GB/T 28987-2012 结构用规格材特征值的测试方法

　　ICS 79. 040 B 69

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28987—2012

　　结构用规格材特征值的测试方法

　　Standard methodsfordevelopmentofcharacteristicmechanical

　　valuesforstructurallumber

　　2012-12-31发布 2013-06-01实施

　　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

　　GB/T 28987—2012

　　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/TC41/SC4)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 、浙江省木业产品质量检测中心南浔检测所 、嘉汉板业(中国)投资有限公司 、钻石木中国有限公司 。

　　本标准主要起 草 人 : 任 海 青 、吕 建 雄 、殷 亚 方 、倪 春 、周 海 宾 、骆 秀 琴 、江 京 辉 、王 永 兵 、沈 斌 华 、李仕华 、朱琦敏 。

　　Ⅰ

　　GB/T 28987—2012

　　结构用规格材特征值的测试方法

　　1 范围

　　本标准规定了建立相应强度性质特征值的标准程序和步骤 ,包括规格材的取样 、测试方法和数据分析方法 。

　　本标准适用于我国国内树种或进口原木和锯材加工而成的规格材 。

　　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 1931 木材含水率测定方法

　　GB/T 1933 木材密度测定方法

　　GB 50005 木结构设计规范

　　ASTM D 1990 通 过 足 尺 试 样 的 强 度 等 级 测 试 来 建 立 目 测 分 等 规 格 材 的 允 许 性 质 的 标 准 方 法 (Standard Practiceforestablishing allowable propertiesforvisually-graded dimension lumberfrom in- Grade tests offull-size specimens)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　规格材 dimension lumber

　　按轻型木结构设计的需要 ,木材截面的宽度和高度按规定尺寸加工的规格化木材 。

　　3. 2

　　特征值 characteristicvalue

　　符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值 。本标准是以规格材力学性质在 75%置信区间内 5%分位值作为相应力学性质的特征值 , 以抗弯弹性模量的平均值作为其特征值 。

　　3. 3

　　最大降低强度缺陷 themaximum strength-reducingdefects

　　引起锯材强度降低程度最大的天然或加工缺陷 , 比如节子 、裂纹 、腐朽 、斜纹理等 。

　　3. 4

　　生长区域 growth region

　　根据不同的气候条件 、土壤条件 ,将同一树种或性质相似的树种生长的范围划分为不同区域 ,本标准中的生长区域要求涵盖该树种或树种组合的所有生长地区 。

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　　GB/T 28987—2012

　　4 国内树种(包括人工林树种)加工的规格材

　　4. 1 试样采集和试样数的确定

　　4. 1. 1 树种信息调查

　　试样采集前应详细调查测试树种生长区域分布 、立木胸高直径分布和蓄积量分布状况 。对于分布较广的重要树种 ,应事先了解各生长区域的情况 ,按不同气候 、地理位置 、土壤等自然条件 ,划分林区采集 ,该树种的主要生长区域均应设置采集地 , 以保证测试结果能够真实反映该树种木材的强度性质 。

　　4. 1. 2 采集地条件

　　在采集林区中 ,找出立地条件具有代表性的林分设置采集地 ,其大小应使所采树种中胸径不小于14 cm 的林木不少于 100株 。

　　4. 1. 3 样木选择

　　4. 1. 3. 1 采集地中需要采集的林木 ,平均胸径为 22 cm 及以上时 ,样木采集应从胸径不小于 18 cm 的林木中选择 ; 当平均胸径小于 22 cm 时 ,应从胸径 14 cm 以上选取 。按上述条件采集的林木 ,依胸径大小均匀划分为 5个以上的组 ,从每组中抽取一株平均木作为样木 。

　　4. 1. 3. 2 样木应选择生长正常 , 树干较圆满通直且无明显缺陷的树株 。 大兜树 、同兜双株树均 不 得选取 。

　　4. 1. 3. 3 同一树种的样木 ,应从采集地中分散抽取 ,不得从相邻生长的立木中选取两株 。

　　4. 1. 4 样木或试样数量

　　每个采集地采集的样木数量应根据该树种蓄积量的分布进行分配 。 主要树种不少于 3 个采集地 ,对于每项强度性质测试 , 每个采集地同一个树种 、同一个等级 、同一个尺寸下不少于来 自于不同 株 的30块 ,总数量不应少于 100根 ,不宜多于 200根 。

　　对于不超过 2个生长区域的小树种 ,来自所有生长区域的规格材总试样数量应不少于 60块 。

　　4. 1. 5 测试组合

　　测试组合应包括至少两个等级和两个不同的尺寸系列 ,所选择的等级之间至多相差一个等级 。

　　4. 2 试样准备

　　4. 2. 1 测试之前 ,应尽可能详细描述试样树种 、来源 、采集样木的胸高直径的分布 、干燥条件 、调温调湿过程和化学处理方式 , 以及生长缺陷 、加工缺陷和干燥缺陷 。

