及含水率有關(guān)。（3）蠕變與松弛對(duì)工程的影響

木材松弛——木材在恒應(yīng)變下應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。第十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（4）木材蠕變特性研究簡(jiǎn)介木材的蠕變特性曲線是一粘彈性曲線。木材的蠕變變形由三個(gè)部分組成：第一部分

是由木材內(nèi)部高度結(jié)晶的微纖絲構(gòu)架而引起的彈性變形，這種變形是瞬間完成；第十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（4）木材蠕變特性研究簡(jiǎn)介第二部分是鏈段的伸展而引起的延遲彈性變形，這種變形是隨時(shí)間而變化的；第三部分是高分子的相互滑移引起的粘性流動(dòng)。第十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日，

力學(xué)模型第十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日，

根據(jù)流變學(xué)理論，其任一瞬時(shí)的蠕變?nèi)崃縅（t）為：數(shù)學(xué)模型第二十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1.5木材力學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn)

5.1.5.1木材性質(zhì)的層次性針葉材闊葉樹(shù)層次狀明顯，木材橫切面上可以見(jiàn)到致密的晚材與組織疏松的早材構(gòu)成年輪而成同心園狀。徑切面上早晚材交替為平行的條紋；弦切面上則交替為“V”形花紋；木材力學(xué)性能各輪多少有點(diǎn)差異。

第二十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1.5.2多孔性木材主要是細(xì)胞組成，微觀構(gòu)造上橫切面所觀察到細(xì)胞斷面為孔眼；徑切面、弦切面上為中空管狀，及細(xì)胞壁上紋孔等；宏觀構(gòu)造上，導(dǎo)管分子孔狀結(jié)構(gòu)等。第二十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1.5.3木材力學(xué)性質(zhì)各向異性前述木材物理性質(zhì)（干縮性、熱、電、聲學(xué)等）構(gòu)造性質(zhì)各向異性，同樣木材力學(xué)性質(zhì)亦存在著各向異性。木材大多數(shù)細(xì)胞軸向排列，僅少量木射線徑向排列。木材為中空的管狀細(xì)胞組成，其各個(gè)方向施加外力，木材破壞時(shí)產(chǎn)生的極限應(yīng)力不同。例如順紋抗拉強(qiáng)度可達(dá)，而橫紋抗拉強(qiáng)度僅3.0-5.0Mpa(C-H,H-O)，這主要與其組成分子的價(jià)鍵不同所致。軸向纖維素鏈狀分子是以C-C、C-O鍵連接，而橫向纖維素鏈狀分子是以C-H、H-O連接，二者價(jià)鍵的能量差異很大。第二十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1.5.4木材的親濕性前述纖維飽和點(diǎn)是材性變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，如木材中纖維素和半纖維素分子上游離羥基吸收空氣中水分子，會(huì)使木材體積、密度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致木材強(qiáng)度發(fā)生變化。第二十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1.5.5木材力學(xué)性質(zhì)變異性不同樹(shù)種,木材力學(xué)性質(zhì)不同。同一樹(shù)種，不同部位不同力學(xué)性質(zhì)不同.同一樹(shù)種,生長(zhǎng)條件不同力學(xué)性質(zhì)不同；同時(shí)木材各種缺隙如節(jié)子，紋理、腐朽等都會(huì)影響木材力學(xué)性能。第二十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2木材主要力學(xué)性質(zhì)測(cè)定原理與方法

木材力學(xué)性質(zhì)研究，適及到力學(xué)種類(lèi)、受力方向、靜力荷載與動(dòng)力荷載以及加工工藝等。木材的強(qiáng)度象其它材料一樣，可分為抗拉、抗壓、抗剪、抗彎、抗扭、抗劈、耐磨性、抗沖擊和硬度等。木材是非均質(zhì)性的各向異性材料，其縱向、徑向和弦向三個(gè)方向力學(xué)強(qiáng)度具有明顯的差異。木材主要力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定主要采用靜力荷載進(jìn)行。

