[發(fā)明專利]一種古建筑落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能非破損檢測方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010602090.3
• 申請(qǐng)日: 2010-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN102175769A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張厚江;朱磊;孫燕良;閆海成;王喜平;吳江;劉西瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/07
• 分類號(hào): G01N29/07;G01N3/00
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種古建筑落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能非破損檢測方法，屬于木材科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

古建筑木構(gòu)件材料力學(xué)性能包括彈性模量、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等。且彈性模量與抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度間成統(tǒng)計(jì)線性關(guān)系。北京明清木結(jié)構(gòu)古建筑的梁、柱等主要承重構(gòu)件，大部分是落葉松材。采用非破損方法，于木結(jié)構(gòu)古建筑現(xiàn)場，快速檢測出落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能，是制訂木結(jié)構(gòu)古建筑保護(hù)、修繕方案的前提和基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的木材力學(xué)性能檢測，大都是采用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)規(guī)定尺寸的木材試樣進(jìn)行加載、破壞性試驗(yàn)測得。這種方法檢測時(shí)間長、條件苛刻，是一種破壞性檢測。這種檢測方法不能滿足古建筑木構(gòu)件力學(xué)性能檢測需求。實(shí)際需要的是：在不破壞木構(gòu)件的前提下，于現(xiàn)場方便、快捷地檢測出木構(gòu)件關(guān)鍵部位材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)。

本發(fā)明利用應(yīng)力波技術(shù)和微鉆阻力技術(shù)的組合，檢測古建筑落葉松木構(gòu)件的材料力學(xué)性能。應(yīng)力波技術(shù)檢測落葉松木構(gòu)件中應(yīng)力波的傳播速度，微鉆阻力技術(shù)檢測落葉松木構(gòu)件材料密度。兩者在檢測過程中對(duì)落葉松木構(gòu)件都是非破損檢測。綜合兩者檢測結(jié)果，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地得到落葉松木構(gòu)件被檢測部位材料的彈性模量、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種古建筑落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能非破損檢測方法，以實(shí)現(xiàn)在不破壞木構(gòu)件的前提下，現(xiàn)場方便、快捷地檢測出木構(gòu)件關(guān)鍵部位材料的彈性模量、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等主要力學(xué)性能指標(biāo)。

本發(fā)明一種古建筑落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能非破損檢測方法，具體步驟如下：

(1)確定木構(gòu)件上需要力學(xué)性能檢測的部位，通常是承受應(yīng)力比較大的部位。

(2)將應(yīng)力波測量儀的兩個(gè)探針沿木構(gòu)件長度方向插入木構(gòu)件。兩探針插入點(diǎn)之間的距離為100～300mm，探針與試件長度方向夾角為45°。如果木構(gòu)件表面有外包層，則探針需要穿透外包層。用小錘敲擊發(fā)射極探針，從讀數(shù)表上讀取應(yīng)力波傳播時(shí)間。第一次敲擊的傳播時(shí)間讀數(shù)無效，從第二次開始，連續(xù)敲擊測定三次所得的應(yīng)力波傳播時(shí)間讀數(shù)的平均值作為測定結(jié)果。然后用兩探針插入點(diǎn)間距除以所述的應(yīng)力波傳播時(shí)間平均值，計(jì)算出應(yīng)力波傳播速度。

(3)將微鉆阻力儀的鉆針垂直于木構(gòu)件表面方向鉆入。微鉆阻力儀自動(dòng)記錄微鉆阻力值。

(4)根據(jù)測量得到的微鉆阻力和應(yīng)力波傳播速度，按照以下三個(gè)公式計(jì)算出材料彈性模量、抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

彈性模量：E＝0.0038Fv²+5.6

抗彎強(qiáng)度：σ_b＝0.0189Fv²+47.0

抗壓強(qiáng)度：σ_c＝0.0155Fv²+38.8

這里，E為材料彈性模量(GPa)，σ_b為抗彎強(qiáng)度(MPa)，σ_c為抗壓強(qiáng)度(MPa)，F(xiàn)為微鉆阻力(Resi)，v為應(yīng)力波傳播速度(km/s)。也就是說，在木結(jié)構(gòu)古建筑現(xiàn)場，測定到F、v，即可計(jì)算出落葉松木構(gòu)件材料的彈性模量、抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。

本發(fā)明一種古建筑落葉松木構(gòu)件材料力學(xué)性能非破損檢測方法，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于：(1)綜合應(yīng)力波和微鉆阻力兩種測量信號(hào)，測得木構(gòu)件材料力學(xué)性能；比采用單一應(yīng)力波或微鉆阻力信號(hào)，檢測準(zhǔn)確度高。(2)具有便攜性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。(3)適于古建筑現(xiàn)場檢測，非破損、快速得到被檢測部位材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)。(4)為木結(jié)構(gòu)古建筑的保護(hù)和修繕，提供可靠的數(shù)據(jù)支持。(5)本檢測方法適用其它樹種的木構(gòu)件材料力學(xué)性能檢測，只是彈性模量、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度與Fv²間計(jì)算公式，要通過預(yù)試驗(yàn)給予修正。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

對(duì)各向同性材料來講，其彈性模量與該材料的密度和應(yīng)力波在其中的傳播速度密切相關(guān)：E＝ρv²。這里，E為材料彈性模量(Pa)，ρ為材料密度(kg/m³)，v為應(yīng)力波傳播速度(m/s)。木材是各向異性材料，木材彈性模量與密度和應(yīng)力波傳播速度間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)為E＝f(ρv²)。這里f代表線性函數(shù)關(guān)系，即木材彈性模量是一個(gè)以ρv²為自變量的線性函數(shù)。在木材力學(xué)性能指標(biāo)中，抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度與彈性模量間成統(tǒng)計(jì)線性關(guān)系，所以木材抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度也是以ρv²為自變量的線性函數(shù)。