木材建筑材料力学性能测试的顺纹抗压和抗弯强度检测规范

木材作为传统建筑材料，其力学性能直接关系到建筑结构的安全性与可靠性，顺纹抗压强度（反映木材沿纤维方向承受压力的能力）和抗弯强度（反映木材承受弯曲荷载的能力）是评估木材建筑材料质量的核心指标。为确保测试结果的准确性与可比性，国家及行业制定了严格的检测规范，涵盖试样制备、设备要求、测试步骤、结果计算等全流程，是木材用于建筑结构前必须遵循的技术准则。

试样的制备规范

试样是检测的基础，其质量直接影响结果准确性。首先，试样应来自同一树种、同一批木材，且取材部位需具有代表性——顺纹抗压试样宜取自木材的髓心与树皮之间的径向部位，抗弯试样宜取自无节子、无裂纹的通直材段。

顺纹抗压试样的标准尺寸为20mm×20mm×300mm（长×宽×高），其中长度方向需严格与木材纤维方向平行（偏差≤5°）；抗弯试样的标准尺寸为20mm×20mm×340mm（长×宽×高），截面尺寸偏差需控制在±0.5mm内，长度方向需保证纤维通直。

试样的含水率需符合标准要求——检测前应将试样置于温度20±2℃、相对湿度65±5%的环境中调节至平衡含水率（通常为12%±1%），或按实际含水率测试后进行修正；若试样含水率超出10%-14%范围，需在报告中注明并换算至标准含水率。

缺陷控制是关键：试样表面不得有贯穿裂纹、死节（节子直径超过截面1/3）、腐朽或虫蛀等缺陷；若试样上有活节，其直径需≤5mm且数量≤2个，且不得位于试样的受力中心区域（顺纹抗压试样的中部1/3长度内、抗弯试样的跨度中点区域）。

试验设备的技术要求

顺纹抗压与抗弯试验需采用万能材料试验机或压力试验机，设备量程需覆盖试样的预计最大荷载（通常为试样极限荷载的1.5-2倍），且加载精度需≤±1%。

顺纹抗压试验的上下承压板需平整、光滑，且平行度偏差≤0.02mm；承压板材质需为硬质合金钢，厚度≥20mm，以避免加载时变形。抗弯试验需配备简支梁支座与中点加载装置——支座应为滚动支座（如圆柱滚子，直径10mm），保证加载时试样沿纤维方向自由转动；加载头需为圆形（直径10mm），避免压伤试样表面。

设备需定期校准：试验机的荷载传感器每年需送计量机构校准一次，承压板的平行度每半年检查一次；加载速度控制器需每月测试一次，确保顺纹抗压加载速度稳定在0.5-1.0MPa/s（对应20×20mm试样的加载力速度为200-400N/s），抗弯加载速度稳定在1-5mm/min（对应20mm×20mm×340mm试样的应力速度为0.05-0.2MPa/s）。

顺纹抗压强度的测试流程

测试前需检查试样——确认试样尺寸、含水率、缺陷符合要求，并用游标卡尺测量试样的实际尺寸（精确至0.1mm），计算截面积A=宽度×高度。

安装试样时，需将顺纹抗压试样垂直放置于试验机上下承压板之间，确保试样的中心线与试验机加载轴线重合（偏差≤1mm）；承压板与试样之间需放置一层薄纸（厚度≤0.1mm），以避免加载时试样滑动。

加载过程需匀速——按0.5-1.0MPa/s的速度缓慢加载，直至试样出现明显的纵向裂纹（或荷载达到最大值后开始下降），记录最大荷载P（精确至10N）。加载过程中需密切观察试样变形：若试样出现侧向弯曲（挠度超过试样长度的1/1000），需立即停止试验，该试样结果无效。

试验结束后，需检查试样的破坏形态——正常破坏应为试样沿纤维方向出现多条平行裂纹，或在中部出现压缩屈服；若破坏形态为斜向劈裂（与纤维方向夹角＞30°），需分析原因（如试样纤维倾斜或加载不垂直），并重新测试。