第二十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.1木材的抗拉強(qiáng)度

木材順紋抗拉強(qiáng)度，是指木材沿紋理方向承受拉力荷載的最大能力。木材的順紋抗拉強(qiáng)度較大，各種木材平均約為117.7－147.1MPa，為順紋抗壓強(qiáng)度的2－3倍。木材在使用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。木材順紋拉伸破壞主要是縱向撕裂粗微纖絲和微纖絲間的剪切。微纖絲縱向的C-C、C-O鍵結(jié)合非常牢固，所以順拉破壞時(shí)的變形很小，通常應(yīng)變值小于1％~3％，而強(qiáng)度值卻很高。第二十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材順紋抗拉力學(xué)試樣及其受力方向

試驗(yàn)時(shí)采用附有自動(dòng)對(duì)直和拉緊夾具的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)以均勻速度加荷，在1.5-2.0分鐘內(nèi)使試樣破壞。順紋抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算。σw＝P/a.b式中：P——最大荷載,N；a，b一試樣工作部位橫斷面(cm2)；W一試驗(yàn)時(shí)的木材含水率(％)。

第二十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.1.2橫紋抗拉強(qiáng)度

木材橫紋抗拉試樣及其受力方向木材的橫紋拉力比順紋拉力低得多，一般只有順紋拉力的l/30—1/40。因?yàn)槟静膹较蚴芾瓡r(shí)，除木射線細(xì)胞的微纖絲受軸向拉伸外，其余細(xì)胞的微纖絲都受垂直方向的拉伸；橫紋方向微纖絲上纖維素鏈間是以氫鍵（-OH）接合的，這種鍵的能量比木材纖維素縱向分子間C-C、C-O鍵接合的能量要小得多。此外，橫紋拉力試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)力不易均勻分布在整個(gè)受拉上，往往先在一側(cè)被拉劈，然后擴(kuò)展到整個(gè)斷面而破壞，并非真正橫紋抗拉強(qiáng)度。第二十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.2木材的抗壓強(qiáng)度

5.2.2.1順紋抗壓強(qiáng)度木材順紋抗壓強(qiáng)度是指木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力，主要用于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)材和建筑材的榫接合類(lèi)似用途的容許工作應(yīng)力計(jì)算和柱材的選擇等，如木結(jié)構(gòu)支柱、礦柱和家具中的腿構(gòu)件所承受的壓力。木柱有長(zhǎng)柱與短柱之分。當(dāng)長(zhǎng)度與最小斷面的直徑之比小于11或等于11時(shí)為短柱，大于11時(shí)為長(zhǎng)柱，長(zhǎng)柱亦稱(chēng)歐拉柱。長(zhǎng)柱以材料剛度為主要因素，受壓不穩(wěn)定，其破壞不是單純的壓力所致，而是縱向上會(huì)發(fā)生彎曲、產(chǎn)生扭矩，最后導(dǎo)致破壞，它已不屬于順紋抗壓的范疇。第三十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（1）順紋抗壓強(qiáng)度的測(cè)定我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》（GB1927-1943-91）規(guī)定，只測(cè)定短柱的最大抗壓強(qiáng)度。其試樣尺寸為20×20×30mm，長(zhǎng)度平行于木材紋理；σw＝P/abσ12＝σw[1+0.05(W-12)]式中：P——破壞荷載，N；a，b——試樣斷面尺寸，mm；W——試驗(yàn)時(shí)的木材含水率(％)；σw、σ12——木材氣干狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)含水率12%時(shí)的強(qiáng)度，Mpa。我國(guó)木材順壓強(qiáng)度的平均值約為45Mpa；順壓比例極限與強(qiáng)度的比值約為0.7，針葉樹(shù)材該比值約為0.78，軟闊葉樹(shù)材為0.70，硬闊葉樹(shù)材為0.66。針葉樹(shù)材具有較高比例極限的原因是，它的構(gòu)造較單純且有規(guī)律；硬闊葉樹(shù)環(huán)孔材因構(gòu)造不均一，使這一比值最低。第三十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）順紋抗壓強(qiáng)度試樣破壞的形狀根據(jù)試樣破壞面的狀態(tài)，順紋抗壓試樣的破壞可分為以下六種形狀：壓縮、楔形劈裂、剪切、劈裂、壓縮與順紋剪切和壓披，

