木材抗弯强度及抗弯弹性模量试验方法的研究

为给修订国家标准《GB 1936—80木材杭弯强度及弹性模量试验方法》提供依据,本文对现行国家标准与国际标准进行对比研究。结果表明:现在木材抗弯强度的测定不符合实际情况、应采用国际标准ISO 3349的测定方法,但加荷压头、试样支座与试样接触点之间应加钢垫片,以防止试样因压痕而产生纵向应力。ISO抗弯弹性模量测试方法,由于仅测试样加荷压头之间的弹性变形、其值甚小、加上千分表的灵敏度高、因此测计的数据不稳定,变化大,误差大,结果欠正确,应该继续采用国家标准GB 1936—80抗弯弹性模量测试方法,但加荷压头及试样支柱端头的半径应改为30mm。本文还对建国以来测试的抗弯弹性模量,提出求修正值的公式。     

地带和地形对湿地松人工林材性的影响

比较分析了湿地松人工林材性在不同地带和地形中的表现差异.结果表明:相同地形条件下生长在南亚热带的湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、戊聚糖含量和苯醇抽出物含量大于生长在中亚热带的,而木材尺寸稳定性和Klason木素含量小于生长在中亚热带的.相同地带内山谷中的湿地松人工林木材尺寸稳定性和戊聚糖含量大于山脊上的,木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、Klason木素含量和苯醇抽出物含量均小于山脊上的.差异显著性t检验表明:地带和地形对湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度和抗弯强度影响极显著或显著;地形对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响极显著,地带对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响不显著.研究结果为湿地松人工林培育和木材合理利用提供科学依据.     

木材强度超声检测的研究

本文采用超声脉冲首波等幅法测试了红松(Pinus koraiensis)、兴安落叶松(Lerix dahurica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和紫椴(Trlia amurenis)四种无疵气干材的顺纹和横纹超声速度及超声弹性模量,并用一元和二元回归分析了这两种超声参数与木材顺纹抗压强度和抗弯强度的相关性。结果表明: 1.轴向超声弹性模量与顺纹抗压强度、抗弯强度的相关紧密,相关方程可用一元线性函数或幂函数表示。 2.以轴向超声速度和木材密度为变量与顺纹抗压强度或抗弯强度建立的二元线性或幂函数相关方程,其相关程度较一元回归更为紧密,累计误差也有所减小。 3.幂函数与线性函数的相关系数(r)大致相等。 4.横向超声参数与顺纹抗压强度的相关显著,而与抗弯强度的相关不显著。 5.采用“首波等幅法”可对2×2×3cm的标准试样进行有效的检测,解决了小试样不易测试的问题。     

基于敲击声MFSC特征CNN模型的古建筑木材物理力学性能评估

【目的】我国有大量的木结构古建筑，在现场对古建筑木构件正常木材的物理力学性能给予方便的检测评估，是古建筑木结构日常保护、修缮和安全评估的刚性需求。本研究对敲击声信号引入机器学习算法处理，力图将便捷的敲击方式应用于古建筑木材物理力学性能的无损检测。【方法】以北京某皇家古建筑拆修下来的4段落叶松旧木构件为原材料，加工无疵试件，首先探究木试件尺寸、密度对敲击声信号的影响，试验测定木试件的密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度等物理力学性能参数；然后对试验采集的敲击声信号进行梅尔频率谱系数（MFSC）特征提取，以敲击声MFSC特征为输入、试件物理力学性能为输出，构建古建筑木材物理力学性能卷积神经网络（CNN）评估模型。【结果】试件尺寸对敲击声信号没有影响，密度较高试件的敲击声信号的主峰频率较高；失活层对模型性能有较为明显的影响，失活层失活率为0.2时的拟合效果最佳；所建立的模型对古建筑木材物理力学性能的评估效果良好，密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度评估值与真实值之间的决定系数分别达到0.873、0.819、0.746、0.860。【结论】本研究构建的基于敲击声MFSC特征CNN模...     

日本落叶松人工林不同生长势林木的木材物理力学性质

以日本落叶松人工林为研究对象，根据国家物理力学标准，测定日本落叶松木材的基本密度、干缩性、抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性、顺纹抗拉强度等物理力学性能，分析评价长势(优势木、平均木和劣势木)、产地(甘肃沙坝和龙门)和胸径等对日本落叶松木材物理力学性能的影响。结果表明：(1)不同长势日本落叶松的木材密度和力学强度差异不显著，劣势木、平均木、优势木的干缩率逐步递增。(2)龙门与沙坝的日本落叶松抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性和顺纹抗拉强度差异不显著；沙坝样木的干缩率、抗弯强重比高于龙门，密度则低于龙门。(3)不同胸径日本落叶松物理性质存在显著性差异(P<0.05),木材密度随胸径先增大，后趋于稳定，弦向和体积干缩率以及干缩比与胸径正相关，径向干缩率则随胸径先减小后增大；不同胸径间抗弯强度、冲击韧性与抗拉强度无显著性差异，弹性模量随胸径增加先增大后减小；胸径22～28 cm的日本落叶松材性较优，且处于适伐阶段。(4)产地和长势对日本落叶松木材的密度、径向气干干缩率、干缩比、抗弯强重比有显著的交互作用。     

