CN101954656A - 一种落叶松锯材机械强度分级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明的一种落叶松锯材机械强度分级方法是：1)选取一定数量的落叶松规格材，通过称重器和木材含水率测定仪测得落叶松规格材的重量和含水率，再根据来得到落叶松规格材的绝干密度，其中，M是含水率，ρ_d是绝干密度，ρ_a是M含水率条件下的密度；2)通过力学试验机测量落叶松规格材的抗弯强度(MOR)，利用数理统计和非参数法得到落叶松规格材的抗弯强度与绝干密度的等级界限关系；3)测量待检的落叶松锯材的绝干密度，根据所述等级界限关系来判断该落叶松锯材的机械强度等级。本发明提高了落叶松锯材分级的准确度，保证了落叶松规格材在建筑结构中的安全使用，是一种较为简便易行的机械分级方法。

Description

一种落叶松锯材机械强度分级方法

技术领域

本发明涉及一种落叶松锯材机械强度分级的方法。

背景技术

现有的落叶松锯材机械强度分级方法通常是弯曲机式或应用应力波在锯材中传输的速度，通常需要专门的设备，并且设备价格昂贵、操作复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种落叶松锯材机械强度分级方法，不仅能够大大提高强度等级，而且设备价格低廉。

本发明的一种落叶松锯材机械强度分级方法是：

1)选取一定数量的落叶松规格材，通过称重器和木材含水率测定仪测得落叶松规格材的重量和含水率，再根据

来得到落叶松规格材的绝干密度，其中，M是含水率，ρ_d是绝干密度，ρ_a是M含水率条件下的密度；

2)通过力学试验机测量落叶松规格材的抗弯强度(MOR)，利用数理统计得到落叶松规格材的抗弯强度与绝干密度的等级界限关系；

3)测量待检的落叶松锯材的绝干密度，根据所述等级界限关系来判断该落叶松锯材的机械强度等级。

优选地，当选择落叶松规格材的数量大于400，落叶松规格材的抗弯强度与绝干密度的等级界限为：绝干密度大于0.63g/cm³时机械强度等级为M30；绝干密度大于0.54g/cm³而小于0.63g/cm³时机械强度等级为M26；绝干密度小于0.54g/cm³时机械强度等级为M22。

本发明采用绝干密度作为落叶松机械分级的主要指标，提出落叶松机械强度分级的绝干密度边界值，这样，就可以大大提高落叶松锯材在生产过程中的筛分效率，并且最高机械强度等级可达M30(GB50005-2003木结构设计规范)。

以密度作为区分落叶松锯材机械强度等级的主要指标，根据测定锯材含水率将测量的密度转化为绝干密度这样能够消除含水率不同对于密度的影响，从而提高了落叶松锯材分级的准确度，保证了落叶松规格材在建筑结构中的安全使用，是一种较为简便易行的机械分级方法。

附图说明

图1为本发明测量落叶松规格材的绝干密度时所采用的装置；

图2为所测量的落叶松规格材的密度分布直方图。

具体实施方式

规格材机械分级的原理是基于规格材的强度与刚度、密度间具有很好的正相关性来实现等级划分的。通常采用机械应力测定设备对木材进行非破坏性试验，按照预定的MOR和MOE确定木材的材质等级。

众多的研究表明，密度是影响木材机械等级的重要因素，对于规格材而言，因为其尺寸的规格化，密度的测量相对容易，只要测得规格材的重量，依据规格材的尺寸，就可以得出规格材的密度值，进而根据设定的以密度为依据的等级界限，可以将规格材划分为不同的材质等级。

一、密度的推导

已知某一个含水率条件(M)下的规格材气干重量(W气)，由含水率的公式可以得知绝干状态下规格材的重量(W绝)。

由公式(1)可以推知：

在含水率为M的条件下，可以由下式计算得出该含水率状态下的密度ρ_a：

M含水率条件下的密度ρ_a与绝干状态下的密度ρ_d存在如下关系：

${\mathrm{\ρ}}_a=\frac{{\mathrm{\ρ}}_d}{1+{\mathrm{\ρ}}_d\left(0.009\right)M\×100}---\left(4\right)$

由公式(4)可以得出绝干状态下的规格材密度ρ_d：

${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a}{1-{\mathrm{\ρ}}_a\left(0.009\right)M\×100}---\left(5\right)$

二、机械等级界限的设定

基于上述的关系，我们对大量的落叶松规格材进行了相关的大量研究。落叶松采自东北大兴安岭地区的2个采集点，以消除位置差异对材质的影响。原木在河北霸州试验基地加工成毛坯，干燥后刨光，加工成40mm×90mm的规格材。选择的规格材的数量最好是大于400个，本发明实施例选择的数量为1082。

依据GB 50329-2002《木结构试验方法标准》，采用跨高比为18、三分点侧边加载的方式，通过力学试验机测试规格材的静态弹性模量(MOE)和抗弯强度(MOR)。测试前测量规格材的相应尺寸和其它物理量指标。

