木材の試験

Structural Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Overview

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科

木は太古の時代からの建設で使用されているユビキタス材料であります。木は偉大な美的価値と再生可能エネルギー、持続可能な材料であります。今日では、その他の構造材より木で構築されたおそらくより多くの建物があります。これらの建物の多くは繰り返し住宅ですが、商業・工業の建物と同様、多くのより大きいアパートの建物、また木材フレーミングを使用します。

建設における木材の普及は、経済および審美的な基準の両方から魅力を持ってください。機器の最小限の量と木材の建物を構築する能力は、他のタイプの構造と競争力のある軸組構法建物のコストを維持しています。その一方で、アーキテクチャの考慮事項が重要ですが、美しさと露出された木の暖かさ難しいです他の材料と合わせて

この実験の目的は、木材の応力-ひずみ挙動を調査し、木材梁の曲げ性能を確認するための 4 点曲げ試験を行うための 3 つのタイプの引張および圧縮試験を実施します。4 点曲げ試験では、一定の瞬間とゼロのせん断中心部の結果、その 3 点で 2 つの等しいポイント荷重単純支持はりがロードされます。構造材床システムで頻繁に使用、主に曲げ応力によって読み込まれるため、これは重要なテストです。

Cite this Video | Reprints and Permissions

JoVE Science Education Database. 構造工学. 木材の試験. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

木は細長い、ラウンド、または長方形のチューブのような細胞から成るです。これらの細胞は長く (2-4 mm) よりもワイド (20-40 μ m)、頻繁の木の長さに関連して細胞の長さとします。細胞壁は細胞壁を形成する層のそれぞれに異なる方向に配向高分子鎖を持つセルロース (ポリマー) から成っています。中間の壁セルの長いディメンションに沿って整列、チェーンを内側と外側の壁の斜めのチェーンは、安定性を提供しながら、セルに強度の大部分を提供します。細胞壁の構造が結晶、非晶質の短いセクションが続く 30-60 μ m 長さの結晶構造を持つです。鎖と細胞は、リグニンと呼ばれる材料によって一緒にバインドされます。各セルは比較的弱いですが多くの細胞のバンドルの効果は一緒に非常に強く、有用な建築材料のリグニンの結果によって提供されます。この良いアナロジーは、対接着または一緒にバインドされて多くのストローのストロー 1 つ飲むの抵抗です。

木は生物学的材料であることは、実際では要素に公開された場合、環境腐食や害虫の攻撃に非常に敏感。したがって、今日使用される木材の多くは環境と昆虫の攻撃から保護するために化学物質を前処理です。生物学的材料である木材は、同じ樹種の中でも、木の部分の間の工学的性質に大きな変化があることも意味します。多数の欠陥の避けられません、不均質材料の木材を作るします。これらの欠陥は、ノット、枝や手足の部分がツリーの本体に組み込まれた結果です。したがって、大きな安全、率または実際の終局耐力、デザイン力の比は、木材のデザインで使用されます。木材の安全率の標準値は 2.5 で曲げ、メンバーとメンバーの 99% が少なくとも 1.25 倍安全があるようにデザイン コードが校正されています。

木材の細胞化粧直交異方性材料になります。プロパティは、セルの長辺に対して平行または垂直にマテリアルが読み込まれた場合は別になります。このプロパティを直接材料は等方性 (すべての 3 方向で同じプロパティ) を使用できますが、直交異方性弾性論の通常できないことを意味 (2 つの方向の異なるプロパティ: 縦・横長いセルに方向)。携帯電話化粧はまた、木材の含水率がその強度を決定する重要なパラメーターであることを意味します。これらの要因の両方は構造的な目的のための木のモチーフは線形理論で許容応力以下のアプローチによって決まりますので複雑すぎるため、日常の設計で使用。

