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抗弯强度

木材构件支承横向荷载的能力。又称静曲强度。通常是在静力荷载下测定。木构件中的梁、搁栅、地板等主要依靠抗弯强度。构件承受弯曲的凹面纤维受到顺纹方向的压缩应力,底部凸面的纤维承受顺纹方向的拉应力。此项拉、压应力称为弯曲应力,两者合力所形成的力矩称为弯矩。

木材构件支承横向荷载的能力。又称静曲强度。通常是在静力荷载下测定。木构件中的梁、搁栅、地板等主要依靠抗弯强度。构件承受弯曲的凹面纤维受到顺纹方向的压缩应力,底部凸面的纤维承受顺纹方向的拉应力。此项拉、压应力称为弯曲应力,两者合力所形成的力矩称为弯矩。荷载方式不同,产生弯矩不同,例如集中荷载或匀布荷载等等,在受弯构件高度的中部,存在一个既不受拉伸也不受压缩的中性层,它与横截面的交叉线称为中性轴。假定受弯构件(梁)在横截面上应力(σ)的分布按直线规律变化时,则最大应力(σmax)如下式所示:

抗弯强度

式中 J为惯性矩;M为转动惯量;Ymax为最外面的纤维与中性层之间的距离;W为截面模量。例如矩形截面,则W=,b和h分别为梁的宽度和高度。直径为d的圆形截面W=。矩形截面梁弯曲时,在顶面或底面的顺纹剪应力τ=0,在中性轴上,顺纹剪应力最大,即。这里,Q为横截面上的剪力。图1表示梁在3种重要荷载的情况下,拉应力、压应力和剪应力的分布状况。

图1 不同荷载下沿弯曲梁轴的拉应力及剪应力的分布

木梁弯曲破坏时,横截面应力的分布并非直线,由于木材顺纹抗拉比顺纹抗压强度约高2~3倍,应力分布偏离直线很大,在弹性范围内,应力通常保持直线分布状态,超过比例极限后,应力实际分布仍近似直线,直到木梁受压一侧的应力等于木材最大抗压强度后,抗压应力不再增加。但抗拉应力仍继续增加,直至最大抗拉强度,这一点与最大弯曲和梁的破坏点相符。通常计算抗弯强度是假定梁破坏处,横截面应力分布为直线的和对称的,这与实际情况不同。实际的应力分布曲线常使用的近似直线分布,以及斯尼温德(Schneiwind)模拟近似曲线,如图2所示。

图2 木梁弯曲破坏时实际及近似的应力分布(自Schneiwind,1962)