全 文 ：z , 8 2年第 2期 安徽农学院学报
节子对属尾松木构件抗弯强度
及杭弯弹性模里的影响
柯 病 凡
( 安徽农学院林学系 )
提 要
本文 马尾松木构件杭 弯强度和杭弯弹性模量 的试脸 , 采用 8 x l o x 2 3 o厘 米大
试样 。 在 大试样 未破坏部分 , 制取 Z x Z x 3 o厘 米无疵 小试样 , 进行时比试脸。 试
验结果表明 : 一般节子愈 大 , 降低 马尾松木杭弯强度和抗弯弹性模量愈 多。 但是具
体到每一试样 , 也有节子 大 , 反 而杭弯强度和杭弯弹性模量 高的 , 这是因 为还存
在 着试样结构致密的程度 、 晚材率的 多少 、 应压木的有无 以及无疵木材性质依 照
概率基本定律 变化等因素的影响 。
试样上同一尺寸的节子对抗弯强度的影响 大于杭弯弹性模量 , 这是因 为 ·杭弯
强度受力 大 , 受节子的影响也 大 ; 抗弯弹性模量受力小 , “ 受节子的影响也小 。
一 、 前 . 月目. 曰. . . ..目. . 口` 口
树枝的组织与树干相同 , 树枝和树干的各项组织相互联系 , 由于它们形成层的活动 , 树
干 和树枝 同时产生连续的生长轮 。 这种生长轮的联系在枝的下边 , 很容易看到 。 枝上侧 与主
干所成的角度尖锐 , 在这个过度带的细胞排列紊
乱 。从树干弦面切取节子的横断面 , 可以看到主干
木材的纹理环绕节子的周围而扭曲 , 在节子的侧
面 分布较宽 。 在节子附近 由于局部的纤维歪 曲而
形成斜纹理 , 斜纹理 的范围直接与节子的大小有
关 。 当树枝生活时 , 树干与埋藏树枝之间 , 由于生
长的联系 , 形成活节 ( P a n sh i n e t z e e u w , 1 9 7 0 ) 。
树枝枯死后 , 形成层停止活动 , 但环绕树枝
基部的树干形成层继 续生长 , 从这时起 , 枝干之
间的木材组织的联系破坏 , 死枝迟早要脱落 , 根
据树种不同而留下一短的或长的枝桩 。 而后连续
生长新的层次将死桩包被 。 最后枝桩被新生木材
包被 , 节子外面的木材看不见节子 , 节子被 埋 藏
在较深的树干 中 , 埋没树干内的死枝部分称为死
坎 涂二饥坎 I 二 , 、 . a一b 为活 节 , b二 c 为元节节 , 或称松节 ( 图 1 ) 。 · “一 。 / ; ` : , 。 , 、 , , , 。 二— 图 I 马几 松木的节子本文 1夕刃 2年 s 月 4 日收到
安 徽 农 学 院 ;学 ·报 1 9习2年
由于树干木材 与被包围的节子没有生长上的联系 , 这同活节比较 , 环绕节子的纹理的歪曲
程度要轻一些 .