  1. 様々 な商業種の多数の究極の clearwood (または欠陥のない) 強度値の統計的解析を行った。公称応力は大きい、値の 95% と 5% 公称耐力よりも低くされているに基づいています。
  2. 値は、木材のほとんどの工学的性質に大きく影響するはこの要因として、含水率のアカウントに修正されます。木材中の水分はセル空洞における自由水と細胞壁にバインドされている水から主に成っています。木材を乾燥すると、無料の水を削除する簡単ですが、結合水を削除する多くの困難です。水は細胞壁から削除する開始水分は繊維飽和点 (FSP) と呼ばれます。一般的には、水分の減少は強度の増加で起因するレベルを下回ると、FSP、特に。グリーン コンディションの木 (または新鮮なカット) お越しの大きな含水率 (バルサのような種の 100% 以上) とその含水率を下回る範囲のほとんどの種は 30% に 22% から FSP まで重要な強さを得るために開始されません。木材と見なされますされて浮上した緑 (または濡れた状態でカット)、含水率が 19% とその制限以下表面乾燥の場合上記とき。気乾材含水率約 15% 12%-、キルン乾燥木材は 10% 以下。木は家具などの特殊アプリケーションに必要な場合の乾燥窯のみ最も一般的な構造用乾燥で十分です。
  3. 耐力比は、次に clearwood 値を調整する与えられた応力等級で許可されている strengthreducing の欠陥に対応するために使用されます。応力等級、エンジニア リングの木材の品質の測定は、一般に簡単な目視検査や生産ラインの試運転を曲げからに基づいて割り当てられます。後者の場合、剛性は弾性係数に比例とその時に強度に関連します。ほとんど森の中の一般プロパティは、弾性係数 (E)、(Fc) 直交圧縮圧縮 (Fc) 粒に平行水平せん断 (Fv) 許容曲げ応力度 (Fb)。木の種の基本的な方向に固有のプロパティ、に加えてそれは明らかにすべて森が負荷の下で同じ方法を動作するはずです。スプルース、パイン、ファーなどのより柔らかい森は比較的高価であり、したがってライト フレームの構造で構造のために主に使われます。カシまたはヒッコリーのような困難の森別成長率とパターン、また特定の建築用途に優れた特性を与えている間、補充するために森の中を困難があります。

大きな体積変化が含水率の減少と関連付けられることに注意してくださいすることが重要です。乾燥に起因する収縮はまた均一ではないです。たとえば、ダグラスもみのため半径方向の収縮は 4.8% と、接線方向の収縮率は 7.6%、体積収縮率は 12.4%。木は高分子材料で、だも、クリープまたは定数連続粘性のような変形をロードしやすい。その結果、木材は一般的に読み込みの期間が短い場合に高いストレスをサポートできます。負荷時間率を使用して、この動作を考慮します。場合は負荷期間が短くかなりクリープが発生しないために、地震荷重と大暴風、設計値の場合は 1.6 で乗算できますの負荷期間が短く、以下 10 分など。

一般的に使用されるその他の補正係数は、サイズ因子、反復的な部材係数フォームファクターを。サイズ ファクターを占める幅広梁からデータを生成するほとんどの木はテスト、実際 12 インチ未満の深さ、それはよく知られている (いわゆるサイズの欠陥の存在のためにメンバーが増加のサイズと平均強度を減少させることeffect)。木製のメンバーは互いの近くで頻繁に使用し、弱さまたは個々 のメンバーの失敗は、不均衡にはつながらないのでに床ダイヤフラムやコレクターで一緒に結ばれているという事実を考慮する反復的な要因を使用します。崩壊 (すなわち、障害がローカライズされる予定)。最後に、メンバーのアスペクト比 (深さ/厚み) もテストの結果に影響します。これらの補正因子のすべてが基本的に経験的で、正当化された研究室テスト結果とフィールドのパフォーマンス経験の統計量に基づきます。

木材の異方性特性は、積層合板、等方性材料の垂直方向での繊維層が配置されている場所などを作成することによって改善できます。メンバーは、同様の方法で繊維の薄いストリップを同じ方向に整列し圧力の下で接着または積層 (集成材) を接着、その強さに由来する欠陥を配布します。

