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東友包裝訂制的木箱包裝標準講解(一)木材的許用強度

木材的許用強度是木包裝箱設計時的重要依據。關于木材許用強度的確定,這是一個比較復雜的問題。一般資料,如《中國主要樹種的木材物理力學性質》所給出的木材強度是采用沒有缺陷,含水率為15%的木材,對其施加靜載荷,測其強度數據的平均值,此稱為試驗強度、標準強度或極限強度。

木箱包裝標準講解(一)木材的許(xu)用強度

木(mu)(mu)材的許用強(qiang)度(du)是(shi)木(mu)(mu)包裝箱設計時的重(zhong)要依據。關于木(mu)(mu)材許用強(qiang)度(du)的確(que)定,這是(shi)一個比(bi)較復雜的問(wen)題。一般資料,如《中國主要樹種的木(mu)(mu)材物理力學性(xing)質》所給(gei)出(chu)的木(mu)(mu)材強(qiang)度(du)是(shi)采(cai)用沒有缺陷(xian),含水率為(wei)15%的木(mu)(mu)材,對其施加靜載荷,測其強(qiang)度(du)數據的平均值(zhi),此稱為(wei)試驗強(qiang)度(du)、標準強(qiang)度(du)或極限強(qiang)度(du)。

但是,由于木材總是存在著這樣或那樣的缺陷,而且即使是同一樹種,產地不同、樹齡不同、取材部位不同,其強度亦不同。再考慮到木材的木節和紋理,因干燥而收縮,對于公稱尺寸的實際尺寸大小,以及木箱(xiang)在(zai)儲運(yun)過程(cheng)中所(suo)受到的沖擊等因素。所(suo)以(yi),在(zai)設計木(mu)(mu)箱時不能直接套用木(mu)(mu)材的試驗強(qiang)度(du),而必須(xu)將試驗強(qiang)度(du)打個折扣,換算成許用強(qiang)度(du)或設計強(qiang)度(du)。

至于(yu)這(zhe)個折扣如何(he)打,則與(yu)木材本身的情況和使用環境條件等有(you)關,但由于(yu)考慮的方法不同(tong)(tong)(tong)而各(ge)有(you)差異。所以(yi),不同(tong)(tong)(tong)的標準、設計手(shou)冊等資料中有(you)不同(tong)(tong)(tong)的計算(suan)方法。

 1. 日本包(bao)裝用木(mu)箱標(biao)準對(dui)木(mu)材許用強度的(de)規定

首先,從(cong)試驗強度計算出(chu)木材的基本(ben)強度:

基本強度(du)=試驗強度(du)×變異率(lv)×沖(chong)擊載(zai)荷系數

其中:

變異率是指由于木材(cai)的(de)(de)不均(jun)一(yi)性、因干燥(zao)而收縮以(yi)及相對于公稱尺(chi)寸的(de)(de)最小尺(chi)寸所產生的(de)(de)強度(du)降(jiang)低常數,取值3/4。

沖擊(ji)(ji)載荷(he)系數是(shi)指(zhi)相對于靜載荷(he),對起(qi)吊、跌(die)落(luo)、振(zhen)動(dong)等沖擊(ji)(ji)載荷(he)的安(an)全系數,取值1/3。

因此,基本(ben)強度的計算(suan)公式(shi)如(ru)下:           

基本強度(du)=試驗強度(du)×3/4×1/3=試驗強度(du)×1/4

然后(hou),木(mu)(mu)材的(de)許用強度(du)是從基本強度(du)減去木(mu)(mu)材缺陷所(suo)造成的(de)降低率(lv)而(er)得到的(de)強度(du)。木(mu)(mu)材缺陷的(de)強度(du)降低率(lv)如表1所(suo)示。計算時(shi)只考慮降低率(lv)較大的(de)一方。

 表1 木材強度的降低率  (%)


順(shun)        紋

抗拉強度

順        紋

抗壓強度

抗彎強度

徑向

弦向

木節及

群生節

的大小

材寬的1/4

25

13

25

43①

材寬的1/3

33

17

33

53①

材寬的1/2

50

25

50

74①

 

 

紋理的

傾斜度

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 材寬的面,在(zai)材長(chang)方(fang)向的中心附近有木(mu)節時(shi);

        ② 木節和群(qun)生節直徑(jing)的測定如(ru)圖(tu)1所示;

