湿地松与马尾松人工林木材物理力学性质的比较研究

通过对湿地松和马尾松人工林木材物理力学性质的测定和比较分析,结果表明:湿地松人工林木材密度、干缩系数和除冲击韧性以外的力学强度均稍大于马尾松人工林木材,而冲击韧性则恰恰相反.经差异显著性t检验表明:湿地松和马尾松木材物理力学性质指标中顺纹抗压强度、抗弯强度、弦面顺纹抗剪强度和冲击韧性差异极显著,气干密度、基本密度、径面顺纹抗剪强度和端面硬度差异显著,除此之外的其余指标差异不显著.     

高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响

【目的】研究高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响,明确高温热改性和环境湿度对木材平衡含水率、木材顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度的影响规律,揭示高温预处理对胶合木梁抗弯性能影响的作用机制,为高温热改性技术在木结构领域中的应用提供参考。【方法】以高应力等级的兴安落叶松为研究对象,采用工业化热处理技术对落叶松木材进行高温热改性,以高温热改性后的落叶松木材为层板,制备12个足尺胶合木梁。基于EN 408标准四点弯曲方法,分析高温热改性和环境湿度对胶合木梁抗弯弹性模量、抗弯强度、破坏模式、跨中截面荷载-应变曲线和跨中截面应变分布规律等抗弯性能的影响。【结果】高温热改性会在一定程度上降低胶合木梁的抗弯强度,但可明显提高高湿度条件下胶合木梁的抗弯弹性模量,与90%环境湿度下未处理胶合木梁相比,高温热改性后,同湿度下胶合木梁的抗弯强度降低29. 79%,抗弯弹性模量提高23. 71%;高温热改性可降低胶合木梁抗弯弹性模量对环境湿度的敏感性,环境湿度从60%提高到90%,未处理胶合木梁的抗弯弹性模量降低23. 27%,经高温热改性预处理的胶合木梁抗弯弹性模量降低7. 55%; 60%和90%环境湿度下的荷载-位移曲线和跨中截面应变分布曲线表明,胶合木梁在高湿环境中具有更明显的非线性特性,高温预处理后的胶合木梁表现为线弹性。环境湿度对胶合木梁的抗弯性能具有较为明显的劣化作用,90%湿度下胶合木梁抗弯强度和抗弯弹性模量分别为43. 98 MPa和12. 191 GPa,比60%湿度下未处理胶合木梁低17. 07%和23. 27%;环境湿度对木材平衡含水率影响明显,高温热改性是降低木材平衡含水率的有效措施,环境湿度从60%提高到90%,高温热改性处理后落叶松木材平衡含水率分别从10. 74%和20. 62%降至4. 76%和11. 18%。【结论】60%和90%环境湿度条件下,未处理胶合木梁为拉伸破坏,高温热改性构件为拉剪联合破坏,高温热改性后材料的顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度降低是材料破坏模式改变的根本原因。高温热改性后胶合木梁在高湿环境条件下抗弯弹性模量明显改善。     

日本落叶松规格材齿板节点承载性能

【目的】研究国产规格材与国产齿板连接节点的拉伸及抗剪承载性能,为国产建筑材料的开发利用提供参考。【方法】以采自辽宁清原大孤家林场的日本落叶松规格材及市购国产齿板为试验材料,设计制作4种工况下的板齿极限强度试件及10种工况下的齿板抗剪强度试件,通过拉伸和剪切试验,研究不同工况下日本落叶松齿板连接节点的板齿极限强度和齿板抗剪强度,并与进口齿板和进口SPF规格材进行对比。【结果】日本落叶松与国产齿板连接节点的板齿极限强度在AA、AE、EA和EE 4种工况下分别为3.50、2.53、2.61和2.37 N·mm-2,通过比较日本落叶松与国产齿板、进口齿板2组结果,除EA工况下进口M20齿板强度略低外,在AA、AE和EE 3种工况下分别高于国产齿板10.57%、21.34%和9.28%,对比进口M20齿板与日本落叶松、进口SPF 2组结果,在AA、AE、EA和EE 4种工况下与日本落叶松的组合分别高于与进口SPF的组合36.27%、50.49%、30.00%及40.00%;齿板抗剪强度在θ=0°、θ=90°、θ=30°T、θ=60°T、θ=120°T、θ=150°T、θ=30°C、θ=60°C、θ=120°C和θ=150°C 10种工况下分别为132.39、122.73、135.66、199.13、92.26、172.76、99.81、89.52、79.10和85.68N·mm-1,除剪-拉复合受力情况下θ=120°时国产齿板和日本落叶松组合的齿板受剪极限强度较小外,其他工况均大于进口齿板与进口SPF的节点组合。【结论】板齿极限强度试验在4种工况下的破坏方式均为齿拔出破坏,齿板抗剪强度试验主要破坏方式为木材接缝处开裂、齿板端部齿拔出和齿板在木材接缝处翘曲等;荷载方向对齿板连接节点承载力影响较大;国产齿板和国产日本落叶松的齿板连接性能较好,且优于常见进口齿板和进口SPF的节点组合,可进一步研究国产齿板和国产日本落叶松制成轻型木桁架的承载性能,为完善我国木结构建筑体系提供科学依据。     