同跨高比不同软化处理方法对荆条抗弯性能的影响

荆条是优良编织材料,荆条软化处理试验可为提高其柔软度、研发荆编家具提供理论依据。采用水煮、碳酸氢钠、尿素、乙二胺4种软化处理方法处理荆条,通过测定同跨高比时荆条的最大弯曲挠度、抗弯弹性模量、抗弯强度,分析不同软化处理对荆条纵向弯曲性能的影响。结果表明,4种软化处理的最大弯曲挠度表现为尿素、水煮碳酸氢钠乙二胺,并随直径的增大而增大,抗弯强度表现为碳酸氢钠水煮乙二胺尿素。弹性模量表现为尿素水煮乙二胺、碳酸氢钠,大致随直径的增大而减小。4种软化处理方法中,尿素处理方法挠度大、抗弯弹模小、抗弯强度能满足使用要求,其软化效果最佳。     

日本落叶松正交胶合木抗弯性能研究

【目的】探究日本落叶松正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)抗弯性能的影响因素,为CLT在木结构建筑中的应用提供基础数据。【方法】以产自辽宁清原的日本落叶松锯材为供试材料,依据层板弹性模量(8～12GPa(低)、≥12～≤16GPa(中)、16GPa(高))、层数(3层和5层)、层板厚度(15和25mm)、组坯方向(正交和斜45°)的不同共设置6种组坯方式,基于美国标准ANSI/APA PRG320-2012测试6组CLT的抗弯弹性模量和抗弯强度,以考察CLT抗弯性能的影响因素;根据机械连接理论、复合层板理论、剪力类比理论和简单设计法推算CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩,通过实测值验证理论预测值的精确性,筛选适宜的预测方法。【结果】层板模量和层数对日本落叶松CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响显著,但锯材厚度和组坯方向对CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响不显著;采用剪力类比理论、简单设计法分别计算的等效抗弯刚度值和抗弯弯矩值更加接近实测值,相对误差分别在5.0%和6.5%内。【结论】采用日本落叶松锯材制备的CLT具有较好的抗弯性能,利用理论模型能够很好地预测CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩。     

铝-木复合材料抗弯性能预测与分析

将铝合金薄板和定向刨花板(OSB)以层叠方式复合得到新型铝-木复合材料(WAC),对不同组坯的铝-木复合材料抗弯性能进行研究,通过三点弯曲加载试验得到铝-木复合材料弯曲破坏形式和抗弯弹性模量,运用经典层合理论建立抗弯弹性模量预测模型,并进行验证。结果表明:将铝合金薄板叠加在最外层的铝-木复合材料结构荷载能力有很大提高,并且纵向弹性模量(MOE)提高了156.55%,横向弹性模量提高了192.79%。考虑胶层影响,在经典层合模型的基础上对铝-木复合材料的弹性模量进行预测,所得预测值和试验值之间相对误差在10%以内。可见经典层合模型可以很好预测铝-木复合材料的弹性模量,铝-木复合材料有着良好的抗弯性能,将铝合金薄板叠加在最外层的结构是最为合理的。     

重组竹力学性能及设计强度取值研究

竹材为快速可再生材料,性能优越,用于建筑领域可提高长期固碳能力、增加经济附加值,且建筑业迫切需要寻找再生资源降低对环境的影响。通过试验研究浙江省4～5年生毛竹枝下材制成的重组竹顺纹抗拉、顺纹抗剪、抗弯强度、抗弯弹性模量及其破坏模式,参照《木结构设计手册》分析其设计值,并将其与常见建筑材料进行对比。结果表明,顺纹抗拉强度设计值为16.3 MPa,抗拉破坏属于脆性破坏,破坏模式有3种:受拉纤维拉断、锯齿状界面剪切破坏、纤维拉断和界面剪切破坏同时发生;顺纹抗剪强度设计值为3.69 MPa,抗剪破坏属于脆性破坏,破坏模式为纤维界面的剪切破坏;抗弯强度设计值和抗弯弹性模量分别为33.8 MPa和8.3 GPa,抗弯破坏属于塑性破坏,破坏模式为受拉纤维先拉断、受压纤维后压溃破坏。重组竹可作为建筑结构主体受力材料使用,但须适当提高抗压和抗剪安全系数,用作受弯构件时以挠度控制较为准确。     

日本落叶松正交胶合木抗弯性能的研究

【目的】探究日本落叶松正交胶合木（cross-laminated timber，CLT）抗弯性能的影响因素，为CLT在木结构建筑中的应用提供基础数据。【方法】以产自辽宁清原的日本落叶松锯材为供试材料，依据层板弹性模量（＞8~＜12 GPa（低）、≥12~≤16 GPa（中）、＞16 GPa（高））、层数（3层和5层）、层板厚度（15和25 mm）、组坯方向（正交和斜45°）的不同共设置6种组坯方式，基于美国标准ANSI/APA PRG320-2012测试6组CLT的抗弯弹性模量和抗弯强度，以考察CLT抗弯性能的影响因素；根据机械连接理论、复合层板理论、剪力类比理论和简单设计法推算CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩，通过实测值验证理论预测值的精确性，筛选适宜的预测方法。【结果】层板模量和层数对日本落叶松CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响显著，但锯材厚度和组坯方向对CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响不显著；采用剪力类比理论、简单设计法分别计算的等效抗弯刚度值和抗弯弯矩值更加接近实测值，相对误差分别在5.0%和6.5%内。【结论】采用日本落叶松锯材制备的CLT具有较好的抗弯性能，利用理论模型能够很好地预测CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩。