除了本身的组织构,影响木材强度的主要因素
木材除了本身的组织构造会影响木材强度之外,含水率、负荷持续时间、疵病(木节、斜纹、裂缝、腐朽及虫蛀等)、温度等不同,木材的强度也会不同。(1)含水率的影响。木材的含水率对木材强度的影响很大,当细胞壁中水分增多时,木纤维间的连接力减小,使细胞壁软化,含水率在纤维饱和点以上变化时,是自由水的变化,因而不影响木材强度;在纤维饱和点以下时,随着含水率的降低,吸附水减少,细胞壁趋于紧密,木材强度增大,反之,强度减小。研究表明,木材含水率的变化,对木材各种强度的影响程度是不同的,对抗弯和顺纹抗压影响较大,对顺纹抗剪影响较小,而对顺纹抗拉几乎没有影响。
(2)负荷时间的影响。在外荷载的长期作用下,木材会在应力小于强度极限时发生疲劳破坏。我们把木材在长期外力作用下所能承受的不致引起破坏的最大应力,称为持久强度。木材的持久强度仅为极限强度的50%~60%。木材在外力作用下会产生塑性流变,当应力不超过持久强度时,变形到一定限度后趋于稳定;若应力超过持久强度时,经过一定时间后,变形急剧增加,从而导致木材破坏,因此,在设计木结构时,应考虑负荷时间对木材强度的影响,一般应以持久强度为依据。
(3)疵病的影响。木材在生长、砍伐、储存等过程中,所产生的一些结构上的缺陷,统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等,木材出现一些疵病是一种常见的现象,这会致使木材的物理力学性质受到影响。木节有活节、死节、松软节、腐朽节之分,其中,活节对木材性能的影响最小。木节容易降低木材的顺纹抗拉强度,但对顺纹抗压强度几乎没用影响;在横纹抗压和剪切时,木节反而会使其强度增加。在木纤维与树轴成一定夹角时,形成斜纹。木材中的斜纹严重降低其顺纹抗拉强度,对抗弯强度也有较大影响,对顺纹抗压强度影响较小。裂纹、腐朽、虫害等疵病,会造成木材构造的不连续或破坏其组织,严重地影响木材的力学性质,有时甚至能使木材完全失去使用价值。
(4)温度的影响。温度直接影响木材强度的高低,当空气温度较高时,木材中的胶结物质呈现软化状态,其强度和弹性性质均会降低。研究表明,当温度由25℃升至50℃时,木材抗压强度会降低20%~40%,抗拉和抗剪强度降低12%~20%;当温度在100℃以上时,木材中部分组织会分解、挥发、变黑,强度大幅下降,达到275℃左右时木材开始燃烧。因此,规范要求,当空气温度超过50℃时,不应采用木结构。当温度低于0℃时,木材中水分结冰,木材强度虽然增大,但材质变脆。一旦解冻,木材的各项强度都将比未解冻时的强度要低。
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