木结构螺栓连接设计中销槽承压强度值的确定方法

木材销槽承压强度是木结构螺栓连接节点设计的一个重要参数。结合国内外主要国家木材销槽承压强度的测定方法和模拟计算公式,将模拟计算结果与试验结果进行比较,分析表明螺栓直径5%偏移法作为木材销槽承压强度的判定方法较为合理,且兴安落叶松的5%偏移法试验测定结果与美国木结构设计规范NDS规定模拟值误差在-2.02%~10.44%之间。设计人员可在未经过试验测定兴安落叶松销槽承压强度时,对模拟计算得到的销槽承压强度值乘以折减系数0.91作为设计参考值。     

硫酰氟熏蒸处理对出口包装樟子松木材力学性能的影响

采用硫酰氟作为熏蒸剂处理樟子松木材,在试验室条件下,研究熏蒸处理对木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、颇纹抗剪强度和颇纹抗压强度的影响。结果表明,经硫酰氟熏蒸处理后樟子松木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度和顺纹抗压强度均有程度不同的变化;除顺纹抗剪强度有所增强,抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均减小;抗弯强度和抗弯弹性模量的相关性有所下降。     

落叶松木材API胶粘剂弦径面胶接强度的差异

对落叶松木材水性高分子异氰酸酯 (API)胶粘剂弦径面胶接强度进行了研究。结果表明 :落叶松木材API胶粘剂弦径面胶接强度存在着差异 ,落叶松木材API胶粘剂径切板胶合强度试件的常态压缩剪切强度是弦切板的 1 4 1倍 ,而反复煮沸压缩剪切强度径切板的却比弦切板的低。落叶松木材本身弦径面顺纹抗剪强度和剪切强度率的试验结果表明 :造成落叶松胶合强度试件弦径面常态压缩剪切强度存在差异的根本原因在于落叶松木材本身弦径向的强度存在差异 ,木材径向的强度比弦向的大 ,文中对这造成这种差异的原因进行了分析     

冷冻处理对木材硬度和抗剪强度的影响

为改善木材硬度不均,减少各向异性,提高木材切削性能,以北京杨为试验材料,采用不同温度(-6、-9、-12℃)和不同时间(4、6、8、10 h)对木材进行冷冻处理,研究分析了冷冻处理条件对木材三切面硬度和抗剪强度的影响。结果表明:冷冻处理温度和时间对处理效果影响显著,在较低的处理温度条件下,木材三切面的硬度和抗剪强度趋于一定值;杨木生材合理的冷冻处理温度为-6℃以上;可通过三切面硬度变化和抗剪强度变化关系来评价木材冷冻处理效果。     

低温环境下桦木顺纹抗压强度的研究

为揭示不同水分状态木材在低温环境下的力学强度变化规律,研究了5种水分状态(饱水、生材、纤维饱和点、气干、绝干)桦木木材在0~-196℃低温环境下的顺纹抗压强度,并与室温环境下(20℃)的5种水分状态木材顺纹抗压强度进行比较。结果表明,在低温(0~-196℃)环境下,随着测试环境温度的降低,木材顺纹抗压强度增加,在-196℃环境下,5种水分状态的桦木顺纹抗压强度比室温环境下分别增加821.24%,718.05%,632.87%,223.75%和95.28%。木材顺纹抗压强度与温度呈线性关系,其斜率代表了顺纹抗压强度随温度变化的增加率,即木材含水率越高,随着低温温度的降低,顺纹抗压强度增速越大。在低温环境下,木材细胞中水分形成的冰柱,是木材顺纹抗压强度增加的主要原因。对绝干材而言,木材细胞壁上纤维和纤维胶着物质发生硬化,是其顺纹抗压强度增加的主要原因。     