   ;     ③ 紋理傾斜度的測定如圖(tu)2所示。

  注:上表是根據(ju)美(mei)國農業部(bu)林產試驗(yan)所發表的數據(ju)。

1)許用抗彎強(qiang)度的計算

在日(ri)本(ben),包裝用的木材一(yi)般是(shi)(shi)輻射(she)松、鐵杉、落葉(xie)松等,其中試驗強(qiang)度最低(di)的是(shi)(shi)輻射(she)松,其抗(kang)彎的試驗強(qiang)度為68.65MPa。因此,基本(ben)抗(kang)彎強(qiang)度可由下式(shi)算出:

        

基(ji)本(ben)抗彎強(qiang)度(du)=68.65×1/4=17.16(MPa)

 

根據表1,降(jiang)低率較大(da)的一方是:

 

徑向時,紋(wen)理傾斜度(du)在(zai)1/10時為39%(日本(ben)標準規定,包裝用木材紋(wen)理傾斜度(du)≤1/10,木節的大(da)小占(zhan)材寬(kuan)≤1/3);

弦向時(shi),木節的(de)大小(xiao)占材寬(kuan)1/3時(shi)為53%。

 

所以,由基(ji)本抗(kang)彎(wan)強度(du)求(qiu)許用抗(kang)彎(wan)強度(du)時,可(ke)由下(xia)式算出:

 

徑(jing)向的許用抗彎強度=17.16×(1-0.39)≈10.47(MPa)→10.5 MPa

弦向的許(xu)用抗(kang)彎強(qiang)度=17.16×(1-0.53)≈8.07(MPa)→  8.1 MPa

 

2)許用(yong)順紋(wen)抗壓強度的計算

輻射(she)松(song)順紋抗(kang)壓的(de)試驗強度(du)為32.36 MPa。因此,基本順紋抗(kang)壓強度(du)可由下(xia)式算出(chu):

 

基本順紋(wen)抗(kang)壓強度=32.36×1/4=8.09(MPa)

 

根(gen)據表1。降低率(lv)較(jiao)大的一方是紋(wen)理傾斜度(du)為(wei)1/10時(shi)的26%,所(suo)以,由基本(ben)順紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度(du)求許(xu)用(yong)順紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度(du)時(shi),可由下式算出(chu):

 

許用順(shun)紋抗(kang)壓強度(du)=8.09×(1-0.26)≈5.99(MPa)→6.0 MPa

 

3)許用順(shun)紋抗拉強(qiang)度的計(ji)算

輻射松順紋抗(kang)拉(la)的試驗強度為98.07 MPa。因(yin)此,基本順紋抗(kang)拉(la)強度可由下式(shi)算出:

         

基本(ben)順紋抗(kang)拉強(qiang)度(du)=98.07×1/4=24.52(MPa)

 

根據表(biao)1。降低率較大的一方是紋理傾斜(xie)度為1/10時的39%,所以,由基本順(shun)紋抗拉強(qiang)度求許用順(shun)紋抗拉強(qiang)度時,可由下式算出:

 

許用順(shun)紋抗拉強度=24.52×(1-0.39)≈14.95(MPa)→15.0 MPa

 

 

 

 

2. GB50005-2003 木結構設計(ji)規范對木材許用(yong)強度的規定

 

GB 50005-2003對普通木結(jie)構(gou)用(yong)木材規定其(qi)樹種的強度等級如(ru)表(biao)2和表(biao)3所(suo)示。

 

表(biao)2 針葉樹種(zhong)木材適用的強度(du)等級

強度等級

組別

適     用     樹     種

TC17

A

柏木(mu)、長葉松、濕(shi)地松、粗(cu)皮落葉松

B

東北落葉松(song)、歐(ou)洲(zhou)赤(chi)松(song)、歐(ou)洲(zhou)落葉松(song)

TC15

A

鐵(tie)杉(shan)、油(you)杉(shan)、太平洋海岸黃柏、花旗松(song)-落葉松(song)、西部鐵(tie)杉(shan)、南方松(song)

B

魚鱗云(yun)杉、西南(nan)云(yun)杉、南(nan)亞(ya)松

TC13

A

油松(song)、新疆落葉松(song)、云南松(song)、馬尾松(song)、扭葉松(song)、北美落葉松(song)、海岸松(song)

B

紅皮云(yun)(yun)杉(shan)、麗江云(yun)(yun)杉(shan)、樟子松(song)、紅松(song)、西(xi)加云(yun)(yun)杉(shan)、俄羅斯紅松(song)、歐洲(zhou)云(yun)(yun)杉(shan)、北美(mei)山地云(yun)(yun)杉(shan)、北美(mei)短葉松(song)