　　4. 2. 2 样木采集后 ,采用与工厂一致的方式锯成规格材毛坯 ,保证加工余量 。

　　4. 2. 3 规格材毛坯应将含水率调整至不超过 20% , 随后刨光加工到 GB 50005规定的尺寸系列 。

　　4. 2. 4 所有规格材试样应按照 GB 50005的目测分等规则进行分等 ,并确保符合相应的等级 。 目测分等后 ,应标记每块试样的目测分等等级和最大降低强度缺陷特征 。

　　4. 3 测试方法和计算方法

　　4. 3. 1 进行足尺测试的试件在测试前 ,应将含水率调整至 12%左右 ,然后测量试件的实际尺寸 ,精确到 0. 1 mm。

　　4. 3. 2 应尽可能保证试件处于温度(20±2) ℃和相对湿度(65±5) %的环境条件下进行测试 。对于所

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　　GB/T 28987—2012

　　有足尺强度测试 ,平均破坏时间应为 1 min左右 ,但不应少于 10 s,而且不应超过 10 min。

　　4. 3. 3 试验设备在试验前应事先经过检验校正方可使用 。加荷设备的示值误差应在 ±3%以内 。变形测量仪表应在试验前进行校正 ,其精度应小于 ±1%测试位移 , 当测试位移小于 2 mm 时 ,精度应小于±0. 03 mm。测试项目如下 :

　　a) 抗弯强度

　　试验为三分点加载(四点弯曲) ,在距端部支点等距的两点处加载 ,跨距为试样标准高度的 18倍 , 随机选择拉伸边 ,最大降低强度缺陷置于两加载点之间 。采用匀速位移方式加载 ,直至试样达到破坏 。如果试样过长 ,在加载过程中容易产生弯曲 , 因此需要侧向支撑装置 , 以阻止试样弯曲 。该支撑装置应保证试件在加载方向上可以 自 由移动 。

　　抗弯强度按式(1)计算 :

　　fm …………………………( 1 )

　　式中 :

　　fm — 抗弯强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　Fult— 足尺试样四点加载弯曲破坏最大荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　L — 跨距 ,单位为毫米(mm) ;

　　b — 试件宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　b) 抗弯弹性模量

　　抗弯弹性模量的数值是通过试样的变形计算得到的 。变形可以通过测量试样中轴线中点处相对于试样端部中轴线支撑点处的位移得到 。也可以测量试样底部表面中点处和试样端部支撑点处的相对位移作为变形的值 。

　　抗弯弹性模量采用匀质材料梁的公式 ,计算采用三分点加载方式下的跨距中点处中性轴相对于支座处中性轴的位移 。抗弯弹性模量按式(2)计算 :

　　Em

　　式中 :

　　Em — 抗弯弹性模量 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　ΔF— 比例极限范围内加载的上限荷载和下限荷载之差 ,单位为牛顿(N) ;

　　L — 测试跨距 ,单位为毫米(mm) ;

　　b — 试件宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) ;

　　Δe — ΔF相对应的跨距中点的挠度 ,单位为毫米(mm) 。

　　其中 ,ΔF/Δe是由最大荷载的 10% ~40%决定的 。

　　c) 顺纹抗拉强度

　　试样承 受 的 是 端 部 轴 向的 拉 伸 加 载 , 保 证 试 样 在 1 min左 右 发 生 破 坏 , 加 载 头 移 动 速 率 约 为30 MPa/min。测试时应保证试样长度为试样高度的 8倍 +2 000 mm ,最大降低强度缺陷应随机放置在测试跨距之间 。

　　顺纹抗拉强度按式(3)计算 :

　　ft …………………………( 3 )

　　式中 :

　　ft,0— 顺纹抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　3

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　　Fult— 拉伸破坏最大荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　b — 试件宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　d) 顺纹抗压强度

　　测试试样的长度至少为试件最大横截面尺寸的 3倍 ,为了保证试件加载过程中不发生弯曲 ,试样应该是短柱 ,最大长度应小于横截面旋转半径的 17倍 。试件端部轴向压缩加载直至破坏 。

　　通过式(4)计算得到顺纹抗压强度 :

　　fc …………………………( 4 )

　　式中 :

　　fc,0— 顺纹抗压强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　Fult — 压缩破坏最大荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　b — 试件宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　e) 横纹抗压强度

　　荷载通过一对长度为 90 mm、宽度等于试样厚度 +10 mm 的支撑块施加 。加载头需要固定以防止其旋转 。在加载过程中需绘制应力-应变曲线 ,且试样应被加载至破坏或第一次出现 20 mm 的变形时 。如果加载过程中试样有弯曲的趋势 ,需要增加侧向支撑以防止弯曲变形 。

　　采用最大荷载时的横纹抗压强度按式(5)计算 :

　　fc …………………………( 5 )

　　式中 :

　　fc, 90— 横纹抗压强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　Fult — 压缩破坏最大荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　采用局部抗压比例极限时的横纹抗压强度按式(6)计算 :

　　fc …………………………( 6 )