人工林杉木和杨树木材物理力学性质的株内变异研究

按照中国国家标准研究杉木和I-214杨树木材的抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度和密度,同时按照日本国家标准研究2个树种的顺纹抗剪强度.结果表明:杉木的抗弯强度、顺纹抗压强度和密度由胸高直径处向上呈波浪形增加,抗弯弹性模量则稳定降低,但不同高度间杉木的物理力学性质没有显著差异;近树皮处木材的物理力学性质高于近髓心处木材,并有极显著差异.对于I-214杨树,只有抗弯弹性模量从髓心到树皮逐渐增加,其他的物理力学性质,最小值在从髓心到树皮的过渡区,最大值在近树皮处,从髓心到树皮,杨树的物理力学性质有极显著的差异.杉木和杨树的径面顺纹抗剪强度从髓心到树皮有极显著差异,并且近树皮的高于近髓心的木材,而弦面顺纹抗剪强度从髓心到树皮没有显著差异.木材密度与力学性质有很好的线性相关关系,木材密度是一个很好的力学强度的预测手段.     

试样厚度及缺角对人工林木材顺纹抗剪强度的影响

对不同厚度及缺角的速生材试样,进行了顺纹抗剪强度的测定。测试结果表明:3种厚度的杉木和茅栗径面试样的抗剪强度,在0.05水平上经t检验差异均不显著;缺角试件在0.01、0.05、0.001水平上经t检验差异均显著至极显著。为木材顺纹抗剪强度的测定,提供了调整试样宽度和径面厚度的参考依据。     

兴安落叶松水分利用对策

【目的】具有重要的木材生产与生态功能的兴安落叶松分布于我国夏季干旱强度和频度明显偏高区域,研究兴安落叶松自然干旱过程中水分指标特征,以期阐明该种水分应对策略。【方法】以自然生长的兴安落叶松为研究对象,在2012年5—9月生长季,于帽儿山森林生态系统定位研究站兴安落叶松人工林内进行了减雨100%、减雨50%和对照试验,测定不同减雨条件下兴安落叶松枝条水势、针叶气孔导度、相对含水量,分析压力-容积曲线水分参数。【结果】测定期间兴安落叶松枝条中午水势由低到高依次为减雨100%、减雨50%、对照。减雨100%、减雨50%和对照兴安落叶松枝条中午水势季节变幅依次为0.81,0.68和0.54 MPa,前两者与对照样木中午水势之差最高值分别为0.49和0.37 MPa。3个处理样木枝条清晨与中午水势之差保持基本稳定,均约为0.71MPa。减雨100%和减雨50%样木针叶气孔导度较对照下降84%和79%,水分利用效率较对照升高140%和58%。减雨100%和减雨50%样木枝条相对含水量相似,平均较对照低7%。不同处理样木压力-容积曲线主要水分参数保持相对稳定。【结论】短期干旱处理后,兴安落叶松能够通过降低气孔开度,提高水分利用效率,自身进行一定程度的渗透调节,保持相对稳定的清晨中午水势梯度和相对含水量。在等水/非等水行为连续体中,兴安落叶松具有近等水行为特征。     

生物质燃气热处理落叶松木材性能测试

利用生物质燃气对落叶松进行热处理,处理温度190℃,处理时间4 h。测试落叶松热处理材与素材的平衡含水率、湿胀率和力学强度。结果表明:经过生物质燃气热处理后,落叶松处理材的平衡含水率和湿胀性明显降低,顺纹抗压强度和抗弯强度均有小幅下降,分别下降了6.47%和7.4%;而落叶松热处理材的抗弯弹性模量基本保持不变。由此说明,以生物质燃气为处理介质,在合适的热处理条件下对落叶松木材进行处理,在改善湿胀性的同时,木材的力学强度下降幅度可以控制在10%范围内,对其使用没有产生很大的影响。     