抗弯强度的测试流程

抗弯试验采用简支梁中点加载方式，首先需调整支座间距——标准跨度L=16h（h为试样截面高度，如h=20mm时，L=320mm），支座间距偏差需≤1mm；支座与试样的接触线需与试样长度方向垂直，且接触点需位于试样的两端（距离端部10mm处）。

安装试样时，需将抗弯试样平放在支座上，确保试样的纤维方向与支座间距方向平行，截面高度方向为加载方向（即试样的“高”垂直于支座平面）；加载头需对准试样的跨度中点（偏差≤1mm），与试样接触时需缓慢下降，避免冲击。

加载过程需控制速度——按1-5mm/min的速度匀速加载，直至试样断裂，记录最大荷载P（精确至10N）；加载过程中需观察试样的变形：若试样在跨度中点处出现明显的弯曲变形（挠度≥20mm）仍未断裂，需检查试样是否存在内部缺陷（如隐裂纹），或调整加载速度重新测试。

断裂面的检查是关键：正常断裂面应垂直于试样的长度方向（即“正断”），断裂线需贯穿整个截面；若断裂面为斜向（与长度方向夹角＞45°）或出现劈裂（断裂线沿纤维方向延伸），需确认试样是否存在纤维倾斜或加载偏心，该试样结果无效。

结果计算与修正方法

顺纹抗压强度的计算公式为σ_c=P/(b×h)，其中σ_c为顺纹抗压强度（MPa），P为最大荷载（N），b为试样宽度（mm），h为试样高度（mm）；计算结果需保留一位小数。

抗弯强度的计算公式为σ_m=3PL/(2bh²)，其中σ_m为抗弯强度（MPa），L为支座间距（mm）；需注意，若试样断裂位置距离跨度中点超过L/5（如L=320mm时，超过64mm），需采用断裂位置处的实际弯矩计算（即σ_m=6Pa/(bh²)，a为断裂位置到最近支座的距离）。

含水率修正是必须步骤：当试样实际含水率W≠12%时，需按公式σ₁₂=σ_W×[1+α(W-12)]进行修正，其中σ₁₂为标准含水率（12%）下的强度，σ_W为实际含水率下的强度，α为含水率修正系数——顺纹抗压的α=0.05，抗弯的α=0.04；若W＜10%或W＞14%，需采用多项式修正公式（如σ₁₂=σ_W×(1+0.05(W-12)-0.001(W-12)²)）。

尺寸修正需根据试样实际尺寸调整：当试样截面尺寸b和h不在20mm±1mm时，顺纹抗压强度需乘以尺寸系数k₁=(20/b)⁰.¹×(20/h)⁰.¹，抗弯强度乘以k₂=(20/b)⁰.²×(20/h)⁰.²；例如，当b=25mm、h=25mm时，k₁≈0.975，k₂≈0.95，修正后结果更接近标准尺寸的性能。

试验误差的控制要点

试样的均匀性控制——同一批试验的试样需来自同一棵树或同一批原木，含水率差异需≤2%，截面尺寸偏差需≤±0.5mm，避免因试样差异导致结果离散。

加载速度的稳定性——顺纹抗压加载速度若超过1.0MPa/s，会导致试样因“脆性破坏”结果偏高；若低于0.5MPa/s，会导致试样因“蠕变”结果偏低；抗弯加载速度若超过5mm/min，会导致断裂荷载偏高，需通过设备的速度控制器严格控制。

设备的平行度与对中性——顺纹抗压试验中，若上下承压板不平行（偏差＞0.02mm），会导致试样受力不均，结果偏差可达10%以上；抗弯试验中，若加载头偏离中点（偏差＞1mm），会导致试样产生附加扭矩，结果偏高，需通过设备的定位装置（如激光对准器）确保对中。

操作人员的技能要求——安装试样时需用直角尺检查纤维方向与加载方向的平行度，用游标卡尺测量尺寸，加载时需全程观察试样变形，避免因操作失误导致结果错误；试验记录需包括试样编号、树种、含水率、尺寸、加载速度、最大荷载等信息，确保可追溯性。