当树枝生活时 , 埋 没在树干内的树枝基部为园锥形 。 通过树枝基部纵向锯开的面 , 成
钉子节 。 锯切方 向与枝基部的长轴多少成直角时 , 则成园节 , 其外形为园形到卵园形 。 当成
材干燥后 , 园形死节常常脱落 , 而卵形死节则不易脱落 。 位于成材边棱上的节子称为角节 。
树干上节子的数量 , 大小和类型要看树枝的数量和大小 , 树枝枯死的年龄 、 修枝技术以
及死枝 留在树干上的久暂而定 。 这些因子又因树种 、 立地条件 、 林分组成及郁 闭度而定 。
如马尾松木 的节子比红松 多 。 同一马尾松生长在丘陵地区的节子比深山区的节子多 。
节子影 响木材的物理力学性质 , 节子本身硬 , 比较致密 , 树脂多 , 它的干缩方式 又与
四周的组织不同 。 因此 , 健全紧密的活节增加木材的抗压强度 、 硬度和抗剪强 度 以 及 密
度。 然而节子也促使木材表面磨损不均匀 , 并伴随含水率的变化而开裂 。 又因树脂多 , 或
节子纹理的端头吸收油类多 , 造成油漆上的困难 。 节子坚硬切 削时使刀具易于变钝 , 消耗
动力多。 节子直径超过 2占毫米时 , 直径愈大 , 其四周倾斜纹理 的斜率愈陡 , 木材的抗拉强
度损失也愈大 。 节子位于或靠近弯曲构件的下缘时 , 由于产生局部斜纹 , 使木材抗弯强度
降低 , 因为弯曲构件下缘拉力最大 , 而木材横纹抗拉强度又比顺纹抗拉强度低 1 2 . 8~ 4 5 . 0
倍 。 因此 , 板方材作结构材时 , 必须根据应力分级 , 而节子是应力分级的主要因素之一 。
节子对木材 强度的影响 , 视节子横断面所 占木材表面 的比例 ( s i lve s t er , 1夕6了 ) 、 节
子所造成斜纹理与木材尺寸的关系以及节子方向和位置的影响来决定 。 节子减少木材 横断
面所造成强度上的损失虽能估计 , 但是节子的方向和位置常常不被人们理解为左右木材强
度的重要因子 。 节子具有一定的横断面积并依预定的程度降低木材的强度 , 它的方向和位
置 当木材在某定荷载的条件下将是影响木材强度的重要因子 。 图 2说明横断面相等的 两 个
节子 , 在两个横断面同样大小的木材上 , 节子的方位不同 。 横断面 ( a ) 中 , 节子平 行 于
木材的边缘 , 并位于木材的中央 , 而断面 ( b) 节子与木材的边缘是倾斜的 , 并靠近木 材 的
边缘 。 若两根木材以同样方式在弦面上承受弯曲荷载 , 则节子对木材强度的影响正比于每
一情况中断面大小的降低 。 但是 , 若在
径面承受荷载 , 则强度的降低将正比于
降低后或有效的断面系数或断面惯矩 ,
两种情况均受讨论中某特定节子的横断
面和节子距木材 中性面的距离的影响 。
此外 , 在断面 ( b ) 中纤维连续 性 中断
的影响 , 由于节子位于最大纤维应力的
边缘比较断面 ( a ) 大 , 后者节 子 位于
断面的中央 , 该处抗压应力及抗拉应力
都是最小的 。
图 2 木材横断面上节子的方位
假使节子在断面上的方位改变 , 位于木材的中部 , 续续中断纤维的连续 , 必将打乱更
多纤维的排列 , 加剧降低木材的强度 。 节子的方位和其周围纹理的凌乱为降低成材强度极
为重要的因素 , 因此 , 在结构材分类时 , 被用作建筑材料分级的参考 。
综上所述 , 节子为埋没在树干或大枝内的树枝基部 , 由树干形成层逐年生长的年轮所
第 : 2 期 节子对马尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响
.`口叭
包被而成 。 因为树枝是生活树木不可缺少的部分 , 就树木而言 , 有节子是不可避免的生理
现象 。 但就木材利用而言 , 则带来许 多缺点 : 节子影响木材的美观 , 促使应力木的形成 ,
节子使木纤维不连续 , 导致应力集中 ; 节子较四周木材硬 , 加工困难 , 胶接和油漆也不容
易 , 尤其不好的是 因节子造成斜纹理 , 降低木材的强度 ; 节子尚易引起木材 的开裂腐朽 。