Procedure

圧縮試験

  1. 公称 3-1/2"圧縮キューブ標本は、3 つの異なる森 (南マツ、トウヒ、たとえばオーク) を取得します。キューブは 4 x 4 セクションからカットすることができますが、木材をする必要があります。サーフェスが互いに平行であることを確認します。標本の 1 つのセットは、穀物に適用される荷重並列テスト必要があり、荷重のめり込みと標本の他のセットでテストする必要があります。セット内のテストの繰り返し回数は、目的の信頼限界に依存します。セットあたり 1 つだけのテストは、その目的は、テクニックを示すため、エンジニア リング設計のための大規模な堅牢なデータ セットを開発し、この研究所の一部として実行されます。
  2. キャリパーを使用して最も近い 0.002 インチ各試験片の断面寸法 (幅および厚さ) を測定します。圧縮試験片 (載荷方向) の長さの合計を測定します。標本は、その全長にわたって寸法で若干異なります、いくつかの測定を取り、各測定した寸法のおおよその平均を記録します。
  3. 万能試験機を設定した後 (このシリーズの最初の原稿を参照してください: 材料定数)、慎重にセンター圧縮プラテン上で見本と若干負荷が適用されるまで、クロスヘッドを下げます。細かいコントロールを使用して、できるだけ 0 に近い負荷をに戻る。
  4. 載荷速度 1 秒あたり 50 の psi に 20 の psi の間でゆっくりと荷重を適用します。
  5. 負荷の継続的な増加と標本に見られる重要なひずみ圧縮試験はいくつかの分も。最大負荷は明らかに到達するまでテストを続けます。
  6. 画面から最大荷重を記録します。
  7. すべての標本、標本並列とのめり込みの両方に対して繰り返します。

引張試験

  1. 3 つの異なる森 (南マツ、トウヒ、たとえばオーク) の犬骨片を入手します。標本の 1 つのセットは、穀物に適用される荷重並列テスト必要があり、荷重のめり込みと標本の他のセットでテストする必要があります。これらはないこと木、ASTM 試験に必要な検体の種類意図が引張挙動を示すことで、設計のためのデータベースを開発し、注意してください。
  2. 通常の引張試験機を通常どおり続行 (このシリーズの 2 番目の原稿を参照してください: 鋼の引張試験)。

曲げ試験

  1. 2 × 4 約 24 インチを取得鬱蒼とした南松の長い。
  2. 万能試験機 (図 1) に 4 点曲げ試験装置をインストールします。

Figure 1
図 1: 四点曲げ機.

  1. 試験機および関連ソフトウェアを起動します。最大負荷をキャプチャし、負荷とクロスヘッド値を記録するソフトウェアが設定されていることを確認します。
  2. 装置の上に 2 x 4 をインストールおよび装置だけを作り始めるまで、上部のクロスヘッドを下げる木の梁との接触。
  3. ゆっくりと負荷を適用 (1 分あたり約 2000 ポンド) まで梁骨折 (図 2)。

Figure 2
図 2: 木材梁の曲げ破壊します

  1. 破壊荷重を記録します。

木は太古の時代からの建設で使用されているユビキタス材料であります。再生可能エネルギーと持続可能な木は一戸建て住宅の建設とフレーミング パーティションおよびその他の非構造部材、商業・工業の建物で、広く工学で使用される構造材料であります。

自然起源による木ツリーの個々 の種に関連付けられて機械的性質があります。含水率およびその他の変数、たとえば、欠陥の有無。特定のアプリケーション デザイナーは、材料の最大実効性を確保するために材または構造体で予想される荷重を慎重に検討する必要があります。

