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木箱包装标准讲解(一)木材的许用强度
时间:2018-03-08 22:34:02 点击:

 木箱包装标准讲解(一)木材的许用强度

木材的许用强度是木包装箱设计时的重要依据。关于木材许用强度的确定,这是一个比较复杂的问题。一般资料,如《中国主要树种的木材物理力学性质》所给出的木材强度是采用没有缺陷,含水率为15%的木材,对其施加静载荷,测其强度数据的平均值,此称为试验强度、标准强度或极限强度。


但是,由于木材总是存在着这样或那样的缺陷,而且即使是同一树种,产地不同、树龄不同、取材部位不同,其强度亦不同。再考虑到木材的木节和纹理,因干燥而收缩,对于公称尺寸的实际尺寸大小,以及木箱在储运过程中所受到的冲击等因素。所以,在设计木箱时不能直接套用木材的试验强度,而必须将试验强度打个折扣,换算成许用强度或设计强度。


至于这个折扣如何打,则与木材本身的情况和使用环境条件等有关,但由于考虑的方法不同而各有差异。所以,不同的标准、设计手册等资料中有不同的计算方法。

 1. 日本包装用木箱标准对木材许用强度的规定


首先,从试验强度计算出木材的基本强度:


基本强度=试验强度×变异率×冲击载荷系数


其中:

变异率是指由于木材的不均一性、因干燥而收缩以及相对于公称尺寸的最小尺寸所产生的强度降低常数,取值3/4

冲击载荷系数是指相对于静载荷,对起吊、跌落、振动等冲击载荷的安全系数,取值1/3


因此,基本强度的计算公式如下:

           

基本强度=试验强度×3/4×1/3=试验强度×1/4


然后,木材的许用强度是从基本强度减去木材缺陷所造成的降低率而得到的强度。木材缺陷的强度降低率如表1所示。计算时只考虑降低率较大的一方。

 

 木材强度的降低率  (%)

 

        

抗拉强度

        

抗压强度

抗弯强度

径向

弦向

木节及

群生节

的大小

材宽的1/4

25

13

25

43

材宽的1/3

33

17

33

53

材宽的1/2

50

25

50

74

 

 

纹理的

倾斜度

1/20

0

0

0

0

1/15

24

0

24

24

1/10

39

26

39

39

1/8

47

34

47

47

1/6

60

44

60

60

        ① 材宽的面,在材长方向的中心附近有木节时;

        ② 木节和群生节直径的测定如图1所示;

        ③ 纹理倾斜度的测定如图2所示。

  注:上表是根据美国农业部林产试验所发表的数据。

1)许用抗弯强度的计算

在日本,包装用的木材一般是辐射松、铁杉、落叶松等,其中试验强度最低的是辐射松,其抗弯的试验强度为68.65MPa。因此,基本抗弯强度可由下式算出:

        

基本抗弯强度=68.65×1/4=17.16MPa


根据表1,降低率较大的一方是:


径向时,纹理倾斜度在1/10时为39%(日本标准规定,包装用木材纹理倾斜度≤1/10,木节的大小占材宽≤1/3);

弦向时,木节的大小占材宽1/3时为53%


所以,由基本抗弯强度求许用抗弯强度时,可由下式算出:


径向的许用抗弯强度=17.16×(1-0.39)≈10.47MPa)→10.5 MPa

弦向的许用抗弯强度=17.16×(1-0.53)≈8.07MPa)→  8.1 MPa


2)许用顺纹抗压强度的计算

辐射松顺纹抗压的试验强度为32.36 MPa。因此,基本顺纹抗压强度可由下式算出:


基本顺纹抗压强度=32.36×1/4=8.09MPa


根据表1。降低率较大的一方是纹理倾斜度为1/10时的26%,所以,由基本顺纹抗压强度求许用顺纹抗压强度时,可由下式算出:

 

许用顺纹抗压强度=8.09×(1-0.26)≈5.99MPa)→6.0 MPa


3)许用顺纹抗拉强度的计算

辐射松顺纹抗拉的试验强度为98.07 MPa。因此,基本顺纹抗拉强度可由下式算出:

         

基本顺纹抗拉强度=98.07×1/4=24.52MPa


根据表1。降低率较大的一方是纹理倾斜度为1/10时的39%,所以,由基本顺纹抗拉强度求许用顺纹抗拉强度时,可由下式算出:


许用顺纹抗拉强度=24.52×(1-0.39)≈14.95MPa)→15.0 MPa

 

 

 


2. GB50005-2003 木结构设计规范对木材许用强度的规定


GB 50005-2003对普通木结构用木材规定其树种的强度等级如表2和表3所示。

 

针叶树种木材适用的强度等级

强度等级

组别

               

TC17

A

柏木、长叶松、湿地松、粗皮落叶松

B

东北落叶松、欧洲赤松、欧洲落叶松

TC15

A

铁杉、油杉、太平洋海岸黄柏、花旗松-落叶松、西部铁杉、南方松

B

鱼鳞云杉、西南云杉、南亚松

TC13

A

油松、新疆落叶松、云南松、马尾松、扭叶松、北美落叶松、海岸松

B

红皮云杉、丽江云杉、樟子松、红松、西加云杉、俄罗斯红松、欧洲云杉、北美山地云杉、北美短叶松

TC11

A

西北云杉、新疆云杉、北美黄松、云杉--冷杉、铁-冷杉、东部铁杉、杉木

B

冷杉、速生杉木、速生马尾松、新西兰辐射松

 