因此 , 欧美林业先进国家对节子形成 、 生长 、 在树干上的分布 、 分类以及节子对各种木材
强度的影 响作了大量的研 究 ( u . S . F o r . p r o d . L a b . , 1 , 5 5及 1 , 挤4 ; p a n s h i n e t z e e u w ,
” 了。 ; s i zve s t e r , 了夕` z ) , 借以改进木材的加工和利用 。
我 国节子的研究 , 解放后才进行 , 魏亚 、 白同仁 ( 1 , 5了 ) 曾于 1 , 5 0一 1 , ` 2年就东北林
区几种主要针 阔叶树材的节子对顺纹抗压强度 、 抗弯强度 、 冲击韧性及横纹抗压强度的影响
进行研究 , 测得一些 初步数据 。 中国林业科学研究院材性研究室木材 物理力 学组 ( 1夕` 1 )
研究红松 、 鱼鳞云杉的节子对木材强度如顺纹抗压强度 、 抗弯强度的影响 。 其主要结论 :
无论红松或鱼鳞云杉木材 , 活节均较死节的抗弯强度稍大 。 鱼鳞云杉及红松节子对其木材
强度的影 响 , 均以顺纹抗压强度为最小 , 对施力方向平行于木节的抗弯强度次之 , 木节与
施力方向垂直时影响强度最大 。 无论红松或鱼鳞云杉在相同的试验情况下 , 对同强度的影
响很近似 , 即节子对强度 的影响与两个树种的关系不大 。
我国木结构设计规范管理小组 ( 1夕了s ) 曾就云南松 、 冷杉有节子的构件的轴心受压进
行试验 , 在制定轴心受压构件的纵向弯曲系数的同时 , 还考虑节子对构件材强度等的影响 。
蔡则漠 ( 1 夕` , ) 曾进行红松和红皮云杉树节分布的研究 , 他认为这两树种主干上节子
直径不大 , 并且有规律 , 对木材的利用妨碍不大 。 影响材质最严重 , 最难找出规律者是死
节长度 , 其次为某些枝条寿命突增引起的活节增长 。
国家建委鉴于节子对承重构件的强度影响 , 同木结构的安全十分密切 , 特委托木结构
设计规范管理小 组!组织全国高等农林院校和有关科研单位 , 对我 国主要建筑用材落叶松 、
杉木 、 马尾松及杨木承重构件 的强度受各种尺寸节子的影响进行研究 , 以便为修订 《木结
构设计规范》 提供理论依据 , 这是我国首次有计划有步骤地对这项课题开展较大规模的研
究 。 我们承担了节子对马尾松木承载能力影响的研究 , 本文属于这项研究的一部分 。
入 二 、 试 材 及 试 样
马尾松试材是向合肥市木材公司购置 7立方米的原木 , 这批原木从福建 调进 。 原 木 到
校后即解锯为 1 0 x 1 2 x 4 5 0厘米和 1 0 x 1 2 X 2 6 0厘米的方材 , 做好楞腿 , 加上隔条 , 于 1夕了了
年 8月到 1夕78年 1 1月 , 堆放在空气流通的室内 自然干燥 。 然后把试材解锯刨光 , 制作 符 合
要求的试样 , 最后大小为 8 x 10 X Z” 厘米 ( 木结构设计规范管理呀吻 1` 2 , 7 8 ) 。 节子限于
试样跨度中央两旁 20 厘米范围内 , 位于试 样的下缘 , 加上无节试禅 , 共得以下 六 组 试 样
( 表 1 ) 。 当部分试样的节子超过表 1的规定时 , 便在试样下缘锯去一部分 , 使节子的尺寸
符合要求 , 但其四 周纹理的斜率较同尺寸天然节子的微大 。
试样试验后 , 在两端未破坏 部分 , 按国家标准 《 G B I夕2了一 1夕子3一80 木材物理力学试验
方法》 规定 , 取抗弯强度与抗弯弹性模量小试样 20 x 2 0 x 3 0 0毫米 , 顺纹 抗 压 强 度 小 试
样 20 X 2 0 x 3 0毫米各二枚 , 以便进行 比较试验 。
安 徽 农 学 院 学 报 1 , 8 2年
按节子宜径分组的试样教和一l
组 的 序 号
节 子 直 径 (厘米 )
试样数 ( 枚 )
无 节 } 0 . ` ~ 了 . 5 1 . 6~ 2 . 5
6
2
.
6wt 3
。
5 } 3
.
6~ 4
。
S 4
.