测试后，根据如图1所示的装置测量落叶松规格材含水率和重量，再根据上述公式来得到落叶松规格材的绝干密度。测量时，落叶松规格材3通过自动输送带1传送，并通过含水率测定仪2测量落叶松规格材3的含水率，通过在线称重器4测量落叶松规格材3的重量，并通过数据信号传输线5传输给电脑6存储并后续数据处理。

依据测试得到的数据，以密度为依据，设定落叶松规格材机械分级的等级界限值。

由图2可以看出，落叶松规格材的密度范围为0.43～0.85g/cm³，基本上呈正态分布，数值主要集中在0.54～0.69g/cm³区间。密度的分布为落叶松规格材机械等级界限的设定提供了直接的依据。

落叶松规格材机械分级等级界限的设定

由密度的频率分布，参考静态测试得出的规格材的MOE和MOR值，利用数理统计和非参数法得到了落叶松规格材的等级界限，以及各个等级下规格材的强度性质及密度的特征值(表1)。

表1落叶松锯材材机械分级等级界限及各等级特征值

划分等级的原则是尽可能的提高高等级规格材的比例。由表1可知，可以将落叶松规格材依据密度划分为三个等级M22、M26和M30三个机械等级，其中M26等级所占的比例较高，近50％，M30等级的比例接近40％。参照欧洲标准，此次划分的等级界限符合规定，完全能够满足规格材各机械等级相关性质的特征值要求。

依据设定的界限值，就可以不用对规格材进行静态足尺力学测试，而由其密度值得出相应的机械等级。这样，在后续生产加工过程中，只需要测量待测落叶松锯材的绝干密度，就可以知道该落叶松锯材的相应机械等级，从而大大提高了生产的效率，适用于工业化生产。

三、含水率的影响

含水率与木材的性质密切相关，是评估结构用锯材的强度性质时必须考虑的因素。在纤维饱和点以下时，随着含水率的下降，木材的MOR和MOE均呈现出上升趋势。

由前面的分析可知，以密度作为划分指标的边界条件的设定，需要已知的含水率为前提，进而得出试样的绝干重量，推导出木材基于绝干状态下的密度值，作为设定等级界限的依据。

为了进一步提高分级的准确度，还可以结合节子和斜纹理来进行综合判断。具体如下：

四、节子的限定

规格材机械分级需要以较为成熟的目测分级规则作为设计机械设备等级参数的依据，然后经过反复的生产实践，不断完善机械等级参数的设置，进而实现更为准确的机械分级操作。

机械分级规格材应通过目测分级的辅助，以排除机械分级检测不到的缺陷影响。为了提高分级体系的效率，我们通过对落叶松规格材目测分级和机械分级的比较研究，对锯材宽边材缘部及两端部的节子缺陷进行了限定，确定了落叶松规格材机械分级的目测辅助分等规则(表2)。

表2机械分级锯材宽边材缘部及两端部节子的允许限度

                                                    

机械等级                 节子与规格材横截面的面积比

                                                    

＜M14                    1/2以下

M14≤，＜M22             1/3以下

M22≤，＜M30             1/4以下

≥M30                    1/6以下

                                                    

五、斜纹理的限定

斜纹理的存在会降低木材的强度和刚度，引起纤维与木材的窄边不平行。节子的出现会导致斜纹理的产生，在加工过程中也可能出现斜纹。文献资料表明，斜纹理会显著的降低锯材的强度。

在实际的机械分级操作中，除了对试材宽边材缘部和两端部的节子进行限定外，还对斜纹理的斜率作了要求。

表3机械分级锯材宽边材缘部及两端部斜纹理的允许限度

                                              

机械等级                             斜纹斜率

                                              

＜M14                                1/4

M14≤，＜M22                         1/8

M22≤，＜M30                         1/10

≥M30                                1/12

                                              

依据等级界限划定的机械等级规格材，还需要满足对试样宽边材缘部及两端部对节子和斜纹理的限定，这样划分的规格材机械等级才能更加精确，才能真正满足结构材在实际建筑中的安全性。

本发明得到的以密度作为划分落叶松规格材机械等级的指标，同时兼顾含水率、边节和斜纹理的影响，界限指标的测定相对简单，易于工厂生产线的实现，可以大幅度提高生产效率，保证了落叶松规格材在建筑结构中的安全使用，是一种较为简便易行的机械分级方法。

Claims (2)

1.一种落叶松锯材机械强度分级方法，该方法是：

1)选取一定数量的落叶松规格材，通过称重器和木材含水率测定仪测得落叶松规格材的重量和含水率，再根据

来得到落叶松规格材的绝干密度，其中，M是含水率，ρ_d是绝干密度，ρ_a是M含水率条件下的密度；

2)通过力学试验机测量落叶松规格材的抗弯强度，利用数理统计得到落叶松规格材的抗弯强度与绝干密度的等级界限关系；

3)测量待检的落叶松锯材的绝干密度，根据所述等级界限关系来判断该落叶松锯材的机械强度等级。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当选择落叶松规格材的数量大于400，落叶松规格材的抗弯强度与绝干密度的等级界限为：绝干密度大于0.63g/cm³时机械强度等级为M30；绝干密度大于0.54g/cm³而小于0.63g/cm³时机械强度等级为M26；绝干密度小于0.54g/cm³时机械强度等级为M22。

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