古建用落叶松木材物理力学性能预测及其影响因素

为实现对木结构古建筑的预防性保护,有必要对木构件的材质性能进行及时有效的预测和评价。采取小试样-缩尺-足尺递进的方式,将微钻阻抗仪和应力波检测等无损检测方法与实验室物理力学性能测试相结合,构建并检验了落叶松木材物理力学性能与微钻阻抗值和波阻模量关系预测模型,进而提出了古建用落叶松木材物理力学性能的现场无损检测分析方法。研究结果表明：落叶松小试件密度与微钻阻抗值呈现明显的线性正相关关系,木材密度与微钻阻抗值线性方程相关系数为0.91;落叶松小试样顺纹抗压强度、抗弯强度及抗弯弹性模量与波阻模量呈现较明显的线性正相关关系,木材顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量与波阻模量线性方程相关系数分别为0.86,0.74,0.74;通过微钻阻抗仪和应力波检测可推算落叶松木材物理力学性能。利用小试件测试数据所建立的预测方程进行落叶松大试件物理力学性能推算存在一定的误差,其缩尺试件密度和顺纹抗压强度预测值与实际值平均偏差分别为12%和16%,足尺试件密度和顺纹抗压强度预测值与实际值平均偏差分别为16%和17%。现场预测应同时考虑测试路径因素,自心材至边材区域,落叶松木材密度、顺纹抗压强度、微钻阻抗值沿径向...     

内蒙古大兴安岭典型乔灌树种及其地表死可燃物热解特性

【目的】研究森林可燃物的热解特性,了解林火发生的难易程度及潜在火行为特征,促进合理选择防火树种和构建生物防火林带。【方法】以内蒙古大兴安岭毕拉河林区森林可燃物为对象,进行热重分析得出其热解过程,以筛选抗火性能良好的树种。运用热重分析法,在升温速率为30℃·min-1、通氧速率为20 m L·min-1的条件下,对5种典型乔木(白桦、黑桦、兴安落叶松、蒙古栎、山杨)的3个部位(树干、树皮、树枝)及其林内地表死可燃物分3个亚层(未分解层、半分解层、已分解层)和3种典型灌木(平榛、二色胡枝子、兴安杜鹃)的枝条研究热失重行为。使用TG-DTG曲线分析样品的热解过程,利用Coats-Redfem积分法对样品的快速热解阶段进行动力学分析,采用热解特性指数P对样品的热解特性进行全面评价;通过活化能、着火温度与热解特性指数的综合分析,评价各样品的抗火性。【结果】空气条件下的森林可燃物的热解过程分为脱水阶段、快速热解阶段、炭化阶段。通过一级反应动力学模型Coats-Redfem积分法求出样品在快速热解阶段时的活化能(E)、频率因子(A)和相关系数R。结合热稳定性、着火温度与热解特性指数的综合分析可知,5种乔木的抗火性依次为:兴安落叶松白桦黑桦山杨蒙古栎; 3种灌木的抗火性依次为:平榛二色胡枝子兴安杜鹃; 5种乔木地表死可燃物的抗火性排序依次为:兴安落叶松黑桦、白桦山杨、蒙古栎。【结论】在所选植物种类中,兴安落叶松与平榛的抗火性最佳,研究结果可为内蒙古大兴安岭地区的防火树种选择提供依据。     

花旗松与云杉木材钉连接节点侧向抗拉力学性能比较研究

钉连接是木结构中重要的连接节点,在剪力墙中起到重要的承载作用。笔者针对轻型木结构建筑剪力墙关键的连接节点,对花旗松、云杉与不同厚度结构胶合板、定向刨花板用不同结构单钉连接的30种连接节点的侧向抗拉力学性能和破坏位移进行了比较研究。研究结果表明,钉子的尺寸、覆板种类与花旗松和云杉木材形成的连接节点侧向抗拉力学性能和破坏位移影响显著。6D钉连接花旗松侧向抗拉力值大于云杉;8D钉连接云杉侧向抗拉力值大于花旗松;10D钉连接两种木材节点力值趋势一致;花旗松和云杉与不同钉尺度连接节点破坏位移趋势相似,随着钉尺度的增加,破坏位移差异显著;10D钉连接两种木材节点破坏位移趋势一致,云杉与22 mm厚定向刨花板用10D钉连接,节点破坏位移最大。     

杉木径面及弦面的木材力学性质的差异

１６个杉木样本的木材力学试验结果表明，除横纹抗压强度外，弦面的抗弯强度和弹性模量、冲击韧性、顺纹抗剪强度及抗劈力均不同程度高于径面。分析了引起差异的原因。     

真空热处理改性马尾松木材物理性能研究

文章采用间歇抽真空法及利用木材自身含有的水分对马尾松木材进行热处理,并研究了热处理温度和时间对马尾松木材的尺寸稳定性（ASE值）和力学性能的影响。结果表明：处理温度和时间均显著影响着木材的力学强度和ASE。综合考虑处理温度和处理时间对ASE、顺纹抗压强度和抗弯强度的影响,较佳的真空热处理工艺为：压力-0.09 Mpa、处理温度200℃,处理时间1 h。     

