理论教育 纤维饱和点和木材物理力学性质

纤维饱和点和木材物理力学性质

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:纤维饱和点是木材物理力学性质发生改变的转折点,它是木材含水率是否影响其强度和湿胀干缩的临界值。木材使用前,须干燥至使用环境长年平均平衡含水率,以免制品变形、干裂。木材构造的不均匀性决定了它的许多性质为各向异性,在强度方面尤为突出。木节主要使顺纹的抗拉强度显著降低,而对顺纹的抗压强度影响较小。

纤维饱和点和木材物理力学性质

木材的性质包括物理性质和力学性质。

1.木材的物理性质

(1)木材的密度

木材的密度为1.48~1.56g/cm3,由于木材都是同一物质(纤维素)组成的,各树种相差不大,常取1.54g/cm3

(2)木材的含水率

木材中所含的水可分为自由水和吸附水两类。自由水为存在于细胞腔与细胞间隙中的水;吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维中的水。当木材中细胞壁内被吸附水充满,而细胞腔与细胞间隙中没有自由水时,该木材的含水率被称为纤维饱和点,它一般为25%~35%,平均为30%。纤维饱和点是木材物理力学性质发生改变的转折点,它是木材含水率是否影响其强度和湿胀干缩的临界值

木材具有较强的吸湿性。当木材的含水率与周围空气的温度和相对湿度达到平衡时,此含水率称为平衡含水率。我国各地的年平均平衡含水率一般为10%~18%。木材使用前,须干燥至使用环境长年平均平衡含水率,以免制品变形、干裂。

按照《木结构设计标准》(GB50005—2017)的规定,制作构件时,木材含水率应符合下列要求:

①现场制作的原木或方木结构不应大于25%;

板材和规格材不应大于20%;

③受拉构件的连接板不应大于18%;

④连接件不应大于15%;

⑤层板胶合木构件不应大于15%,且同一构件各层木板间的含水率差别不应大于5%。(www.daowen.com)

(3)木材的湿胀干缩

木材的湿胀干缩是由细胞壁中吸附水量的变化引起的。当木材由潮湿状态干燥至纤维饱和点时,其尺寸不变,而继续干燥到细胞壁中的吸附水开始蒸发时,则木材开始收缩(干缩)。在逆过程中,即干燥木材吸湿时,随着吸附水的增加,木材将发生体积膨胀(湿胀),直到含水率达到纤维饱和点为止,此后,尽管木材含水量会继续增加,即自由水增加,但体积不再膨胀。木材的胀缩性随树种而有差异,一般体积密度大的,夏材含量多的,胀缩较大。另外,各方向的胀缩值也不一样,顺纹方向最小,径向较大,弦向最大。

2.木材的力学性质

(1)木材的强度

工程上常利用木材抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度作为设计依据。木材构造的不均匀性决定了它的许多性质为各向异性,在强度方面尤为突出。

同一木材,顺纹和横纹的强度有很大的差别,顺纹的抗拉强度最大,抗弯、抗压、抗剪强度依次递减,横纹的抗拉、抗压强度比顺纹小得多。木材的强度比较如表4-3所示。

表4-3 木材的强度比较

(2)影响木材强度的主要因素

影响木材强度的因素有含水率、温度、负荷时间和木材缺陷等。

①含水率。当木材的含水率在纤维饱和点以下时,木材的强度随含水率增加而降低,这是由于吸附水的增加使细胞壁逐渐软化。当木材含水率在纤维饱和点以上时,木材的强度等性能基本稳定,不随含水率的变化而变化。含水率对木材的顺纹的抗压及抗弯强度影响较大,而对顺纹的抗拉强度几乎无影响。

②温度、负荷时间和木材缺陷。一般来说,木材的强度会随环境温度的升高而降低。如果使用环境温度长期超过50℃,其强度会因木材缓慢炭化而明显下降,故这种环境下不应采用木结构。木材的负荷时间长,强度下降。长期负荷下的强度,一般仅为极限强度的50%~60%。木材缺陷有木节、斜纹、裂纹、翘曲、腐朽及病虫害等。一般来讲,缺陷越多,木材强度越低。木节主要使顺纹的抗拉强度显著降低,而对顺纹的抗压强度影响较小。

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