6~ S
。
S
6
三 、 试 验 方 法 与 结 果
试验方法系根据 《木结构规范管理小组》 拟订的 《木节对受弯构件承载能力影响的试
验大纲》 , 利用 Z W I C K a n d C O . K G . 10 T 全能力学试机进行试验 , 试验机上更换一根长 2 。 S
米的荷载梁 , 并参照 A s T M标准D l夕8一 ` 7 ( 黄伟成译 , 19了, ) , 两 点荷载装置 , 对 试 机
的压头 、 支座以及它们与试 样之间钢垫板等 自行设计制造 , 如图 J所示 。
图 3 杭弯弹性模量试验装置图
马尾松木的标准小试样抗弯强度平均值凡 , 采 取 安 徽 歇 县 产 的 数 据 夕“ 公 斤 力
/ 厘米 2 , 取 , 0 公斤力 / 厘米 ’ 。 按下列 的 公式分别估算 抗弯大试样的破坏荷 载几 , , 及
抗弯弹性模量试验所采用的上限荷载 P王及下限荷载 P : , 并调整 为s0 公斤或 1 0 公斤 。
P m
: 二
= K而 , ( , )
P , = K : a , ( 2 )
P : = K Z。 * ( s )
裹 2 各组大试样的 K值
(木结构设计规范管理 小组 , 1夕7 8 )
工JU`一,了lJ门一月“廿,Jùù一r止n“月甘ù一O产才,工1.一合`ù刀ù赞才ù ù一,诬n“ù甘.一甘月了二口白ùù, 才,一
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第 2 期 节子对马尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响
在进行抗弯弹性模量试验时 , 若荷载估算值与试验值偏离过大 , 允许按下 式 予 以 调
整 。
P : = 0
.
, : P
m 。 二
( , )
P: = 0
.
2` P 。 。 : ( ` )
在整个试验过程中 , 都是连续均匀地加荷 , 每个试样从开始荷载到破坏为止 , 经历 s分
钟 , 荷载速度V 按下列公式求之 。
V =
P
m 。 二
S
公斤力 / 分钟 ( 6 )
式 中民 : 二为估计破坏荷载 , 公斤力 。
试验前在试样的中央 , 用卡尺测计试样的高和宽 、 节子及其它缺陷的尺寸 , 准确到 0 . 5毫
米 。 然后将试样放在荷载梁的支座上 , 跨度调整到 1 , 8 0 毫米 , 并使跨度中央 I / 4范围内的
控制节子处于试验截面的下缘 。 在两支座处试样中性面上各钉一小钉 , 并在一钉上系一细
线 , 线的一端绕过另一钉 , 吊以小铁锤使线绷直 , 试样跨度的中央钉一标尺 , 以便测计试
样弯曲的变形 ( 图了 ) 。
在同一试样上先测计抗弯弹性模量 , ` 后测抗弯强度 。 抗弯弹性模 量 是 按 国 家 标 准
< G B I夕肠一 8口, 木材抗弯强度及抗弯弹性模量试验方法 》 , 加荷的上限和下限按公式 ( 2 )
及 ( 了 ) 的计算值。
继 续进行抗弯强度的试验 , 接连加荷 , 每增加一级荷载 , 测量变形一次 , 直至试样破
坏为止 , 记录最大变形和破坏荷载 , 每一级荷载 的大小取 0 . “ 一 o . IP 。 , : ( 调整 为 1 0 公
斤 ) 。
试样破坏后 , 立即在破坏面附近按试样高度分 5 层测定含水率 , 求其平均值 。
由下列公式分别求抗弯弹性模量 ( E w ) 及抗弯强度 ( o w ) ,
E w =
o w =
2 3 P
·
1 5
1口s b · h 3 . f
P 二 。 二 ·
b
。
h 名
式中P为上限荷载 ( P : ) 与下限荷载 ( P : ) 之差 , 公斤 。 1为试样跨度 , 厘米 . b为试样宽 ,
厘米 。 h为试样高 , 厘米 。 f为与荷载 P相适应的变形 , 厘米 。
标准小试样的抗弯强度 、 抗弯弹性模量及顺纹抗压强度的试验 , 均按国家标准 (G B l , 3 5
一 8 0 , 木材顺纹抗压强度试验方法 》 及 《 G B 1 9 3 6一0S , 木材抗弯强度及抗弯弹 性 模量试
验方法》 进行 。
有关马尾松木的抗弯强度及抗弯弹性模量的试验 结果见表礼
四 、 。问 题 的 讨 论