阔叶树种木材适用的强度等级

强度等级

               

TB20

青冈、椆木、门格里斯木、卡普木、沉水稍克隆、绿心木、紫心木、孪叶豆、塔特布木

TB17

栎木、达荷玛木、萨佩莱木、苦油树、毛罗藤黄

TB15

锥栗(栲木)、桦木、黄梅兰蒂、梅萨瓦木、水曲柳、红劳罗木

TB13

深红梅兰蒂、浅红梅兰蒂、白梅兰蒂、巴西红厚壳木

TB11

大叶椴、小叶椴

在正常情况下,木材的强度设计值及弹性模量应按表4采用。

  

木材的强度设计值和弹性模量N/mm2

强度

等级

组别

抗弯

 

fm

顺纹抗压

及承压

fc

顺纹抗拉

 

ft

顺纹抗剪

 

fv

横纹承压fc,90

弹性

模量

E

全表面

局部表面

和齿面

拉力螺栓垫板下

TC17

A

17

16

10

1.7

2.3

3.5

4.6

10000

B

15

9.5

1.6

TC15

A

15

13

9.0

1.6

2.1

3.1

4.2

10000

B

12

9.0

1.5

TC13

A

13

12

8.5

1.5

1.9

2.9

3.8

10000

B

10

8.0

1.4

9000

TC11

A

11

10

7.5

1.4

1.8

2.7

3.6

9000

B

10

7.0

1.2

TB20

-

20

18

12

2.8

4.2

6.3

8.4

12000

TB17

-

17

16

11

2.4

3.8

5.7

7.6

11000

TB15

-

15

14

10

2.0

3.1

4.7

6.2

10000

TB13

-

13

12

9.0

1.4

2.4

3.6

4.8

8000

TB11

-

11

10

8.0

1.3

2.1

3.2

4.1

7000

注:计算木构件端部(如接头处)的拉力螺栓垫板时,木材横纹承压强度设计值应按“局部表面和齿面”一栏的数值采用

 

该标准还规定木材的强度设计值和弹性模量,在不同使用条件下尚应乘以一定的调整系数,对于不同的设计使用年限也应乘以相应的调整系数(因为建筑物的使用年限最短5年,长则25年、50年、100年及以上),此外还有一些其他的调整系数,相当复杂。ag8亚游集团木箱包装连锁是一家大型的包装企业,提供各种木箱包装定制服务,深圳东莞惠州广州珠三角自营,全国木箱包装连锁服务 ,我们提供各种出口木箱包装,真空防潮木箱包装定制化服务。


GB 50005-2003是对建筑结构的规定,木包装箱不同于建筑物,因为木包装箱与建筑物比起来,它是短期使用的。但是,它却需要承受储运过程中的冲击载荷。所以,GB 50005-2003的规定对我们来说只能作为参考用。

 

 

 

3. GB/T 7284对木材许用强度的规定


考虑到我国幅员辽阔,各地所用木材的树种、材质等较复杂,而且其强度差距相当大。如果像日本那样以我们常用树种中强度最低的树种的许用强度为基础,规定出各构件的尺寸,对于一般树种来说,势必会导致构件的尺寸过大,不利于木材强度的合理利用,也就是不利于木材的节约。


同时,又考虑到《中国主要树种的木材物理力学性质》中给出的各树种的试验强度本身就是一个平均值。即使同一树种,其实际的试验强度与该书给出的试验强度的差距亦相当大。例如红松木材的顺纹抗压强度为334kgf/cm2,变异系数为12.5%,当概率为99.7%时,其最大值按X+3V%估计为334×(1+3×125/100=459 kgf/cm2其最小值按X-3V%估计为334×(1-3×125/100=208 kgf/cm2最大值竟是最小值的2.2倍。


综合考虑上面这些因素,我们将我国包装箱常用书中的试验强度(见附录1)进行平均,再除以安全系数得许用强度。


至于这个安全系数,对我国的木材来说一般取3.5~6,考虑到包装箱在储运过程中受力的特点及我国包装用木材材质一般较差等因素,在本标准中对抗弯及顺纹抗拉强度,这个安全系数暂定为7,而对于顺纹抗压强度则定为5.5。表5就是根据这种考虑方法得出的包装用木材的试验强度的平均值和许用强度。 


包装用木材的试验强度平均值和许用强度MPa

 

抗弯强度

顺纹抗压强度

顺纹抗拉强度

试验平均值

77.82

39.02

97.23

        

11.0

7.0

14.0

 

木材受弯时,其许用强度与受力方向(即径向使用和弦向使用)是有关的。一般径向使用时的许用强度大于弦向使用时的许用强度(见前面的“1. 日本包装用木箱标准对木材许用强度的规定”)。但是,因为在实际制箱过程中往往不注意这个问题,或木材本身的一些原因,即使分开规定也没什么意义,所以在标准中不予以分别考虑,但在制箱时,对于弯曲构件还是应该尽可能采用径向使用。


本标准中各图表规定的构件尺寸都是以5的许用强度计算得出的。如果实际使用的树种的试验强度与表5的试验强度平均值相差不大,则可以直接采用本标准规定的构件尺寸。否则,可根据实际使用树种的试验强度除以本标准规定的安全系数,得其许用强度。然后,以这实际使用树种的许用强度与表5许用强度之比来调整构件的尺寸,这在本标准的相关图表下面的注中都有说明。

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