TC11

A

西北云(yun)(yun)(yun)杉(shan)、新疆云(yun)(yun)(yun)杉(shan)、北美黃松(song)、云(yun)(yun)(yun)杉(shan)-松(song)-冷杉(shan)、鐵(tie)-冷杉(shan)、東(dong)部鐵(tie)杉(shan)、杉(shan)木

B

冷(leng)杉(shan)、速(su)生杉(shan)木(mu)、速(su)生馬尾松、新西蘭輻(fu)射松

 

表3 闊葉(xie)樹種木材(cai)適用的(de)強度(du)等級

強度等級

適     用(yong)     樹(shu)     種(zhong)

TB20

青(qing)岡(gang)、椆(chou)木、門格里斯木、卡普木、沉水稍克隆、綠心木、紫心木、孿葉豆、塔(ta)特布(bu)木

TB17

櫟木(mu)、達(da)荷瑪木(mu)、薩(sa)佩萊木(mu)、苦油(you)樹、毛羅藤黃(huang)

TB15

錐(zhui)栗(栲木(mu))、樺木(mu)、黃梅蘭蒂、梅薩瓦木(mu)、水曲柳、紅勞羅(luo)木(mu)

TB13

深紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、淺紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、白梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、巴(ba)西紅厚殼木

TB11

大葉椴、小葉椴

在正(zheng)常情況(kuang)下,木材的強度(du)設計值及(ji)彈性模(mo)量(liang)應按表4采用。

  

表4 木材的強度設計值和彈性模(mo)量(N/mm2)

強度

等級

組別

抗彎

 

fm

順紋抗壓

及承壓

fc

順紋抗拉

 

ft

順紋抗剪

 

fv

橫紋承壓fc,90

彈性

模量

E

全表面

局部表面

和齒面

拉力螺栓墊板下

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(zhu):計算(suan)木(mu)構件(jian)端部(如接頭處)的(de)拉力螺栓墊(dian)板時(shi),木(mu)材橫紋承壓強度(du)設(she)計值應按“局部表面和齒面”一欄的(de)數值采用

 

該標(biao)準還(huan)規定(ding)木(mu)材的(de)(de)(de)強度設計(ji)值和彈性(xing)模量,在不(bu)同使用(yong)條(tiao)件下尚應(ying)(ying)乘(cheng)以一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數,對于不(bu)同的(de)(de)(de)設計(ji)使用(yong)年(nian)限也應(ying)(ying)乘(cheng)以相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數(因為建筑物的(de)(de)(de)使用(yong)年(nian)限最短5年(nian),長則25年(nian)、50年(nian)、100年(nian)及(ji)以上),此(ci)外還(huan)有(you)一(yi)些其他的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數,相(xiang)當復雜。鑫美特連鎖是一(yi)家大型的(de)(de)(de)包裝企業,提供(gong)各種(zhong)定(ding)制服(fu)務,深(shen)圳東莞(guan)惠(hui)州廣州珠三角自營,全國連鎖服(fu)務 ,我們提供(gong)各種(zhong)出(chu)口,真(zhen)空防潮定(ding)制化服(fu)務。

 

GB 50005-2003是(shi)對(dui)建筑木結構的(de)(de)規定,木包(bao)(bao)裝箱(xiang)不同于建筑物,因為(wei)木包(bao)(bao)裝箱(xiang)與(yu)建筑物比起來,它是(shi)短(duan)期使用的(de)(de)。但(dan)是(shi),它卻需要承受儲運(yun)過程(cheng)中的(de)(de)沖擊載荷。所(suo)以(yi),GB 50005-2003的(de)(de)規定對(dui)我們(men)來說只能作為(wei)參考用。

 

 

 

3. GB/T 7284對(dui)木材許用強度的規定(ding)

 

考慮到我(wo)國幅員遼闊,各地所用木材(cai)的(de)(de)樹種、材(cai)質(zhi)等較復(fu)雜,而且(qie)其強度差距相當大。如果像日本那樣以我(wo)們常(chang)用樹種中強度最低的(de)(de)樹種的(de)(de)許用強度為基礎(chu),規定出各構件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸,對(dui)于一(yi)般(ban)樹種來說(shuo),勢必(bi)會導致構件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸過大,不利于木材(cai)強度的(de)(de)合理(li)利用,也就是不利于木材(cai)的(de)(de)節約。

 