( 一 ) 活节与死节
因为试样大 , 节子多 , 不仅同类试样 的节子种类不同 , 就是在一枚试样的节子 , 有死节
也有活节 。 就一个节子而言 , 有全为活节的 , 有全为死节的 , 也有部分为死节 , 部分为活
毕的 。 究竟是活节还是死节对抗弯强度及抗弯弹性模 量影响大呢 2 根据中国林科院材性缝
安 徽 农 学 院 学 报 1夕忿2年
究室 ( 1 , ` 8 ) 的研究 , . “ 无论红松或鱼鳞云杉木材 , 其活节均较死节对抗弯强度 的影 响稍
大 , 尤以鱼鳞云杉的活节与施力方向平行时 , 表现出的差异非常显著 。 ” 他们认为活节影
响稍大的原因有二 : ①活节及其四周的木材均因干燥而开裂 ; 一②活节周围的纹理斜率大于
死节周围的斜率 。
美国林产研 究所 ( u . s . F . P . L . 1夕“ ) 认 为 “ 活节能抵抗几种应力 , 但死节则很少 ,
乃至没有这种作用 。 另一方面 , 环绕活节的纹理扭曲大于死节的纹理扭曲 。 因此 , 活节和
死节对强度 总的影响大致相等 , 活节 、 死节及节孔之间在应力分级上 当作没有区别 。 ” 这
个论断与上述 中国林科院材性研究室的试验结果大致相同 。 因此 , 本文涉及的节子对抗弯
强度及抗弯弹性模量的影响 , 死节与活节未分别试验 。
( 二 ) 含水率的测定
根据 《木节对受弯构件承载能力影响的试验大纲》 规定 : ①在破坏处的节子邻近 , 锯
取 2厘米厚薄片一块 , 沿试样高度分五层取试样 , 测定分层含水率 . ②在试样破坏部分的两
端头锯取 1 . 5 x 8 x 10 厘米的含水率大试样各一枚 , 测定试样 ( 抗弯构件 ) 含水率 。 这两种
含水率 的测定方法 , 哪种比较合适 2 结果有否差异 2
就 同一试样用两种测含水率法所得结果而言 , 80 % 以上的试样所得两个数据相等或者
近似 。 分层取试样所得数据有 12 %大于 “ 含水率的大试样 ” 的数据 , 这是由于分层取试样
多在节子破坏处 , 松脂含量 多 , 在烘干试样时松节油挥发 , 因而含水率偏高 。 尚有少数湿
试样 ( 抗弯构件 ) 由于节子部分的水分少于其他部分 , 大试样含水率高于分层取试样 的含
水率 。 由此看来 , 分层取试样测含水率 , 有偏高 、 偏低 的缺点 , 而且测计手续繁琐 , 采用
大试样测含水率没有 这些缺点 。 因此 , 测定试样含水率仍以在破坏部分的端头取 “ 含水率的
大试样 ” 的方法较好 。 实践表明 , 从破坏部分的端头各取一枚 , 和只在任意端取一枚的结果 ,
基本一致 , 所以取一枚含水率的大试样测计 , 其结果就可以代表这一根试样 ( 抗弯构件 )
的含水率 。 此外 , 马尾松木材纤维饱和点的含水率作者曾测定为 s2 % ( 柯病凡 , 1 9 ` 4 ) ,
部分湿试样的抗弯强度和抗弯弹性模量调整到含水率 IS %之数值时 , 即以此值为依据 。
( 三 ) 试样跨度 内计算节子的范围
<木节对受弯构件承载能力影响的试验大纲 > 规定 : 抗弯构件的试样跨度 为 1 50 厘米 ,
两点荷载 , 即试机上两个压头中心线的间距为 60
厘米 。 它又规 定 : 试验时 , 试验跨度中央 1 / 4范
围 ( 即“ 厘米 ) 内的控制节子应位于试样 的下边
缘 ( 即受拉一侧 ) 。
从图 4可 以看出 , 当受弯构件承受两点荷载
时 , 在跨度中央两个压头之间 1 / 3的跨度内 , 抗
压 、 抗拉及抗弯力矩的大小不变 。 若按上述 的规
定 , 跨度中央 1 / 4范围内的节子才属 于 测 计 范
围 , 那么在 I / 4以外 , 1 / 3以内试样下边缘 的 节
子 恰在受弯破坏处 , 就不能算有效试验 , 实际上 ,
其影响是一样的 , 今后试验时 , 试样下边缘跨度 中
央 1 / 3范围 ( 即 60 厘米 ) 内应作为控制节子区 。
撇卿之二赫图 4 抗弯强度荷载方 式及应力图解
第 2 期 节子对马尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响
三
( 四 ) 节子尺寸 的测 计
节子尺寸测计的方法 , 各国不一样 , 有精细的 , 也有粗放的 。 现仅就美国测计木材节
子的方法简要介绍 , 以资 借鉴 。
I
、 美国把木材分为梁和析条 、 搁栅及厚板材 、 柱 和成材以及寸板四类 , 分别规 定 节
子大小的量法及其尺寸 ( u . s . F . P . L . 1夕: : ; G u r f i n k e l , z , z。 ) 。
梁和析 条的节子若位于狭面 , 则沿节子边缘画平行于梁和析条边缘的平行线 , 测其宽
度 , 作为节子的尺寸 。 但若无髓心的梁和析条 , 狭面上之节伸展到邻接宽面的 1 / 、时 , 则选
取狭面或宽面节子的最小直 径 。 若为髓心材的角节 ( 位于棱边上的节子 ) , 测最边缘平行
材边的平行线间的宽度 , 或者在木材宽面 上测量节子的最小直径 , 二者之间取较大值 。
在木 材宽面 的节子测 最小直径 。 在宽面边缘的节子也与狭面边缘 节子所受限制一样 ,
测最小直径 ( 参阅图 S B ) 。
D
: 及 D Z 间 , 则 计受限制大 的
.,;俐’ 卜
/
在 狭 面不 测计其直径
峪 !
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少之夕了 _一 ” {粤
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~ 土 厂 ’瞥丁 ” 一 /{
无髓 心材 测 计 D : 及 D : 之均值
B
. 搁栅及厚板节子的 刚计
测 D , 或D Z 中之 大者
: , 丈只 头
显 C . 柱及成材或其他承压 构件上 节子 的 测计
A
. 梁 及析 条节子的 测计
图 s 美国各种承载构件上节子的形 状和测 计方法
梁及析条任何面上 , 其中部 1 / 2长度 内所有 节子尺寸的和不应超过该面上最大允许节
子尺寸的 四倍 。在任何 承受拉力或压力面上同一 6英寸内不能有二或以上的最大允许节子 。
栅搁和厚板 , 若为无髓心的木材 , 节子在狭面上 , 沿节子边缘画平行于材 边 的 平 行
I了 安 徽 农 学 院 学 报 1夕盆 2年
线 , 测其间的宽度 。 若为狭面上的节子在无髓心搁栅的宽面上出现 , 应在宽面测计最大和
最小直径的均值 , 若为钉子节应测长度和最大宽度 的均值 。 无髓心搁栅若具有角节或贯穿
狭面的节子 , 在 节子端部测计通过节子边缘与材边缘平行线间的宽度 。 具髓心搁栅的角节既
可在狭面量通过节子边缘并平行于材边的平行线间的宽度 , 也可 以在材宽面上量节子的最
小直径 , 这要看哪种情况最受制约 ( 参 阅图 5 , B ) , 搁栅和厚板长度上 , 任何 6英寸内 ,
节子总和不允许超过最大允许节子尺寸的两倍 。 任何材面上 , 同一 ` 英寸长度 内不能有二
一或以上的最大允许尺寸之节子 。
柱和成材的任何面上的圆形节 , 可测其直径 , 卵形节测两直径中的较小直径 , 钉子节
取 其垂直于节长的的最大直径 。 若为角节须测计形成节子的树枝的真正直径 。 宽大于厚的
承压构件 , 狭面和宽面上各节子的尺寸在确定强度比 ( 注 ) 时 , 可作为选择构件宽面尺寸
的参考 。
柱或成材的长度上 , 任何`英寸内节子尺寸的总和不应超过允许最大节子尺寸的两倍 。
在同一 6英寸长之内 , 不允许有两个或 以上最大允许尺寸的节子 ( 参阅图 s c ) 。
2
、 本文各试样节子的测计 , 系根据 《 G B J s一月木结构设计规范 ) ( 四川省革委会基
本建设委员会 , I , 7了 ) 第八条注④的规定 , “ 木节尺寸按垂直于构件长度方向测量 。 木节
表现为条状时 , 在条状的一面不量 ( 图` ) ; 直径小于 I厘米 的木节不量 。 ” 这种测计节子
尺寸的方法 同美国的比较 , 似觉粗放 : 第一 , 没有按承重木材的用途规定节子的量法 , 承
重条件要求高的和要求一般的未分开计量 , 这样不是浪费木材 , 就是有损于承重构 件的安
全 。 第二 , 成材宽面的节子 , 只沿节子边缘画两条平行于材边 的平行线 , 测其间距 , 而不
求最大和最小直径的均值 。 第三 , 图 ` , b为两个条状节 , 仅测计一个 。 在研究节子对受弯