　　式中 :

　　fc, 90— 横纹抗压强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　F20 — 变形量达到 20 mm 时的荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　横纹抗压强度采用测试前的实测试样尺寸 ,取最大破坏荷载以及局部抗压比例极限中的较小值 。

　　刚度采用测试前的实测试样尺寸和弹性变形范围内的载荷与变形比例 ,横纹抗压弹性模量按式(7)

　　计算 :

　　Kc …………………………( 7 )

　　式中 :

　　Kc, 90 — 横纹抗压弹性模量 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　ΔF/Δe — 荷载-挠度曲线的斜率 ,单位为牛顿每毫米(N/mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　f) 顺纹抗剪强度

　　在试样两端施加单一 、集中荷载 。荷载应加载至最大 , 即试样发生破坏时的荷载值 。

　　顺纹抗剪强度按式(8)计算 :

　　4

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　　fv …………………………( 8 )

　　式中 :

　　fv — 顺纹抗剪强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　Fult— 抗剪破坏的最大荷载 ,单位为牛顿(N) ;

　　b — 试件宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 试件厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　4. 3. 4 测试结束后 ,应详细记录实际的破坏位置和破坏特征 ,并立即在靠近破坏处的位置取样 ,进行含水率和密度的测试 。含水率试验方法按照 GB/T 1931,试样应来自全截面的无疵木块 。气干密度试验方法按照 GB/T 1933,数据换算到 12%含水率时的结果 。

　　4. 3. 5 数据应调整到 12%含水率时的结果 。基于含水率的调整模型在使用前应被验证 。

　　4. 3. 6 在分析所 有 尺 寸 规 格 材 的 测 试 数 据 时 , 测 试 结 果 应 首 先 被 调 整 到 特 征 截 面 尺 寸 。 本 标 准 以40 mm×140 mm × 2 800 mm 作 为 尺 寸 调 整 的 标 准 尺 寸 , 人 工 林 树 种 加 工 的 规 格 材 以 45 mm × 140 mm×2 800 mm 作为尺寸调整的标准尺寸 。基于树种的尺寸调整模型在使用前应被验证 。

　　5 进口原木加工的规格材

　　5. 1 试样采集和试样数的确定

　　5. 1. 1 树种信息调查

　　对于所测试的树种 ,试样应来自所有的原木供应商 ,分配比例应根据正常的原木材积供应量确定 。应由原木供应商提供产地信息 ,并保证以后的产地不发生变化 。如果发生变化 ,则应重新取样 ,并进行测试 。

　　5. 1. 2 样木选择

　　5. 1. 2. 1 所有原木平均直径为 22 cm 及以上时 ,样木应从直径不小于 18 cm 的原木中选择 ; 当平均直径小于 22 cm 时 ,应从直径 14 cm 以上选取 。此处的直径 ,指原木大小头直径的平均值 。按上述条件选择的原木 ,依直径大小均匀划分为 5个以上的组 ,从每组中抽取一株平均直径的原木作为样木 。

　　5. 1. 2. 2 样木应选择树干较圆满通直且无明显缺陷的原木 。

　　5. 1. 3 样木或试样数量

　　对于给定等级和试样尺寸的每项强度性质测试 ,所有规格材总试样数不应少于 100根 , 不宜多于200根 。

　　5. 2 试样准备

　　按照 4. 2执行 。

　　5. 3 测试方法和计算方法

　　按照 4. 3执行 。

　　6 强度性质特征值的推导

　　对单一的尺寸而言 ,试样的抗弯强度 、顺纹抗压强度和顺纹抗拉强度的特征值为在 75%置信水平

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　　的 5%的分位值 ,抗弯弹性模量的特征值为平均值 。

　　同一等级或性质的几个尺寸试样的数据应该汇集起来以增加样本尺寸的有效性 。下面是一种汇集数据的方法 :

　　首先 ,选择一个参考尺寸 fref,然后测试试样的每一个尺寸 ,选择一个尺寸因子 ksize,通过测量参考尺寸和其他任何特定尺寸的 5%分位值的比率 ,可以很方便地选择 ksize 的值 ,许多设计规范和标准 ,包括ASTM D 1990,指定木材预期尺寸的影响 ,可以用来得到 ksize。

　　用选择的参考尺寸 fref,通过式(9)将每一种尺寸的所有规格材数据转换成参考尺寸的等效数据 :

　　fref …………………………( 9 )

　　式中 :

　　fmeas— 测定的特定木材的强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　fref — 参考尺寸的等效强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　ksize — 尺寸因子 。

　　性低(的尺)尺(数),spe计c的,k 分is值(位)ize,值。fr得ef,k到,f(参)spe考c,0 尺05u寸),f(的)sp特ec,0征05u为(值), 上(即)界:f估ref,k,这(f)ref种,0.0估5,i计。值有 25(对其他)%(任)的(何)可(特)能(定)

　　对于两个不相邻等级的测试数据 ,可用于推导内插或外插到相邻等级的特征值 。

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