木材的强度介绍，木材的顺纹强度与横纹强度差别

木材的强度，主要有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。并且又有顺纹与横纹之分。每一种强度在不同的纹理方向上均不相同，木材的顺纹强度与横纹强度差别很大。

（1）抗压强度 木材在许多情况下用于承受压力。常见的有支柱、桩木、坑木等。根据受力方向与木纹的关系，可将木材的抗压强度分为顺纹和横纹抗压强度（图4-7）。横纹抗压强度又分为径向和弦向抗压强度。

图4-7 压力

a）顺纹压力 b）横纹局部受压

木材顺纹抗压强度极限大且较稳定，是木材使用的主要形式，常用的木材顺纹抗压强度极限为30～70MPa。顺纹抗压试件的破坏，主要由于细胞壁被压，失去稳定性而弯曲，使木质纤维挠曲甚至折断。硬质或干燥的试件，在弦切面上破坏呈一定的倾斜度，一般是略大于45°倾斜角的斜线，在径切面上呈水平的波纹状。软质或潮湿的试件破坏时常在端部被压皱并向侧面突出。

木材横纹抗压强度极限远小于顺纹抗压强度极限。针叶树的顺纹抗压强度极限均为横纹的10～15倍，而弦向抗压强度极限约为径向的1.5倍。阔叶树的顺纹抗压强度极限约为横纹的3～7倍。具有粗大髓线的树种（麻栎、青冈等）径向为弦向的1.5倍。其他树种并无显著区别。在实际使用中，木材横纹压力分局部受压和全部受压。如枕木、门槛是局部受压，垫木是全部受压。在受压时，当应力与变形成正比例，其单位面积所受的荷重，叫公定极限强度。木材具有可塑性，如施力超过比例界限，木材会压扁，仍可承受外力，不致破坏。因此，木材横纹受压仅有公定极限强度。

（2）抗拉强度 木材的拉力（图4-8），与木材纹理平行的拉力，叫顺纹拉力；与纹理垂直的，叫横纹拉力。横纹拉力又有径向和弦向的区别。木材顺纹抗拉强度远远大于横纹。如木材顺纹抗拉强度较抗压强度大2～3倍，通常可达100～150MPa。其原因是细胞成纵向上下错综排列。大多数树种径向大于弦向，尤以具有宽木射线的树种为显著，这是由于木射线的附加强度。由于抗拉制品端部接合处受到拉力时，常先破坏于横纹受压或剪切，因而目前尚无法充分利用木材的顺纹抗拉强度。

木材横纹抗拉强度极小，约为顺纹抗拉强度的1/20～1/40。所以木材通常不用作承担横纹受拉的制品。

图4-8 拉力

a）顺纹拉力 b）横纹拉力

（3）静力抗弯强度 木材使用在弯曲强度（静曲）（图4-9）的地方很多。常见于横梁、桥梁、车轴等。木材具有优良的静力抗弯强度。一般木材的静力抗弯强度极限为50～110MPa，约为顺纹抗压强度极限的1.5～2.0倍。

当木质制品承受抗弯静力时，由于其抗拉强度极限大于抗压强度极限，制品的受压区域首先发生皱折，然后在拉力区折裂，所以静力弯曲破坏状况，可以用于判断木材品质的优劣。品质高的木材，其折断面呈纤维状犬牙交错，破坏过程的时间较长，常发出声响——咯吱、咯吱，好像是报警器，预告倒塌的危险来临。品质低的或腐朽的木材，其破坏面几乎是平整的脆断，破坏过程的时间短，突然折断，不会有预告声。

（4）冲击弯曲强度 外力突然冲击于木材，使木材弯曲折断，叫冲击弯曲强度（图4-10）。它是衡量木材坚韧或脆弱的指标，木材是很好的抗冲击弯曲的材料，常用作承受横向冲击载荷的制品。凡春材与夏材区别明显的树种，其径向冲击弯曲强度比弦向高。如落叶松高50％、云杉高35％、水曲柳高20％。阔叶树中的散孔材和针叶材，其两个方向的冲击弯曲强度无甚差别。一般阔叶树的横向冲击弯曲强度比针叶树大0.5～2.0倍。木材经常受到冲击荷重的有双杠、棒球柄、船桨等。