このビデオでは、異なったタイプの木の材質をテストし、彼らの応力-ひずみ挙動と flectural のパフォーマンスを判断する方法を示します。

木は、幅よりもずっと長く、細長い、ラウンド、または長方形のチューブのような細胞で構成されてあります。内で作られて、微細繊維を用いたいくつかの層がある壁であるセルロース高分子の束。

壁のレイヤー内の異なる方向性では、ミクロフィブリル チェーンを配置します。セルの長いディメンションに沿って整列、チェーンの中間の壁は、内側と外側の壁の斜めのチェーンは、安定性を提供しながらセルに強度のほとんどを提供します。リグニンは、セルロース高分子と同様、ミクロフィブリル チェーンと壁の細胞に一緒にバインドします。一緒に多くの細胞のバンドルの影響の結果、非常に強い建材です。

木は生物学的材料をあり、したがって、環境腐食および害虫の攻撃に対して非常に敏感です。今日使用される木材の多くは環境と昆虫の攻撃から保護するために化学物質を前処理です。

木材の欠点や欠陥など、たとえば、ノットの多数によって特徴付けられる不均質材料ですし、分割します。結果、大きな安全率や実際の終局強度に設計基準強度の比が異なる木片の工学的特性の大きな変化を考慮する使用されます。

その細胞の化粧により木は縦波と、それぞれ、木目方向に対して横の軸に沿って異なる特性を有する直交異方性の材料です。その結果、素材は木の繊維に対して平行または垂直荷重を別様します。木材の異方性は、さまざまな方法によって改善されることができます。

合板などの積層板繊維、等方性材料の垂直方向に整列レイヤーの作られています。また、集成材は、同じ方向に整列し、欠陥を配布するからその強さを派生させる圧力の下で接着繊維の薄いストリップを作られています。

木材の細胞化粧はセル空洞内自由水と細胞壁にバインドされている水も占めています。その結果、含水率は木材の強度を決定する重要なパラメーターと、一般的には、水分の減少は強度の増加になります。不均一収縮やねじれ、弓、カップ、クルックなど歪みの乾燥に伴う体積変化があります。

木は高分子材料である、それはクリープしやすいもまたは、連続粘性のような変形に、一定の負荷の下で。負荷をリリースすると、変形のほとんどが復元されます。その結果、木材は一般的に読み込みの期間が短い場合に高いストレスをサポートできます。これらすべての要因は、日常の設計複雑すぎるために使用になる、ので次を用いて構造用: 究極の欠陥のない強度の統計的解析, 含水率の修正の多くの種の値し、耐力比ベース強度低減を補正するため木材の等級に影響します。

ほとんどの森の与えられるプロパティは、参照しやすいように表形式で発行されます。これらのプロパティ: 許容曲げ応力度、粒に平行に緊張、横ずれ、穀物に垂直に圧縮、粒に平行に圧縮弾性率。木の種の基本的な方向に固有のプロパティ、に加えてそれは明らかにすべてではない木材が負荷の下で同じ方法を動作するはずです。

今では木材の物理的性質と木材検査の原理を理解すると、いくつかのテストを実行するこれら使いましょう。

開始する前に、3 種類の木を比較するを選択します。各品種の 3.5 インチの公称サイズに 2 つの圧縮キューブ標本を作製します。キューブが無料、欠陥、その反対の表面が平行を確認します。木目に垂直荷重でテスト用穀物荷重平行テストの各品種からの 1 つの検体と検体残をマークします。

キャリパーを使用して各試験片の荷重の方向の高さを測定します。おおよその平均値を決定するいくつかの場所で測定を繰り返します。終了したら、同じ手順を使用して、各試験片の断面寸法を決定します。

普遍的なゼウスのビデオに関する材料定数に示すように試験機を設定します。その後、慎重にセンター圧縮プラテン上正しい向きで標本。わずかな負荷が適用されるまで、クロスヘッドを下げるし、細かいコントロールを使用して、できるだけ 0 に近い負荷をにバックアップします。