木材順紋抗壓破壞時(shí)常見(jiàn)的六種形態(tài)

第三十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.2.2橫紋抗壓強(qiáng)度橫紋抗壓強(qiáng)度的測(cè)定有兩種方式:橫紋全部拉壓和橫紋局部抗壓強(qiáng)度。荷載作用于試樣的全部，稱(chēng)為橫紋全部拉壓強(qiáng)度；荷載作用于試樣的局部，稱(chēng)為橫紋局部抗壓強(qiáng)度。依荷載作用于年輪的方向，分為弦向抗壓和徑向抗壓。外力相切于年輪的方向?yàn)橄蚁?，垂直于年輪的方向?yàn)閺较?。因此橫紋橫紋抗壓強(qiáng)度有徑向全部抗壓、弦向全部抗壓與徑向局部抗壓、弦向局部抗壓四種形式第三十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材橫紋抗壓強(qiáng)度測(cè)定試樣與受力方向1-徑向全部抗壓2-徑向局部抗壓

第三十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日針葉材及闊葉樹(shù)環(huán)孔材徑向受壓時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系第三十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3木材的抗彎強(qiáng)度

5.2.3.1木梁承受彎曲荷載時(shí)應(yīng)力的分布特點(diǎn)木材抗彎強(qiáng)度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力，可以用曲率半徑的大小來(lái)度量。它與樹(shù)種、樹(shù)齡、部位、含水率和溫度等有關(guān)。木材抗彎強(qiáng)度亦稱(chēng)靜曲強(qiáng)度，或彎曲強(qiáng)度，是重要的木材力學(xué)性質(zhì)之一，主要用于家具中各種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構(gòu)件的設(shè)計(jì)。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和順紋抗壓強(qiáng)度之間的差異。因?yàn)槟静某惺莒o力抗彎荷載時(shí)，常常因?yàn)閴嚎s而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對(duì)于抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時(shí)的應(yīng)力，而不是順紋抗拉比例極限時(shí)應(yīng)力。第三十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材承受彎曲荷載時(shí)受力方式與應(yīng)力分布情況

第三十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)梁承受中央荷載彎曲時(shí)，梁的變形是上凹下凸，上部纖維受壓應(yīng)力而縮短，下部纖維受拉應(yīng)力而伸長(zhǎng)，其間存在著一層纖維既不受壓縮短也不受拉伸長(zhǎng)，這一層長(zhǎng)度不變的纖維層稱(chēng)為中性層。中性層與橫截面的交線稱(chēng)為中性軸。受壓和受拉區(qū)應(yīng)力的大小與距中性軸的距離成正比，中性層的纖維承受水平方向的順紋剪力。由于順紋抗拉強(qiáng)度是順紋抗壓強(qiáng)度的2—3倍，隨著梁彎曲變形的增大，中性層逐漸向下位移，直到梁彎曲破壞為止。第三十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3.2抗彎強(qiáng)度的測(cè)定各樹(shù)種木材抗彎強(qiáng)度平均值約為90MPa左右。針葉樹(shù)材徑向和弦向抗彎強(qiáng)度間有一定的差異，弦向比徑向高出10％~12％；闊葉樹(shù)材兩個(gè)方向上的差異一般不明顯?？箯潖?qiáng)度的測(cè)定方法各國(guó)不同，區(qū)別在于試樣的尺寸、加荷方式和加荷速度的差別。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試樣斷面為20×20mm，長(zhǎng)度為300mm，跨度為240mm；中央荷載，弦向加荷；試驗(yàn)以均勻速度加荷，在1-2分鐘內(nèi)使試樣破壞。試驗(yàn)時(shí)為避免試樣在支座和受力點(diǎn)產(chǎn)生壓痕，影響試驗(yàn)結(jié)果，在支座和受力點(diǎn)上應(yīng)加鋼質(zhì)墊片。墊片的尺寸為30×20×5mm。第三十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材抗彎強(qiáng)度的測(cè)定

抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算σw＝3PL/2bh2(Mpa)σ12＝σw[1+0.04（W-12）](Mpa)式中：σw——木材試樣氣干狀態(tài)下的抗彎強(qiáng)度P——破壞時(shí)的荷載，N；L——跨度，240mm；b——試樣寬度，mm；h——試樣高度，mm；W——試驗(yàn)時(shí)試樣的含水率(％)。第四十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3.3抗彎彈性模量木材抗彎彈性模量是指木材受力彎曲時(shí)，在比例極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比，用于計(jì)算梁及桁架等彎曲荷載下的變形以及計(jì)算安全荷載。木材的抗彎彈性模量代表木材的剛性或彈性，表示在比例極限以內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，也即表示梁抵抗彎曲或變形的能力。梁在承受荷載時(shí)，其變形與彈性模量成反比，彈性模量大，變形小，其木材剛度也大。第四十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材抗彎彈性模量的測(cè)定

第四十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3.4抗彎彈性模量與抗彎強(qiáng)度間的關(guān)系

抗彎強(qiáng)度與抗彎彈性模量間成正比關(guān)系。目前所試驗(yàn)過(guò)的國(guó)產(chǎn)樹(shù)種中，針葉材抗彎強(qiáng)度最大樹(shù)種為長(zhǎng)苞鐵杉122.7Mpa，最小的為柳杉53.2Mpa；闊葉材抗彎強(qiáng)度最大的樹(shù)種為海南子京183.1Mpa，最小的為蘭考泡桐為28.9Mpa；針葉材抗彎彈性模量最大樹(shù)種為落葉松14.5Gpa，最小的為云杉6.2Gpa；闊葉材抗彎彈性模量最大的樹(shù)種為蜆木21.1Gpa，最小的為蘭考泡桐為4.2Gpa。木材抗彎強(qiáng)度，我國(guó)針葉材大多數(shù)樹(shù)種在60—100Mpa之間，闊葉材大多數(shù)樹(shù)種在60—140Mpa之間。木材抗彎彈性模量，我國(guó)針葉材大多數(shù)樹(shù)種在8.0—12Gpa之間，闊葉材大多數(shù)樹(shù)種在8.0—14.0Gpa之間。第四十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)356個(gè)樹(shù)種木材在含水率為15%情況下，抗彎彈性模量E與抗彎強(qiáng)度σ間關(guān)系為線型函數(shù)，方程如下：E=0.086σ+33.7,r=0.84二者高度密切相關(guān)?？箯潖?qiáng)度測(cè)定要容易得多，利用此式可估測(cè)木材的抗彎彈性模量。同時(shí)，在非破壞的情況下測(cè)得木材的抗彎彈性模量，也可利用此式估測(cè)木材的抗彎強(qiáng)度。第四十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.4木材的抗剪強(qiáng)度木材抵抗剪切應(yīng)力的最大能力，稱(chēng)為抗剪強(qiáng)度。木材抗剪強(qiáng)度視外力作用于木材紋理的方向，分為順紋抗剪強(qiáng)度和橫紋抗剪強(qiáng)度。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕見(jiàn)，而且橫紋剪切總是要橫向壓壞纖維產(chǎn)生拉伸作用而并非單純的橫紋剪切，因此通常不作為材性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。木材的橫紋抗剪強(qiáng)度為順紋抗剪強(qiáng)度的3－4倍。第四十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材抗剪試樣與受力支架1—附件主桿2—塊3—L形塊4，5—螺桿6—壓塊7—試樣8——圓頭螺釘

