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中华人民共和国国家标准
结构用锯材力学性能测试方法
Standard test methods for mechanical properties of structural lumber
GB/T 28993-2012
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布日期：2012年12月31日
实施日期：2013年06月01日
前 言
本标准按照GB/T 1．1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由国家林业局提出。
本标准由全国木材标准化技术委员会结构用木材分技术委员会(SAC/TC 41/SC 4)归口。
本标准起草单位：中国林业科学研究院木材工业研究所
苏州皇家整体住宅系统股份有限公司
贵州铭杉木制别墅制造有限公司
钻石木中国有限公司
南京工业大学
苏州香山宜构科技有限公司
本标准主要起草人：吕建雄 江京辉 任海青 骆秀琴 周海宾 殷亚方 倪竣 王欣 朱琦敏 陆伟东
1 范 围
本标准规定了结构用锯材抗弯强度和抗弯弹性模量、顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、横纹抗拉强度、横纹抗压强度和横纹抗压弹性模量、扭转弹性模量测试方法。
本标准适用于锯材。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 1933 木材密度测定方法
GB 50005 木结构设计规范
3 术语和定义
GB 50005界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3．1
锯材 lumber
经锯剖、再剖、干燥、刨光、截端、分等生产出具有一定规格尺寸、质量等级和使用特性的锯制产品。
3．2
锯材宽度 width
锯材窄面之间的垂直距离。
4 测试试件
试件经温度(20±2)℃和相对湿度(65±5)％的条件下调整至衡重，对应含水率为12％。
试件应从足尺截面锯材中选取，试件的长度要求按第6章规定，最大降低强度缺陷应随机放置在测试区域内。
测试前，宜记录试件树种、产地、最大降低强度缺陷、干燥方法、含水率调整方法、重量和尺寸。试件的重量和尺寸的精确度为1％。
试验后，立即在破坏部位附近截取长15mm整截面无缺陷的含水率片，用烘干法进行含水率测定。密度测定按GB/T 1933的规定。
5 测试条件
力学性能测试应在室内温度(20±2)℃和相对湿度(65±5)％的环境中进行；有特殊研究目的，或特殊要求，可改变测试条件。选择合适的加载速度，试件宜在1min左右破坏，破坏时间应大于10s，小于10min。应记录测试时温度、相对湿度、锯材含水率和锯材破坏时间。
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6 测 试
6．1 抗弯强度和抗弯弹性模量
6．1．1．1 试件支承加载夹具：支承块宽度应大于试件厚度，长度应大于试件厚度的1/2，通常不超过200mm，如图1所示。试件截面的宽度与厚度比b/d≥3时，应增加侧向支撑以防止侧向变形，而且不应阻碍试件在荷载方向上的变形。
图1 抗弯强度和抗弯弹性模量测试示意图
说明：
A——试件固定端；
B——跨度内中点；
C——试件移动端；
F——荷载；
L——跨度；
e——试件挠度；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度。
6．1．1．2 加载装置应满足规定精度。
6．1．2 试件
试件最小长度不能小于试验跨距，试验时跨度与锯材截面宽度比(L/b)为17:1至21:1，其比宜采用18:1。在支承点以外试件长度应小于10倍试件宽度，同时应大于2倍试件宽度。试件的尺寸以实际测量的尺寸为准。
6．1．3 试验步骤
6．1．3．1 在试验前，应测量试件截面尺寸和长度。
6．1．3．2 将试件放在支座上，试件最大强度降等缺陷应尽量放置在加载点之间，弯曲受拉面随机选择。弯曲时，钝棱、大面积腐朽等缺陷不应放置在加载位置，避免由于大面积缺失或局部丧失承载能力而出现测量误差。