1 秒あたり 40 psi の読み込み速度で荷重を適用します。圧縮テストは、負荷が増えると標本で重要な目に見える歪み数分間続ける可能性があります。明白な最大負荷に達するまで継続するテストを許可します。

テストを完了すると、最大荷重を記録し、残りの標本の手順を繰り返します。

別の圧縮試験および、この時間を実行、試料の粒度に垂直な荷重を適用します。木の他の品種の手順を繰り返します。

同じの 3 つの木製の品種を使用していくつかのドッグボーン標本を準備します。長い寸法に平行の穀物と標本の 1 つのセットと長い寸法に垂直の粒と 2 番目のセットを準備します。

鋼の応力-ひずみ特性に関するビデオ、ゼウスに示すようにすべての六つの試験片で引張試験を実行します。

2 × 4 約 24 インチを取得各木材の品種の長い。万能試験機に 4 点曲げ試験装置をインストールします。装置が準備ができて、テスト マシンを起動します。負荷とクロスヘッド値を記録するテストの設定を調整し、最大荷重をキャプチャします。装置で標本をインストールおよび装置だけを作り始めるまで、上部のクロスヘッドをドロップ木製ビームと接触。

梁骨折まで毎分 2,000 ポンドのレートで荷重を適用します。テストが完了したら、破壊荷重を記録し、残りの標本のテストを繰り返します。

圧縮、引張、曲げ試験の結果を要約するのにテーブルを使用します。次に、各列の最大値にデータを正規化し、新しいテーブルを作成します。

今、あなたの結果を見てを取る。カシは最強の木材で示すように一貫してすべての結果で、スプルースと南部の松が続きます。2 つの最も重要なプロパティの曲げ強度と圧縮、木目に平行、トウヒと思われる約約 87% と、南部松約 78%、樫の木のように強い。それらの最低価格は非常に効率の高い選択肢差南松、森の中の非常に大きい価格を与えられました。

木テストは構造工学製品の安全性と国際基準の遵守を確保するために日常的に使用中に応力を処理する最終的な設計の機能を評価するために非常に重要です。

4 点曲げ試験、その 3 番目のポイントは、一定の瞬間とゼロのせん断中心部の結果で 2 つの等しいポイント荷重単純支持はりがロードされます。このテストは、木材の構造要素は、主に曲げ応力によって読み込まれて床システムにとって重要です。

最近まで、木製の構造はアパートや小規模の事務所ビルで 3 つまたは 4 つのストーリーに限られていた。8 つ以上のストーリーを達することができる構造システムの開発クロス集成材の開発をもたらしました。中ずっと背が高い建物は、20 階の順には、まだ開発中です。

ゼウスの木テスト入門を見てきただけ。今、木材、および引張、圧縮を実行する方法の工学的特性を理解しておくべき、木材試験片の曲げ実験します。

見てくれてありがとう!

Results

圧縮、引張、曲げ試験結果を表 1 にまとめます。カシは最強の木材で示すように一貫してすべての結果で、スプルースと南部の松が続きます。

表 1: 木製テスト概要

圧縮並列 (psi) めり込み (psi) 緊張並列 (psi) 垂直な引張り負荷 (psi) (Psi) を曲げ
オーク 7382 2045 4780 547 8902
スプルース 6342 1534 3451 412 7834
サザンパイン 5437 1254 2756 327 7423

表 2: 正規化されたデータ

圧縮並列 (psi) めり込み (psi) 緊張並列 (psi) 垂直な引張り負荷 (psi) (Psi) を曲げ
オーク 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
スプルース 0.86 0.75 0.72 0.75 0.88
サザンパイン 0.74 0.61 0.58 0.60 0.83

オーク材の強度に正規化が表 1 のように同じデータを表 2 に示します。2 つの最も重要なプロパティの曲げ強度と圧縮、木目に平行、トウヒと思われる約約 87% と、南部松約 78% の樫の木のように強い。森差の非常に大きい価格を考えると、それは、それらの最低価格は非常に効率的な選択肢としてその南の松をようです。