同(tong)(tong)時(shi),又考慮(lv)到《中國(guo)主要樹種(zhong)的木材(cai)物理力學(xue)性質》中給出(chu)的各樹種(zhong)的試驗強(qiang)度本身(shen)就(jiu)是一個平均值。即(ji)使同(tong)(tong)一樹種(zhong),其(qi)實際(ji)的試驗強(qiang)度與該書(shu)給出(chu)的試驗強(qiang)度的差(cha)距(ju)亦相當(dang)大。例如紅松木材(cai)的順(shun)紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度為(wei)(wei)334kgf/cm2,變異系數為(wei)(wei)12.5%,當(dang)概(gai)率為(wei)(wei)99.7%時(shi),其(qi)最大值按X+3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×(1+3×125/100)=459 kgf/cm2;其(qi)最小值按X-3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×(1-3×125/100)=208 kgf/cm2,最大值竟是最小值的2.2倍。

 

綜合考慮上面這些因素,我們將我國包裝箱常(chang)用(yong)書中的試驗強(qiang)度(du)(見附錄1)進行平均,再除(chu)以安全系數得許(xu)用(yong)強(qiang)度(du)。

 

至于(yu)(yu)這(zhe)(zhe)個(ge)安全(quan)系(xi)數,對我(wo)國的(de)(de)(de)木(mu)(mu)材(cai)來說一般(ban)取(qu)3.5~6,考(kao)慮到包(bao)(bao)裝(zhuang)箱(xiang)在儲運過程中受力的(de)(de)(de)特點及我(wo)國包(bao)(bao)裝(zhuang)用(yong)(yong)木(mu)(mu)材(cai)材(cai)質(zhi)一般(ban)較差等(deng)因素(su),在本標準中對抗彎及順紋抗拉強(qiang)度(du)(du),這(zhe)(zhe)個(ge)安全(quan)系(xi)數暫定為(wei)7,而對于(yu)(yu)順紋抗壓強(qiang)度(du)(du)則定為(wei)5.5。表(biao)5就是根據這(zhe)(zhe)種考(kao)慮方(fang)法得出的(de)(de)(de)包(bao)(bao)裝(zhuang)用(yong)(yong)木(mu)(mu)材(cai)的(de)(de)(de)試驗(yan)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)平(ping)均(jun)值和許用(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)。 

 

表5 包裝用木材的試驗強度平均值和許用強度(MPa)
 


抗彎強度

順紋抗壓強度

順紋抗拉強度

試驗平均值

77.82

39.02

97.23

許    用    值

11.0

7.0

14.0

 

木(mu)材(cai)受彎時,其許(xu)用(yong)強度(du)與(yu)受力方向(xiang)(即徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)和弦(xian)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong))是有(you)關(guan)的(de)。一般徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)時的(de)許(xu)用(yong)強度(du)大于弦(xian)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)時的(de)許(xu)用(yong)強度(du)(見前面的(de)“1. 日本包(bao)裝用(yong)木(mu)箱(xiang)標準(zhun)對木(mu)材(cai)許(xu)用(yong)強度(du)的(de)規定”)。但(dan)是,因(yin)為在(zai)實(shi)際制(zhi)箱(xiang)過程中往往不注意這個問題,或(huo)木(mu)材(cai)本身的(de)一些原因(yin),即使(shi)(shi)分開規定也沒什么(me)意義(yi),所以在(zai)標準(zhun)中不予以分別考慮,但(dan)在(zai)制(zhi)箱(xiang)時,對于彎曲構件還是應該盡可(ke)能采用(yong)徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)。

 

本標準(zhun)(zhun)中各圖(tu)表(biao)規(gui)定的(de)(de)構件(jian)尺寸都(dou)是以表(biao)5的(de)(de)許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)計(ji)算得(de)出的(de)(de)。如果實際使(shi)用的(de)(de)樹(shu)種(zhong)的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)與表(biao)5的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)平均值相差(cha)不大,則可(ke)以直接采用本標準(zhun)(zhun)規(gui)定的(de)(de)構件(jian)尺寸。否則,可(ke)根據實際使(shi)用樹(shu)種(zhong)的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)除以本標準(zhun)(zhun)規(gui)定的(de)(de)安全系數,得(de)其許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)。然后,以這(zhe)實際使(shi)用樹(shu)種(zhong)的(de)(de)許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)與表(biao)5許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)之(zhi)比(bi)來調整構件(jian)的(de)(de)尺寸,這(zhe)在本標準(zhun)(zhun)的(de)(de)相關圖(tu)表(biao)下(xia)面的(de)(de)注中都(dou)有說明(ming)。


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