第四十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材的順紋抗剪強(qiáng)度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強(qiáng)度和徑面抗剪強(qiáng)度,如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常出現(xiàn)于早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但略有起伏，面上帶有細(xì)絲狀木毛。剪切面垂直于年輪的徑面，剪切破壞時(shí)，其表面較為粗糙，不均勻而無(wú)明顯木毛。在擴(kuò)大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細(xì)木毛。第四十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材順剪強(qiáng)度較小，平均只有順紋抗壓強(qiáng)度的10％~30％。紋理較斜的木材，如交錯(cuò)紋理、渦紋、亂紋等,其順剪強(qiáng)度會(huì)明顯增加。闊葉樹(shù)材順剪強(qiáng)度平均比針葉樹(shù)材高出1/2。闊葉樹(shù)材弦面抗剪強(qiáng)度較徑面高出10％~30％，如木射線越發(fā)達(dá)，這種差異更加明顯。針葉樹(shù)材，其徑面和弦面的抗剪強(qiáng)度大致相同。第四十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.5木材的硬度木材的硬度，是指木材抵抗其它剛體壓入的能力。木材的硬度與木材的密度密切相關(guān)，密度大其硬度則高，反之則低。

樹(shù)種密度端面硬度(Mpa)產(chǎn)地泡桐杉木紫椴香樟水曲柳柞木槭木黃檀蜆木0.2830.3760.4510.5350.6430.7480.8800.9231.12819.526.534.440.259.972.9108.8112.4142.3河南湖南黑龍江安徽黑龍江黑龍江安徽浙江廣西木材密度與硬度的關(guān)系

第四十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材硬度測(cè)定方法1—半圓形的鋼壓頭；2—調(diào)整螺絲（上觸點(diǎn)）；3—具有彈簧裝置的下觸點(diǎn)；4—套筒

第五十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日同一樹(shù)種，其端面硬度大于徑面和弦面硬度，徑面與弦面相差不大。針葉樹(shù)材平均高出35％，闊葉樹(shù)材高出25％左右。大多數(shù)樹(shù)種的弦面和徑面硬度相近，但木射線發(fā)達(dá)的麻櫟、青岡櫟等樹(shù)種的木材硬度，弦面可高出徑面5％~10％。木材硬度測(cè)定方法有布氏硬度法和金氏硬度法二種。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用金氏法，采用電觸控制附件測(cè)定，如圖5-15。試樣尺寸為50×50×70mm，試驗(yàn)是以每分鐘3-6mm的均勻速度將鋼壓頭的半球完全壓入木材，直至5.64mm深度為止。對(duì)于加壓后試樣易裂的樹(shù)種，鋼半球壓入的深度允許減至2.82mm，此時(shí)截面積為75mm2。對(duì)于含水率為W%的木材，其硬度按下式計(jì)算：HW=KP

第五十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.6木材的沖擊韌性

木材的沖擊韌性，是指木材受沖擊力而彎曲折斷時(shí)，試樣單位面積所吸收的能量。吸收的能量越大，表明木材的韌性越高而脆性越低。沖擊韌性與其他木材強(qiáng)度性質(zhì)不同，不是用破壞試樣的力來(lái)表示，而是用破壞試樣所消耗的功(kJ/m2)表示。沖擊破壞消耗的功愈大，木材韌性愈大，亦即脆性愈小。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)不能用于木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算，只能作為衡量木材品質(zhì)的參考。在生產(chǎn)上常以此作為槍托、飛機(jī)、車(chē)船、木梭、木桶、球棒及運(yùn)動(dòng)器械等用材的檢驗(yàn)指標(biāo)。第五十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材沖擊韌性的測(cè)定，通常采用兩種方式，即一次沖擊試驗(yàn)法和連續(xù)沖擊試驗(yàn)法，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一次沖擊試驗(yàn)法。試樣尺寸為20×20×300mm，兩支座間距離跨度為240mm，中央荷載，只作弦向試驗(yàn)，一次沖斷。擺錘質(zhì)量10kg，起始高度為1m，自由落下，試樣被沖擊折斷后，擺錘自由擺動(dòng)到另一個(gè)高度，二次高度勢(shì)能之差，即為試樣折斷時(shí)所吸收的能量，可直接從力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上讀出。第五十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日試驗(yàn)結(jié)果用下式計(jì)算：T＝1000Q/bh式中：Q—