Applications and Summary

木材は異方性特性を示す、持続可能な自然素材です。他の所で金属、高分子材料、コンクリートなどの材料は、緊張や材料機能等、特定の負荷への抵抗の向きに関係なく同じであることを意味を前提に圧縮でテストされている、素材。たとえば、鋼はマクロ スケールに同質、等方性プロパティを与える、マイクロ スケールでランダム配向の穀物の無数を持っています。しかし、木は、その簡単に識別できる粒度方向は等動作しません。したがって、デザイナーは、材または構造体材料の最大の有効性を確保するために予想される負荷を慎重に検討する必要があります。さらに、自然起源による木の木、含水率と試験片のサイズは、個々 の種に関連付けられて機械的性質があります。

最近まで、木製の構造はアパートや小規模の事務所ビルで 3 つまたは 4 つのストーリーに限られていた。 8 以上のストーリーを達することができる構造システムの開発クロス集成材、互いに直角に方向づけられるし、接着層から成る木製パネルの開発をもたらしました。ずっと背が高い建物、20 の物語の順序では、まだ開発中です。

圧縮試験

  1. 公称 3-1/2"圧縮キューブ標本は、3 つの異なる森 (南マツ、トウヒ、たとえばオーク) を取得します。キューブは 4 x 4 セクションからカットすることができますが、木材をする必要があります。サーフェスが互いに平行であることを確認します。標本の 1 つのセットは、穀物に適用される荷重並列テスト必要があり、荷重のめり込みと標本の他のセットでテストする必要があります。セット内のテストの繰り返し回数は、目的の信頼限界に依存します。セットあたり 1 つだけのテストは、その目的は、テクニックを示すため、エンジニア リング設計のための大規模な堅牢なデータ セットを開発し、この研究所の一部として実行されます。
  2. キャリパーを使用して最も近い 0.002 インチ各試験片の断面寸法 (幅および厚さ) を測定します。圧縮試験片 (載荷方向) の長さの合計を測定します。標本は、その全長にわたって寸法で若干異なります、いくつかの測定を取り、各測定した寸法のおおよその平均を記録します。
  3. 万能試験機を設定した後 (このシリーズの最初の原稿を参照してください: 材料定数)、慎重にセンター圧縮プラテン上で見本と若干負荷が適用されるまで、クロスヘッドを下げます。細かいコントロールを使用して、できるだけ 0 に近い負荷をに戻る。
  4. 載荷速度 1 秒あたり 50 の psi に 20 の psi の間でゆっくりと荷重を適用します。
  5. 負荷の継続的な増加と標本に見られる重要なひずみ圧縮試験はいくつかの分も。最大負荷は明らかに到達するまでテストを続けます。
  6. 画面から最大荷重を記録します。
  7. すべての標本、標本並列とのめり込みの両方に対して繰り返します。

引張試験

  1. 3 つの異なる森 (南マツ、トウヒ、たとえばオーク) の犬骨片を入手します。標本の 1 つのセットは、穀物に適用される荷重並列テスト必要があり、荷重のめり込みと標本の他のセットでテストする必要があります。これらはないこと木、ASTM 試験に必要な検体の種類意図が引張挙動を示すことで、設計のためのデータベースを開発し、注意してください。
  2. 通常の引張試験機を通常どおり続行 (このシリーズの 2 番目の原稿を参照してください: 鋼の引張試験)。

曲げ試験

  1. 2 × 4 約 24 インチを取得鬱蒼とした南松の長い。
  2. 万能試験機 (図 1) に 4 点曲げ試験装置をインストールします。

Figure 1
図 1: 四点曲げ機.