细柄阿丁枫木材物理力学性质研究

通过对细柄阿丁枫木材的物理及力学性质的测定与分析,结果显示:细柄阿丁枫木材的基本密度为0. 617 g·cm~(-3),气干密度为0. 733 g·cm~(-3),全干密度为0. 737 g·cm~(-3),体积干缩系数为5. 221%,抗弯强度为86. 0 MPa,顺纹抗压强度为54. 6 MPa,顺纹抗拉强度为137. 6 MPa,顺纹抗剪强度为(径向12. 1 MPa和弦向13. 5 MPa),抗劈力(径向46. 7 N·mm~(-1)和弦向56. 4 N·mm~(-1)),冲击韧性189 kJ·m~(-2)。与鹅掌楸、水青冈、伯乐树、黄檀、枫香树、笔罗子6种常见阔叶树种木材力学性质相比,细柄阿丁枫木材的抗弯强度、顺纹抗压强度和顺纹抗剪强度属中等;抗劈力和冲击韧性属上等。     

不同胶黏剂不同树种结构用集成材胶合性能的研究

分别采用LX1-1、KR-134、S309和RF-C05 4种胶黏剂依次胶合欧洲云杉、欧洲赤松、兴安落叶松木材层板,制备成对应的结构用集成材。再依照GB/T26899—2011《结构用集成材》和GB/T 50005—2003《木结构设计规范》国家标准对制得的试样进行检测。实验结果表明,4种胶黏剂的胶合性能存在较大的差异:1)剥离率:4种胶黏剂在胶合欧洲云杉、赤松2种集成材时,浸渍剥离率均满足国标要求,但KR-134和RF-C05在第二次煮沸剥离率均未能满足国标。在胶合落叶松集成材时,LX1-1、KR-134在浸渍时剥离能满足国标要求,煮沸剥离未能满足国标要求,S309和RF-C05 2种剥离率均不满足国标。2)剪切强度和木破率:除S309落叶松集成材的湿剪强度和木破率均未能达到标准要求外,LX1-1、KR-134和RFC05胶合欧洲云杉、欧洲赤松和落叶松结构用集成材试样的湿剪强度均在3.9MPa以上,干剪强度均在5.9MPa以上,且木破率均大于75%,满足国标相关要求。3)LX1-1型异氰酸酯胶黏剂在胶合性能上优于其他3种胶黏剂,且兴安落叶松相比较其他2种木材,更加难以被胶粘。     

木材抗剪强度与分形维数的关系及断口特征

【目的】研究木材剪切断口的断裂特征、断裂方向和分形曲线特征,计算剪切断口的分形维数;测量木材抗剪强度,利用线性回归探讨木材横向、纵向抗剪强度与分形维数的关系。【方法】以生长在黑龙江的杉松、银白杨、樟子松、白桦和紫椴为试验树种,根据纤维板生产和《造纸木片》( GB/T 7909—1999)对木片原料的尺寸要求,按照《木材物理力学试材锯解及试样截取方法》( GB/T 1929—2009),制作5种树种的剪切试验试件。通过剪切试验,采集木材断口形貌特征,获得断口分形曲线,测量木材断裂时所需的力。【结果】横向剪切试件时,无论试件是否软化,都沿剪切方向呈曲线断裂,断裂面高低不平;未软化的针叶材以弯曲较大的曲线断裂,阔叶材以弯曲不大、稍平直的曲线断裂,断裂表面相对平滑一点;软化后的针叶材以弯曲不大的曲线断裂,阔叶材以弯曲稍大的曲线断裂,个别伴有撕裂痕迹。软化后纵向剪切试件时,试件沿剪切方向呈直线断裂;针叶材、阔叶材的断裂特征差异不明显。横向剪切试件断口分形曲线呈细小的锯齿状或“Z字状”,软化后试件剪切断口分形曲线比未软化的略显复杂;软化后试件纵向剪切断口的分形曲线没有软化前、后横向剪切断口的分形曲线复杂。5种试验试件剪切断口的分形维数在2.047～2.133之间。软化后试件横向抗剪强度最低,纵向抗剪强度大于未软化试件横向剪切强度。【结论】各树种试件软化后的纵向抗剪强度与其断口分形维数之间存在着正相关关系,但相关性并不显著;横向抗剪强度与断口分形维数之间线性正相关。软化后试件横向抗剪强度最低,此情况下剪切木材最易断裂,因此建议在研磨解离木片时,应使原料软化,沿着横向剪切,这样消耗能量较小。