影響木材靜曲性質之因素

一、木梁之形狀大小

(1) 靜曲強度

當在木梁上加以荷重，使發生彎曲力矩時，靜曲強度（σ_bb）和最大水平 剪力（τ_b）之比與l/h 之間有次式關係：

h l

b

bb 2

τ =

σ （4-1）

式（4-1）中，l 為跨距，h 為梁厚。由此式可知，l/h 愈小時，其σ_bb/τ_b值 會愈小。即木梁並非破壞於σ_bb，而是因τ_b而引起的破壞。一般因σ_bb較τ_b為 大，因此當τ_b所引起破壞，就當作為σ_bb破壞。藉式（4-2）加以計算時，則 其σ_bb值會偏小。即當l/h 變小時，木梁之τ_b會減低其σ_bb值。圖4-4 表示σ_bb和 l/h 之關係。當其 l/h≥ 20 以上時，其靜曲強度才會成一定值。

圖 4-4

l/h

（Kollmann,1967）

2 2 n=10/6~9/6、○³ 三級：含有多數節之廢材，n=9/6~8/6。

(2) 木構材之撓度 Hankinson 之式子表示：

θ

式（4-6）中，n 為常數。一般木材之 n 值是取 2。根據王松永（1974, 1975, 1983）對於台灣雲葉及鐵杉所得靜曲強度受木理傾斜角之影響，如圖 4-5、圖 4-6 以及表 4-1 所示。可以看出木理傾斜角和靜曲強度性質間的關係亦可以式

（4-6）表示。

圖 4-5 台灣雲葉之木理傾斜角（θ）與靜曲強度值（σ_bp,σ_b,E_b）之 關係

（王松永，1974、1975、1983）

圖 4-6 鐵杉材之木理傾斜角（θ）與靜曲強度值（σ_bp,σ_b,E_b）之關 係

（王松永，1974、1975、1983）

表 4-1 各木理傾斜角試材之靜曲強度的實測值與推算值

σbp （kgf/cm²） σ_b （kgf/cm²） E_b （kgf/cm²） 樹種 木理傾

斜角θ^o _{實測值 推算值 實測值 推算值 實測值 推算值} 0 516.6 516.6 756.8 756.8 74620 74620 15 325.5 318.1 566.7 556.9 52250 49670 30 210.0 197.3 284.7 308.9 24220 25960 45 134.4 141.9 191.0 188.1 8840 15710 0 567.0 567.0 974.9 974.9 93920 93920 15 483.0 494.3 872.2 853.0 82170 76710 30 321.0 299.8 485.8 452.2 51670 29790 45 121.8 174.0 148.4 226.5 8280 12200 60 96.6 116.0 116.2 137.9 5640 6750 75 84.0 91.0 91.0 103.7 3720 4850 鐵杉

90 84.0 84.0 94.1 94.1 4360 4360

（王松永，1974、1975、1983）

在針葉樹材其春材和秋材的比重有顯著的差異。當然其對外力的抵抗亦 會有不同。松材之春材彈性模數Eb約為75,000 kgf/cm²，而秋材之Eb約為 300,000 kgf/cm²時，則徑切面和弦切面之靜曲外力抵抗是應該會不相同的。

但實際上，是無明顯差異。就日本木曾產日本扁柏的徑切面彎曲（荷重為徑

（王松永，1974、1975、1983）

三、木材比重 182308 −

= _u

上式為北韓產松材，γ₀ =0.39~0.42，u =0~30%之範圍。

五、木材溫度

木材之溫度對於靜曲性質強度之影響已是眾所週知的。通常強度會隨溫 度增高而減低。Kollmann（1967）研究發現溫度對不同比重及含水率的松材 靜曲強度的影響，所得結果：

（1） 木材靜曲強度會隨溫度的增加及比重的減低而減低；

（2） 靜曲強度在 0℃以上時，會隨含水率的增加而減低；

（3） 靜曲彈性係數會隨溫度及含水率的減低，比重之增加而增大；

（4） 最大破壞變形會發生在 0℃，因此破壞荷重功亦在 0℃時會達最大。

六、蒸煮加熱處理

蒸煮材於乾燥後，其強度是否會較無處理材為小，此是極為重要的問題。

寺澤真（1974）就含水率 7~10%之古魯音（Keruing）無處理材，試驗時比重 為0.66，試體大小為 2×2×25 cm³，跨距為20 cm，進行木理平行方向之靜曲 試驗，得知隨蒸煮溫度增高，其靜曲強度會增大，但在蒸煮處理4 小時者，

是以120℃為最大後會再次下降。古魯音（Keruing）蒸煮材是收縮率會增大，

比重會增大。因此當將靜曲強度除以比重，而以比強度（σ_bb/γ ）表示時，則 蒸煮溫度或時間之影響會更顯著。蒸煮溫度是以100~120℃時對於無處理材之 增加比率為最高，其最大為1.2。

以往對於加熱和強度之關係的研究，加熱處理和強度試驗時均使含水率 在同一狀態下加以比較者，於是含水率高時，處理材之強度是較無處理材為 低（Kubinsky,1971），但當將含水率材加熱處理，其後再乾燥時，其強度是較 無處理材為高。

圖4-7 是表示木理垂直方向之靜曲彈性係數和含水率之關係。就 Apitong 蒸煮材與無處理材加以比較者，蒸煮材是在120℃以下，處理 1.5 小時者。試 體是分為生材，及蒸煮後即刻取出，製成1 cm（L）×1 cm（R）×14 cm（T）

之試體，再緩慢的邊乾燥邊選出6~8 個適當含水率之試體，再由木口面加上 荷重，以求出其變形量，從該時之斷面尺寸求出彈性係數者，其跨距為10 cm 試體之絕乾比重在無處理材為0.69，蒸煮材為 0.7 程度，兩者差異不大，比強 度之關係亦和圖4-2.4 相似。可看出隨含水率減低而引起彈性係數之上昇率在 蒸煮材是較無處理材為大，即使至低含水率為止亦不能達一致。

圖 4-7 靜曲彈性係數之變化和含水率之關係荷重木口面，Apitong 材

至一定溫度為止蒸煮乾燥後木材強度之上昇或高溫長時間蒸剪所引起強 度之減低，是可以用加熱引起木材結晶領域之增加以及纖維素等受熱所引起 崩壞現象來加以說明。含水率之減低引起蒸煮材強度之增加只考慮為收縮增 大所引起比重之增加，不如考慮為加熱所引起變化之細胞壁構造是在結合水 損失過程中，其會與無處理材表示不同舉動有關。

所以，比較強度時是依含水率或蒸煮時間以及溫度等之不同，蒸煮材和 無處理材之強度比會不同。細胞構造及化學成分不同之闊葉樹與針葉樹材，

又木理垂直方向與平行方向之加熱處理之結果是不同的。針葉樹材是較闊葉 樹材，又木理平行方向是較其垂直方向不容易受到加熱處理之影響。

七、木材的節

木材靜曲時，缺點對其強度的影響程度，是當該缺點存在於引張側時，

會較存在於壓縮側者為大。節對強度之影響亦相當大，而生節有時存在於壓

縮側反而會增大其強度。 強度之場合，A=120.7~124.0，B=7.56~8.75。又含水率為 6~12%之花旗松

（Douglas-fir）有次述之實驗式關係。

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