試樣吸收的能量(kJ/m2)；b—試樣的寬度(mm)；h—試樣的高度(mm)。第五十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)產(chǎn)針葉木材，其沖擊韌性數(shù)值多在2kg·m/cm2),闊葉材多在16.0-182.2kJ/m2(0.160-1.822kg·m/cm2)。木材沖擊韌性受木材密度、溫度和木材缺陷等因素的影響。有關(guān)含水率對(duì)木材沖擊韌性的影響，說(shuō)法不一。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，木材沖擊試驗(yàn)結(jié)果不進(jìn)行含水率的測(cè)定和校正。

第五十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.7木材工藝力學(xué)性質(zhì)

5.2.7.1抗劈力木材的抗劈力，是指木材的一端沿紋理方向抵抗劈開(kāi)的能力?？古儆诠に囆再|(zhì)，而且關(guān)系到其它的工藝性質(zhì)，如開(kāi)榫性。抗劈力大的木材，其握釘力也強(qiáng)。木材抗劈力象其它力學(xué)性質(zhì)一樣，受木材密度、木材構(gòu)造的影響。通常密度大的木材，其抗劈力也大，這種關(guān)系表現(xiàn)得非常密切，呈直線關(guān)系。在密度相同的條件下，由于細(xì)胞的組成不同，闊葉樹(shù)材的抗劈力大于針葉樹(shù)材的抗劈力。交錯(cuò)紋理、木節(jié)可增大抗劈力。木材的含水率對(duì)抗劈力的影響不明顯。第五十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木材徑面(A)與弦面(B)抗劈力的試樣形狀

第五十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.7.2木材的握釘力木材的握釘力，是指木材抵抗釘子拔出的能力。木材具有固著釘子的性能，握釘力亦即木材與釘子之間的摩擦力。當(dāng)握釘力的大小取決于木材的種類(lèi)、含水率、密度、硬度、彈性、紋理方向、釘子的形狀及其與木材接觸面的大小等。例如水曲柳的徑面握釘力為2130N，而端面為1460N(圓釘ф＝3.Omm)。密度大的木材其握釘力也強(qiáng)，例如含水率15％時(shí)，紫椴的密度為0.49，其握釘力為420N，水曲柳的密度為0.69，其握釘力為1460N。第五十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.7.3耐磨性耐磨性是木材抵抗磨損的能力。木材磨損是在其表面受摩擦、擠壓、沖擊和剝蝕等，以及這些因子綜合作用時(shí)，所產(chǎn)生的表面化過(guò)程．其特點(diǎn)為磨損部分只有表面形狀和體積等物理狀況的變化，而化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。變化的大小是以磨損部分所損失的重量或體積來(lái)衡定。它與樹(shù)種、密度、方向、硬度、含水率等有關(guān)。這一性質(zhì)對(duì)評(píng)價(jià)木質(zhì)地板和耐磨木構(gòu)件有一定作用。第五十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2.7.4彎曲能力指木材彎曲破壞前的最大彎曲能力．可以用曲率半徑的大小來(lái)度量。它與樹(shù)種、樹(shù)齡、部位、含水率和溫度等有關(guān)。木材塑性大，其彎曲能力也大。第六十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3影響木材力學(xué)性質(zhì)的因子

5.3.1木材水分的影響

含水率對(duì)松木力學(xué)強(qiáng)度的影響A—橫向抗彎；B—順紋抗壓；C—順紋抗剪木材含水率對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)的影響，主要是由于單位體積內(nèi)纖維素和木素分子的數(shù)目增多，分子間的結(jié)合力增強(qiáng)所致。含水率高于纖維飽和點(diǎn)，自由水含量增加，其強(qiáng)度值不再減小，基本保持恒定。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究證實(shí)，含水率在纖維飽和點(diǎn)以下，強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值與含水率成一直線關(guān)系。第六十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.2木材密度的影響