构件承载能力的影响时 , 对节子的测量似应细致一些 , 使试验结果尽可能地反映节子的影
响 , 今后宜根据我国受弯构件所用主要树种节子的分布情况 , 并参酌国际上对搁栅及厚板
节子的测计 , 改进节子测计方法 , 试验结果可能更接近于实际一些 。
厂工一\量
J沪1.1了L不
\大
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书月`矛!,了/为一夕刁L
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.少/面一协在
艺 d = D : + D : + D 3
图 6 我国节子尺寸的量法
注 : 构件的实际强 度与其未包涵降低强度特性而可 能具有的强度之比 , 即等级应力
与基本应 力之比 。
第 2期 节子对马尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响
(五 )试验数据的检验
无节试验和具有各种尺寸节子的试样的试验数据分布情 况如何呢 ?为解决这个问题 ,
进行了方差分析 。
就马尾松木抗弯强度检验的结果得 F B 二 1 5 · 口召, 查 F表得知0F · 。 。 二 2 . 43 , OF . 。 ; = J · “ ,
证明了 F B > F 。 · 。 1 > F 。 · 。 。
同理 , 检验抗弯弹性模量的结果 , F B M = .s 夕6即 F B M > 0F · 。 1 > 0F · 。 。
由上面检验的结果看来 , 马尾松木的有节及无节大试样的抗弯强度和抗弯弹性模量都
不成正态分布 。 这个结论与M a d s e n ( 了夕挤J ) 及 B o d i g ( 2 , z , ) 的观点是 一致的 , B o d i g 说
“ 以往 , 假定木材的强度及其它的力学性质按正态分布 。 然而 , 近来的研究证明 , 正态分
布的假定对于大方材常常是无效的 。 ”
( 六 ) 节子大小与木材力学性质的关系
节子大小对木材 力学性质的影响 , 总的来说 , 节子愈大降低木材抗弯强度 和抗弯弹性模
廿刀n”U刀Un“n乙口山合.通」量愈多 。 但是具体 到 每 一 试
样 , 还有 节子尺寸大反而抗弯
强度和抗弯弹性模量高的 , 这
是因为试样的结构致密 、 晚材
率以及无应压木使然 。 也有试
样的节子不算大 , 而抗弯强度
和抗弯弹性模量降低很 多的 (
参 阅表 了 ) , 多 由于幼年材 、
髓心材等原 因造成 。 木材抗弯
强度和抗弯弹性模量的增减往
往与节子尺寸不相称 , 除上述
的原因外 , 还 因树木为生物 ,
其木材性质具有依照概率基本
定律而变化的固有趋势 , 属于
正常的变异 。 这个原因可用大
试样破坏后 , 取其未破坏部分
制作劝 X Z X Z厘米无疵标准顺
纹抗压小试样的试验结果来说
明 。 一般言之 , 顺纹抗压强度
是比 较稳定的力学性质 , 从表
3 内六 组试验结果的各组均值
来看 , 最大的为第一组的 s3 了
公斤力 / 厘米 “ , 最小的 为 第
五组的 42 3公斤力 / 厘米 “ , 二
者相差 I “ 公斤力 / 厘米 “ 。
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节子直径 c m
图 7 马尾松节子直径与杭 弯强度的 相 关曲 线
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节子直径 c m
图 s 马尾松节子直径 与抗 弯弹性 模量
的相关 曲线
0 2安 徽 农 学 院 学 报 1夕8 2年
图 了示马尾松木材抗弯强度与节子尺寸的相关 曲线 , 开始时下降的多 , 而后渐趋 缓慢 。
图 8示抗弯弹性模量与节子尺寸的相关曲线 , 其倾斜坡度开始时就平缓 , 往后接近直线 。
根据马尾松木材抗弯强度及抗弯弹性模量与其相应的各个节子的尺寸 , 求二者之间的
相关系数 。 得出马尾松木材抗弯强度与其相应的各个节子尺寸的相关 系 数 为 丫 = 一 0 . 50 >
丫。 . 。 6 , 相关显著 。 抗弯弹性模量与其相应的各个节子尺寸的相关 系 数 为 洲 = 一 口 . 2子 <