6．1．3．3 测试抗弯弹性模量时，测量试件挠度的上、下限荷载差为最大荷载的10％～40％，为保证加荷范围不超过试件的比例极限应力，试验前，可在每批试件中，选2～3个试件进行观察试验，绘制荷载-挠度曲线，在其直线范围内确定上、下限荷载。试验机以均匀速度先加荷至下限荷载，立即记录锯材挠度。然后加荷至上限荷载，再次记录锯材挠度，随即卸荷。如此反复3次。每次卸荷，应稍低于下限，然后再加荷至下限荷载。
6．1．3．4 抗弯弹性模量试验完毕后，持续加载至试件完全破坏。
6．1．3．5 记录荷载-挠度曲线、初次破坏、最大荷载以及发生突然变化处的荷载，描述试件破坏特征。
6．1．4 计算结果
抗弯弹性模量Em，应该从荷载-挠度图中的线弹性部分选择对于荷载每增加△F，相应引起的挠度增加量△e，按式(1)计算，准确至10MPa：
式中：
Em——抗弯弹性模量，单位为兆帕(MPa)；
L——试样跨度，单位为毫米(mm)；
b——试件截面宽度，单位为毫米(mm)；
d——试件截面厚度，单位为毫米(mm)；
△F——上、下限荷载差，单位为牛顿(N)；
△e——△F引起的挠度，单位为毫米(mm)。
抗弯强度按式(2)计算，准确至0．1MPa：
式中：
fm——抗弯强度，单位为兆帕(MPa)；
Fmax——最大荷载，单位为牛顿(N)；
L——试样跨度，单位为毫米(mm)；
b——试件截面宽度，单位为毫米(mm)；
d——试件截面厚度，单位为毫米(mm)。
6．2 顺纹抗拉强度
6．2．1 试验设备
6．2．1．1 夹紧装置：可将拉伸荷载从驱动夹头传递至固定夹紧端，如图2所示。在试件截面上不施加任何弯曲冲量，允许在拉伸荷载下产生滑移，避免造成试样在夹头内破坏或应力集中破坏。该设备可通过平板连接到试件上，或通过其他形式夹紧试件。
图2 顺纹抗拉强度测试示意图
说明：
l——拉伸夹具；
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度。
6．2．1．2 加载装置：应匀速加载，并满足荷载精度可移动的加载夹具。在加载过程中拉伸夹紧处木材破坏最小，滑移尽量小。根据试验要求，可调整移动和固定拉伸夹头之间的距离。
6．2．1．3 加载：可显示最大荷载，并且可进行校正以确保精度。6．2．2 试件
试件最大降低强度缺陷随机分布在测试区域内，试件测试长度应不小于12b，同时试件长度应包含夹具长度。
6．2．3 试验步骤
6．2．3．1 测量试件截面尺寸和长度。
6．2．3．2 将试件放在2个拉伸夹具之间并使两者轴线对中。夹具通过螺栓或者是楔形钳夹来夹紧试件。如采用后者应当施加很小的预应力，以确保每个钳夹移动相等的量，保持试件和钳夹沿轴向对齐。如果采用螺栓或者是楔形钳夹，则需要稳定而有力的夹紧钳夹，防止滑移。
6．2．3．3 记录荷载-变形曲线和最大荷载，描述试件破坏的特征。
6．2．4 计算结果
顺纹抗拉强度ft，0按式(3)计算，准确至0．1MPa：
式中：
ft，0——顺纹抗拉强度，单位为兆帕(MPa)；
Fmax——最大荷载，单位为牛顿(N)；
b——试件截面宽度，单位为毫米(mm)；
d——试件截面厚度，单位为毫米(mm)。
6．3 顺纹抗压强度
6．3．1 试验设备
6．3．1．1 加载装置：具有各向自由转动的作用，荷载均匀地分布在轴心上，并可控制加载速度和满足加载精度要求。
6．3．1．2 支承块：荷载应均匀作用在试件横截面，而不产生偏心。采用球铰作为轴心抗压试验的支承装置时，球的半径宜小，有利于转动灵活和准确对中。球面半径宜为试件截面尺寸最大边(试件与球座之间的承压面)的1～2倍。
6．3．1．3 侧向支撑：当试件的b/d＞3时，利用侧向支撑防止试件在测试过程中产生扭曲，而侧向支撑在试件的宽侧面的压力应对称，同时不妨碍试件长度方向的压缩变形和加载。侧向支撑可是连续的，也可是间断的，但应对称布置的，非连续测向支撑之间的间距应当小于横截面的回转半径的17倍。
6．3．2 试件
试件最大降低强度缺陷随机分布在测试区域内，试件长度应为8b＋2000mm，如图3所示。沿试件长度方向施加压缩荷载F，直到试件发生破坏。为了防止试件长度方向发生扭曲，侧向支撑滚柱之间的间距范围为10d～10b。
图3 顺纹抗压强度测试示意图
说明：
l——侧向支撑；
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度。
也可采用短柱法测试顺纹抗压强度，应从每一个试件块中至少截取2块测试试件，其中一块包含最大强度降等缺陷，另一块包含次要降等强度缺陷，试件的长度应不小于2．5b，代替该锯材最薄弱的截面。