木材密度是決定木材強(qiáng)度和剛度的物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷木材強(qiáng)度的最佳指標(biāo)。密度增大，木材強(qiáng)度和剛性增高；密度增大，木材的彈性模量呈線性增高；密度增大，木材韌性也成比例地增長(zhǎng)。在通常的情況下，除去木材內(nèi)含物，如樹(shù)脂、樹(shù)膠等，密度大的木材，其強(qiáng)度高，木材強(qiáng)度與木材密度二者存在著下列指數(shù)關(guān)系方程。σ＝Kρn式中：σ——木材強(qiáng)度；

ρ——木材密度；K和n——常數(shù)，隨強(qiáng)度的性質(zhì)而不同。第六十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)產(chǎn)樹(shù)種木材密度與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

樹(shù)種木材順紋抗壓強(qiáng)度回歸方程相關(guān)系數(shù)木材抗彎強(qiáng)度回歸方程相關(guān)系數(shù)杉木σ＝1455ρ—1510.74紅松σ＝1067ρ—1510.64落葉松σ＝1192ρ—2090.74馬尾松油松σ＝1903.43ρ-101.210.78水曲柳σ＝1131ρ—2460.74紫椴σ＝817ρ—200.74第六十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.3溫度

溫度對(duì)木材力學(xué)性能影響比較復(fù)雜。一般情況下，室溫范圍內(nèi)，影響較小，但在高溫和極端低溫情況下，影響較大。正溫度的變化，在導(dǎo)致木材含水率及其分布產(chǎn)生變化同時(shí)，會(huì)造成木材內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和干燥等缺陷。主要原因在于熱促使細(xì)胞壁物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)加劇，內(nèi)摩擦減少，微纖絲間松動(dòng)增加，引起木材強(qiáng)度下降。如水熱處理情況下，溫度超過(guò)180℃，木材物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解；或在83℃左右條件下，長(zhǎng)期受熱，木材中抽提物、果膠、半纖維素等會(huì)部分或全部消失，從而引起木材強(qiáng)度損失，特別是沖擊韌性和拉伸強(qiáng)度會(huì)有較大的削弱。第六十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4木材缺陷的影響

木材中由于立地條件，生理及生物危害等原因，使木材的正常構(gòu)造發(fā)生變異，以致影響木材性質(zhì)，降低木材利用價(jià)值的部分，稱(chēng)為木材的缺陷，如木節(jié)、斜紋、裂紋、蟲(chóng)眼、變色和腐朽等。木材缺陷破壞了木材的正常構(gòu)造，必然影響木材的力學(xué)性質(zhì)，其影響程度視缺陷的種類(lèi)、質(zhì)地、尺寸和分布等而不同。第六十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.1木節(jié)節(jié)子的纖維與其周?chē)睦w維成直角或傾斜，節(jié)子周?chē)哪静男纬尚奔y理，使木材紋理的走向受到干擾。節(jié)子破壞了木材密度的相對(duì)均質(zhì)性，而且易于引起裂紋。節(jié)子對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)的影響決定于節(jié)子的種類(lèi)、尺寸、分布及強(qiáng)度的性質(zhì)第六十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日1—卵圓形、2—長(zhǎng)條形和3—掌狀節(jié)

1—活節(jié)和2—死節(jié)

第六十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日木節(jié)對(duì)橫紋抗壓強(qiáng)度的影響不明顯，當(dāng)節(jié)子位于受力點(diǎn)下方，節(jié)子走向與施力方向一致時(shí)，強(qiáng)度不僅不降低反而出現(xiàn)增高的現(xiàn)象。木節(jié)對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響研究得還不多，當(dāng)弦面受剪時(shí)，節(jié)子起到增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度的作用。第六十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.2斜紋理