  1. 試験機および関連ソフトウェアを起動します。最大負荷をキャプチャし、負荷とクロスヘッド値を記録するソフトウェアが設定されていることを確認します。
  2. 装置の上に 2 x 4 をインストールおよび装置だけを作り始めるまで、上部のクロスヘッドを下げる木の梁との接触。
  3. ゆっくりと負荷を適用 (1 分あたり約 2000 ポンド) まで梁骨折 (図 2)。

Figure 2
図 2: 木材梁の曲げ破壊します

  1. 破壊荷重を記録します。

木は太古の時代からの建設で使用されているユビキタス材料であります。再生可能エネルギーと持続可能な木は一戸建て住宅の建設とフレーミング パーティションおよびその他の非構造部材、商業・工業の建物で、広く工学で使用される構造材料であります。

自然起源による木ツリーの個々 の種に関連付けられて機械的性質があります。含水率およびその他の変数、たとえば、欠陥の有無。特定のアプリケーション デザイナーは、材料の最大実効性を確保するために材または構造体で予想される荷重を慎重に検討する必要があります。

このビデオでは、異なったタイプの木の材質をテストし、彼らの応力-ひずみ挙動と flectural のパフォーマンスを判断する方法を示します。

木は、幅よりもずっと長く、細長い、ラウンド、または長方形のチューブのような細胞で構成されてあります。内で作られて、微細繊維を用いたいくつかの層がある壁であるセルロース高分子の束。

壁のレイヤー内の異なる方向性では、ミクロフィブリル チェーンを配置します。セルの長いディメンションに沿って整列、チェーンの中間の壁は、内側と外側の壁の斜めのチェーンは、安定性を提供しながらセルに強度のほとんどを提供します。リグニンは、セルロース高分子と同様、ミクロフィブリル チェーンと壁の細胞に一緒にバインドします。一緒に多くの細胞のバンドルの影響の結果、非常に強い建材です。

木は生物学的材料をあり、したがって、環境腐食および害虫の攻撃に対して非常に敏感です。今日使用される木材の多くは環境と昆虫の攻撃から保護するために化学物質を前処理です。

木材の欠点や欠陥など、たとえば、ノットの多数によって特徴付けられる不均質材料ですし、分割します。結果、大きな安全率や実際の終局強度に設計基準強度の比が異なる木片の工学的特性の大きな変化を考慮する使用されます。

その細胞の化粧により木は縦波と、それぞれ、木目方向に対して横の軸に沿って異なる特性を有する直交異方性の材料です。その結果、素材は木の繊維に対して平行または垂直荷重を別様します。木材の異方性は、さまざまな方法によって改善されることができます。

合板などの積層板繊維、等方性材料の垂直方向に整列レイヤーの作られています。また、集成材は、同じ方向に整列し、欠陥を配布するからその強さを派生させる圧力の下で接着繊維の薄いストリップを作られています。

木材の細胞化粧はセル空洞内自由水と細胞壁にバインドされている水も占めています。その結果、含水率は木材の強度を決定する重要なパラメーターと、一般的には、水分の減少は強度の増加になります。不均一収縮やねじれ、弓、カップ、クルックなど歪みの乾燥に伴う体積変化があります。

木は高分子材料である、それはクリープしやすいもまたは、連続粘性のような変形に、一定の負荷の下で。負荷をリリースすると、変形のほとんどが復元されます。その結果、木材は一般的に読み込みの期間が短い場合に高いストレスをサポートできます。これらすべての要因は、日常の設計複雑すぎるために使用になる、ので次を用いて構造用: 究極の欠陥のない強度の統計的解析, 含水率の修正の多くの種の値し、耐力比ベース強度低減を補正するため木材の等級に影響します。

ほとんどの森の与えられるプロパティは、参照しやすいように表形式で発行されます。これらのプロパティ: 許容曲げ応力度、粒に平行に緊張、横ずれ、穀物に垂直に圧縮、粒に平行に圧縮弾性率。木の種の基本的な方向に固有のプロパティ、に加えてそれは明らかにすべてではない木材が負荷の下で同じ方法を動作するはずです。