图4-9 弯曲强度（静曲）

图4-10 冲击弯曲强度

（5）抗剪强度 外力作用于木材，使其一部分脱离邻近部分而滑走时，在滑动面上单位面积所受最大外力，叫抗剪强度。木材抗剪强度有顺纹剪切、横纹剪切和剪断三种形式（图4-11）。木纹对木材的抗剪强度有极大的影响：顺纹抗剪强度极限最小，并随剪切面与年轮夹角的大小而改变。一般树种顺纹抗剪强度受年轮方向影响不大，而具有粗大髓线的树木，则弦向的抗剪强度较径向的大10％～30％。顺纹抗剪强度极限一般为4～15MPa，约为抗压强度极限的15％～25％。

木材顺纹剪切，常见于屋架中的椽架斜梁和横梁相连接处，两块木板用螺栓固定，受拉力时，在螺栓部位易发生顺纹剪切。在阔叶材中，弦面抗剪强度大于径面10％～30％。其原因是木射线的附加作用，木射线越多，其差异越显著，而针叶材却没有显著规律。(www.xing528.com)

图4-11 剪力

a）顺纹剪切 b）横纹剪切 c）剪断

木材在受剪区域有节子、斜纹理，其顺纹抗剪强度显著增加。而横纹抗弯破坏的剪切面多与木材纤维平行，其强度极限远较顺纹为高，一般为3～7倍。但在实际使用中，由于制品先被横纹受压所破坏，所以利用价值不大。

木材抗剪断强度比横纹局部抗压强度大，在应用中很难遇到净切断，因为受切断作用的木材结构经常是由于严重受到局部挤压而破坏。

木材的横纹切断强度极限远远高于横纹抗剪强度极限，但实际上很难充分利用。

（6）木材硬度 用木材的抗凹能力衡量。硬度（图4-12）大小与木材切削、磨损都有密切关系，硬度大的木材耐磨损，不易刨切。锯切坚硬的木材，必须选用适宜的齿形和锯路。

木材的端面、径面和弦面的硬度各不相同。一般是端面较侧面为高，如针叶树横切面的硬度较纵切面硬度约大35％，较阔叶树约大25％。一般树种径切面和弦切面的硬度大致相同，但具有粗大髓线的树种如麻栎、青冈栎木材其弦切面的硬度大5％～10％。

容重对硬度有很大影响：容重越大，木材硬度也越高。

图4-12 硬度

某些用材，如地板、滑雪板、木地板，则应选用黄檀、栎木、蚬木等硬度大、耐磨损的木材。有些构件，如手表或其他精密仪表的抛光，所用木质抛光盘，宜选用材质致密、均匀，硬度适中的梨树、水丝梨等。

（7）弹性模量 木材的弹性模量较金属材料低，并与纹向有关，这是木制品容易变形的主要原因之一。木材的抗拉、抗压弹性模量（E），顺纹比横纹大7～30倍，抗剪弹性模量（G）约为E的1/10～1/3，一般树种的弹性模量E介于10000～15000MPa之间。

木材各种强度的关系见表4-4。

表4-4 木材各种强度的关系

常用阔叶树的顺纹抗压强度为49～56MPa，常用针叶树的顺纹抗压强度为33～40MPa。

综上所述，木材各种强度的分析证明木材是各向异性材料。同时，木材力学性质变化多端，不但因树种而异，而且同一树种因产地不同，它的力学性质也不同。就是同一树种、生长在同一地区，又受生长条件的影响；还有同一棵树，树干的上下、内外，因树木生长时期的不同，也影响它的力学性质的变异。此外，还受木材构造、木材缺陷、容重、含水率等的影响。

木材性质很复杂，它有一些特殊性能，但也存在一些缺点。在选用木材时，应充分利用它的优点，控制或改变它的缺点，以满足人们的需要。

木材各种极限强度的数值不能直接用作木构件计算的根据，而必须考虑安全系数。由于木材存在缺陷和水分的影响变化很大，所以规定的安全系数要比其他材料高一些，在我国木结构的安全系数一般为3.5～6。一般在家具制造中，对缩小零件规格总觉得不放心，但在实际中家具由于零件太小，而造成损坏的情形较少，故在结构设计时不宜过分强调要求零件尺寸过大，尺寸过大木制品笨重，还浪费木材。所以，除适当考虑木材容许应力外，要注意木材节约，使制品轻巧、美观、耐用。