斜紋理是指木材纖維的排列方向與樹(shù)軸或材面成一角度者。在原木中斜紋理呈螺旋狀，其扭轉(zhuǎn)角度自邊材向髓心逐漸減小。在成材中呈傾斜狀。關(guān)于斜紋理形成的原因，說(shuō)法很多，其中以遺傳形成斜紋理的現(xiàn)象比較明顯，其次有人認(rèn)為樹(shù)木無(wú)主根特別是為蔓生根者形成斜紋理，也有人認(rèn)為是風(fēng)、光、重力等因素單獨(dú)或共同作用的結(jié)果。對(duì)于斜紋理的解釋尚無(wú)公認(rèn)的統(tǒng)一說(shuō)法。落葉松、桉樹(shù)及馬尾松的斜紋理十分明顯。

第六十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日斜紋理對(duì)木材順紋抗拉、抗彎和順紋抗壓的影響

第七十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.3樹(shù)干形狀的缺陷樹(shù)干形狀的缺陷包括彎曲、尖削、凹兜和大兜。這類(lèi)缺陷有損于木材的材質(zhì)，降低成材的出材率，加工時(shí)纖維易被切斷，降低木材的強(qiáng)度，尤其對(duì)抗彎、順紋抗拉和順紋抗壓強(qiáng)度的影響最為明顯。第七十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.4裂紋木材的裂紋，根據(jù)裂紋的部位和方向分為徑裂和輪裂。裂紋不僅發(fā)生于木材的貯存、加工和使用過(guò)程，而且有的樹(shù)木在立木時(shí)期已發(fā)生裂紋。立木的輪裂在樹(shù)干基部較為嚴(yán)重，由下向上逐漸減輕。徑裂多在貯存期間由于木材干燥而產(chǎn)生。當(dāng)木材干燥時(shí)原來(lái)立木中的裂紋還會(huì)繼續(xù)發(fā)展。裂紋不僅降低木材的利用價(jià)值，而且影響木材的力學(xué)性質(zhì)，其影響程度的大小視裂紋的尺寸、方向和部位而不同。

第七十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.5應(yīng)力木林分中生長(zhǎng)正常的林木，通常其干形通直。但當(dāng)風(fēng)力或重力作用于樹(shù)木時(shí)，其樹(shù)干往往發(fā)生傾斜或彎曲；或者，當(dāng)樹(shù)木發(fā)生偏冠時(shí)，樹(shù)干中一定部位會(huì)形成反常的木材組織。這類(lèi)因樹(shù)干彎曲形成的異常木材（Abnormalwood）被稱(chēng)為應(yīng)力木（Tensionwood）。針葉樹(shù)中，應(yīng)力木形成于傾斜、彎曲樹(shù)干或樹(shù)枝的下方,稱(chēng)之為應(yīng)壓木（Compressionwood）。闊葉樹(shù)中，應(yīng)力木產(chǎn)生于傾斜、彎曲樹(shù)干或樹(shù)枝的上方，稱(chēng)之為應(yīng)拉木（Tensionwood）。應(yīng)力木在木段的橫斷面呈偏心狀，年輪偏寬的一側(cè)為應(yīng)力木部分。第七十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日針葉樹(shù)應(yīng)壓木和闊葉樹(shù)應(yīng)拉木

第七十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4.6木材的變色和腐朽木材為天然有機(jī)材料，在保管和使用過(guò)程中易遭受菌類(lèi)的危害，發(fā)生變色和腐朽，給木材的利用造成極大的不良影響。危害木材的菌類(lèi)屬于真菌類(lèi)。真菌的種類(lèi)很多，對(duì)于木材的破壞各不相同，通常根據(jù)其對(duì)木材的破壞形式可分為木腐菌、變色菌和霉菌三類(lèi)，其中主要是木腐菌。危害木材的菌類(lèi)除真菌以外，還有少數(shù)的細(xì)菌。第七十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日5.4木材容許應(yīng)力及其確定方法

5.4.1木材容許應(yīng)力木材力學(xué)性質(zhì)研究主要是為木構(gòu)件安全設(shè)計(jì)服務(wù)。木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的是正確處理安全與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，既要保證結(jié)構(gòu)的安全，使之在一定的年限內(nèi)正常使用，又要最小限度的耗費(fèi)材料。因此研