今では木材の物理的性質と木材検査の原理を理解すると、いくつかのテストを実行するこれら使いましょう。

開始する前に、3 種類の木を比較するを選択します。各品種の 3.5 インチの公称サイズに 2 つの圧縮キューブ標本を作製します。キューブが無料、欠陥、その反対の表面が平行を確認します。木目に垂直荷重でテスト用穀物荷重平行テストの各品種からの 1 つの検体と検体残をマークします。

キャリパーを使用して各試験片の荷重の方向の高さを測定します。おおよその平均値を決定するいくつかの場所で測定を繰り返します。終了したら、同じ手順を使用して、各試験片の断面寸法を決定します。

普遍的なゼウスのビデオに関する材料定数に示すように試験機を設定します。その後、慎重にセンター圧縮プラテン上正しい向きで標本。わずかな負荷が適用されるまで、クロスヘッドを下げるし、細かいコントロールを使用して、できるだけ 0 に近い負荷をにバックアップします。

1 秒あたり 40 psi の読み込み速度で荷重を適用します。圧縮テストは、負荷が増えると標本で重要な目に見える歪み数分間続ける可能性があります。明白な最大負荷に達するまで継続するテストを許可します。

テストを完了すると、最大荷重を記録し、残りの標本の手順を繰り返します。

別の圧縮試験および、この時間を実行、試料の粒度に垂直な荷重を適用します。木の他の品種の手順を繰り返します。

同じの 3 つの木製の品種を使用していくつかのドッグボーン標本を準備します。長い寸法に平行の穀物と標本の 1 つのセットと長い寸法に垂直の粒と 2 番目のセットを準備します。

鋼の応力-ひずみ特性に関するビデオ、ゼウスに示すようにすべての六つの試験片で引張試験を実行します。

2 × 4 約 24 インチを取得各木材の品種の長い。万能試験機に 4 点曲げ試験装置をインストールします。装置が準備ができて、テスト マシンを起動します。負荷とクロスヘッド値を記録するテストの設定を調整し、最大荷重をキャプチャします。装置で標本をインストールおよび装置だけを作り始めるまで、上部のクロスヘッドをドロップ木製ビームと接触。

梁骨折まで毎分 2,000 ポンドのレートで荷重を適用します。テストが完了したら、破壊荷重を記録し、残りの標本のテストを繰り返します。

圧縮、引張、曲げ試験の結果を要約するのにテーブルを使用します。次に、各列の最大値にデータを正規化し、新しいテーブルを作成します。

今、あなたの結果を見てを取る。カシは最強の木材で示すように一貫してすべての結果で、スプルースと南部の松が続きます。2 つの最も重要なプロパティの曲げ強度と圧縮、木目に平行、トウヒと思われる約約 87% と、南部松約 78%、樫の木のように強い。それらの最低価格は非常に効率の高い選択肢差南松、森の中の非常に大きい価格を与えられました。

木テストは構造工学製品の安全性と国際基準の遵守を確保するために日常的に使用中に応力を処理する最終的な設計の機能を評価するために非常に重要です。

4 点曲げ試験、その 3 番目のポイントは、一定の瞬間とゼロのせん断中心部の結果で 2 つの等しいポイント荷重単純支持はりがロードされます。このテストは、木材の構造要素は、主に曲げ応力によって読み込まれて床システムにとって重要です。

最近まで、木製の構造はアパートや小規模の事務所ビルで 3 つまたは 4 つのストーリーに限られていた。8 つ以上のストーリーを達することができる構造システムの開発クロス集成材の開発をもたらしました。中ずっと背が高い建物は、20 階の順には、まだ開発中です。

ゼウスの木テスト入門を見てきただけ。今、木材、および引張、圧縮を実行する方法の工学的特性を理解しておくべき、木材試験片の曲げ実験します。

見てくれてありがとう!

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

To watch full video, login or sign up!
If your institution is subscribed to the
Structural Engineering
section, you can access that content off-site by login or signing up with your institutional email.
Sign In with Shibboleth

or

We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

RECOMMEND JoVE