丫’ 。 . 。 。 , 相关不显著 。 抗弯强度与节子尺寸相关系数的绝对值 ( ! 0 . 5 0 {)大于抗弯弹性模量与
节子尺寸相关系数的绝对值 ( 10 . 2 4 }) , 说明节子降低抗弯强 度 的 影响大于它对抗 弯弹性
模量的影响 。 马尾松木材抗弯强度与节子尺寸的 回归曲线方程为
y = 子3了 . , 4 SX 一 0 · 2“
式中 y为马尾松木材抗弯强度 , 公斤力 / 厘米 2 , X 为节子尺寸 , 厘米 ( 图了 ) 。 抗弯弹性模
量与节子尺 一寸的回归曲线方程为
y
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式中 y ` 为抗弯弹性模量 , 公斤力 / 厘米 “ , x 产为节子尺寸 , 厘米 ( 图召 ) 。
( 七 ) 具有缺陷 ( 包括节子 ) 木试样与无疵小试样试验结果的比较
马尾松 抗弯强度及其弹性模量试验所用大试样主要缺陷是节子 , 但少数试样也还夹杂
有髓心 、 幼年材 、 虫眼及兰变色等缺陷 , 不过兰变色只对木材的韧性有显著影响 。 与大试
样相对应的小试样没有节子 , 纹理通直 , 并无其它瑕疵的了0 x Z x Zcm 标准试样 。 大试样与
小试样试验结果之比 , 说明大试样主要由于节 子的影响 , 而使其抗弯强度和抗弯弹性模量
降低后占无疵标准试样试验结果的百分率 , 由此可以求出因各种尺寸节子影响大试样的抗
弯强度和抗弯弹性模量后的数值 。
根据马尾松木大小试样抗弯强
度及抗弯弹性模量之比值与相应的
节子尺寸绘曲线如 图夕所示 。 苍从图
中可以看出大小试样抗弯强度比值
与节子尺寸相对应的曲线变化大 ,
抗弯弹性模量比值 与节 子尺寸相对
应的曲线变化小 。 前者 由于大试样
受力大 , 以致破坏 , 所以节子 的影
响显著 ; 后者受力小在比例极限以
内 , 所以节子的影响不显著 。
本文试验所用马尾松试材的采
购 , 由卫广扬同志负责 , 试材的解
锯和干燥由卫广扬 、 李尚银两同志
经手 , 试验和大部分数据的计算由
方筱萍 、 沈丽琴及王妍妍等同志承
担 , 张忠远同志协助统计校算 , 作
者均此致谢 。
K E = 杭弯弹性模量大小试样比值
K 。 “ 杭弯强 度大小试样比值
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图 9
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节子尺 寸 , cm
马尾松木的有缺陷大试样 与无疵小
试样杭 弯强度及杭弯弹性模量之比
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第 2 期 节子对马尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响
参 考 文 献
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裹 3
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马尾松木的抗弯强度及抗弯弹性摸 , (含水率 1s % )
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节子直径
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速生 , 兰变色 。
速生
年轮较狭 , 较匀 。
结构正常 , 兰变色 。
边材有轻微兰变色
试样近一半为幼年材
幼年材过半 , 兰变色 。
轻微的 兰变色
正常材 , 但节子位于受拉一侧 荷载 的正 下 方
幼年材
边材 , 兰变色
幼年材
正常材
正常材 , 受拉一侧为贯穿节 , 在荷载正下方 。
年轮狭而紧密 , 心材 。
速生 幼年材
正常材 , 节在受力的下方边缘 。
节子处的斜纹大
幼年材
速生 , 兰变色 。
年轮狡
年轮宽 , 正常材 。
破坏 橄在贯穿节
速生 , 晚材率 。
在夏节处破 坏 。