对于最大和次最大降低强度缺陷分别小于要求的长度，并且两个缺陷又彼此独立的试件，在两个试件中间截断。然后，将每一个测试试件截至需要的长度。如果两个降等非彼此独立的话，则在一个试件中包含两个缺陷(即使试件的长度超过要求的长度)。最后，参照上述方法，选择第二个测试横截面。注意锯解时锯口不经过主要缺陷。然后对于上述锯截后短试件施加柱向压缩荷载，为了使荷载均匀地分布在接触表面上，不产生偏心，应当至少采用一个圆球形的支撑块，如图4所示，其最大半径应便于支承板调整，最小半径应当提供足够大的接触面积。此半径一般为试件的最大横截尺寸的1～2倍。球心应当落在试件的接触平面上。
6．3．3 试验步骤
6．3．3．1 测量试件的横截面尺寸和长度。
6．3．3．2 将试件放在压缩夹具上，注意使试件的长柱与加载方向保持一致。
6．3．3．3 对短柱顺纹抗压强度试验，将2块短试件加载至到破坏，选取其中的较小荷载为该锯材的最大荷载。
6．3．3．4 记录荷载-变形曲线和最大荷载，描述试件破坏特征。
6．3．4 计算结果
顺纹抗压强度fc，0按式(4)计算，准确至0．1MPa：
式中：
fc，0——顺纹抗压强度，单位为兆帕(MPa)；
Fmax——最大荷载，单位为牛顿(N)；
b——试件截面宽度，单位为毫米(mm)；
d——试件截面厚度，单位为毫米(mm)。
6．4 顺纹抗剪强度
顺纹抗剪强度测试示意图如图5所示。加载至试件破坏为止。
图5 顺纹抗剪强度测试示意图
说明：
l——试件；
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度；
R3——金属垫片倒角半径3mm。
顺纹抗剪强度fv按式(5)计算，准确至0．1MPa：
式中：
fv——顺纹抗剪强度，单位为兆帕(MPa)；
Fmax——最大荷载，单位为牛顿(N)；
b——试件截面宽度，单位为毫米(mm)；
d——试件截面厚度，单位为毫米(mm)。
锯材可能由于如弯曲、横纹压缩等非剪切变形方式而发生破坏。但所有测试结果都应用于评估剪切强度性质。式(5)通过提供测试试件承载能力的标准化描述，可计算得到名义剪切强度。
另一种测试方法——双跨距加载方式，示意图如图A．1，或其他测试方法。应建立双跨距与单跨距两种测试方法的对等关系。
6．5 横纹抗拉强度
横纹抗拉强度测试示意图如图6所示，横纹抗拉强度试件应包含锯材完整的横截面，试件长度lh等于b/3，采用三点弯曲测试方法如图6所示，加载到破坏为止，记录最大载荷。
图6 横纹抗拉强度测试示意图
说明：
l——试件纹理方向；
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度；
lh——锯截后试件长度。
6．6 横纹抗压强度和横纹抗压弹性模量
横纹抗压强度和横纹抗压弹性模量测试示意图如图7a)所示。通过长度为90mm，宽度为d＋10mm的一对钢板施加荷载。测试设备的加载头应固定，不发生扭转。在加载过程中，绘制出荷载-挠度曲线，如图7c)所示。加载至锯材发生破坏或者变形总量达到20mm，即可停止试验。如果试件存在发生弯扭的趋势，则应使用侧向支撑约束在加载过程中产生的弯扭。
图7 横纹抗压强度和横纹抗压弹性模量测试示意图
说明：
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度；
R3——金属承载片倒角半径3mm；
Y轴——载荷；
X轴——变形；
Fult——极限荷载；
Fy——弹性范围的直线偏移2mm时与挠度曲线的交点对应荷载；
△e——变形差；
△F——荷载差；
F0.1b——0．1b变形对应荷载。
6．7 扭转弹性模量
图8 扭转弹性模量测试示意图
说明：
1——夹持端部；
2——扭转平面；
LT——扭转后的试件长度；
lt——扭转后手臂水平长度；
θ——扭转角度。
附 录 A
(规范性附录)
顺纹抗剪强度双跨测试
式中：
fv——顺纹抗剪强度，单位为兆帕(MPa)；
Fult——极限荷载，单位为牛顿(N)；
b——试样宽度，单位为毫米(mm)；
d——试样厚度，单位为毫米(mm)。
双跨测试的顺纹抗剪强度比单跨的大，因而评估针叶材锯材顺纹抗剪强度时，顺纹抗剪强度与抗弯强度比值要高。
图A．1 顺纹抗剪强度双跨测试示意图
说明：
l——试件；
F——荷载；
d——试件截面厚度；
b——试件截面宽度；
R3——金属垫片倒角半径3mm。
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