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樱花动漫包裝訂製的木箱包裝標準講解(一)木材的許用強度

文章來源:東莞樱花动漫包裝有限公司人氣:發表時間:2018-08-18

 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。關於木材許用強度的確定,這是一個比較複雜的問題。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。

但是,由於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,因幹燥而收縮,對於公稱尺寸的實際尺寸大小,以及木箱在儲運過程中所受到的衝擊等因素。所以,在設計木箱時不能直接套用木材的試驗強度,而必須將試驗強度打個折扣,換算成許用強度或設計強度。

至於這個折扣如何打,則與木材本身的情況和使用環境條件等有關,但由於考慮的方法不同而各有差異。所以,不同的標準、設計手冊等資料中有不同的計算方法。

 1. 日本包裝用木箱標準對木材許用強度的規定

首先,從試驗強度計算出木材的基本強度:

基本強度=試驗強度×變異率×衝擊載荷係數

其中:

變異率是指由於木材的不均一性、因幹燥而收縮以及相對於公稱尺寸的最小尺寸所產生的強度降低常數,取值3/4。

衝擊載荷係數是指相對於靜載荷,對起吊、跌落、振動等衝擊載荷的安全係數,取值1/3。

因此,基本強度的計算公式如下:           

基本強度=試驗強度×3/4×1/3=試驗強度×1/4

然後,木材的許用強度是從基本強度減去木材缺陷所造成的降低率而得到的強度。木材缺陷的強度降低率如表1所示。計算時隻考慮降低率較大的一方。

 表1 木材強度的降低率  (%)

 

順        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 材寬的麵,在材長方向的中心附近有木節時;

        ② 木節和群生節直徑的測定如圖1所示;

        ③ 紋理傾斜度的測定如圖2所示。

  注:上表是根據美國農業部林產試驗所發表的數據。

1)許用抗彎強度的計算

在日本,包裝用的木材一般是輻射鬆、鐵杉、落葉鬆等,其中試驗強度最低的是輻射鬆,其抗彎的試驗強度為68.65MPa。因此,基本抗彎強度可由下式算出:

        

基本抗彎強度=68.65×1/4=17.16(MPa)

 

根據表1,降低率較大的一方是:

 

徑向時,紋理傾斜度在1/10時為39%(日本標準規定,包裝用木材紋理傾斜度≤1/10,木節的大小占材寬≤1/3);

弦向時,木節的大小占材寬1/3時為53%。

 

所以,由基本抗彎強度求許用抗彎強度時,可由下式算出:

 

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

弦向的許用抗彎強度=17.16×(1-0.53)≈8.07(MPa)→  8.1 MPa

 

2)許用順紋抗壓強度的計算

輻射鬆順紋抗壓的試驗強度為32.36 MPa。因此,基本順紋抗壓強度可由下式算出:

 

基本順紋抗壓強度=32.36×1/4=8.09(MPa)

 

根據表1。降低率較大的一方是紋理傾斜度為1/10時的26%,所以,由基本順紋抗壓強度求許用順紋抗壓強度時,可由下式算出:

 

許用順紋抗壓強度=8.09×(1-0.26)≈5.99(MPa)→6.0 MPa

 

3)許用順紋抗拉強度的計算

輻射鬆順紋抗拉的試驗強度為98.07 MPa。因此,基本順紋抗拉強度可由下式算出:

         

基本順紋抗拉強度=98.07×1/4=24.52(MPa)

 

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

 

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

 

 

 

 

2. GB50005-2003 木結構設計規範對木材許用強度的規定

 

GB 50005-2003對普通木結構用木材規定其樹種的強度等級如表2和表3所示。

 

表2 針葉樹種木材適用的強度等級

強度等級

組別

適     用     樹     種

TC17

A

柏木、長葉鬆、濕地鬆、粗皮落葉鬆

B

東北落葉鬆、歐洲赤鬆、歐洲落葉鬆

TC15

A

鐵杉、油杉、太平洋海岸黃柏、花旗鬆-落葉鬆、西部鐵杉、南方鬆

B

魚鱗雲杉、西南雲杉、南亞鬆

TC13

A

油鬆、新疆落葉鬆、雲南鬆、馬尾鬆、扭葉鬆、北美落葉鬆、海岸鬆

B

紅皮雲杉、麗江雲杉、樟子鬆、紅鬆、西加雲杉、俄羅斯紅鬆、歐洲雲杉、北美山地雲杉、北美短葉鬆

TC11

A

西北雲杉、新疆雲杉、北美黃鬆、雲杉-鬆-冷杉、鐵-冷杉、東部鐵杉、杉木

B

冷杉、速生杉木、速生馬尾鬆、新西蘭輻射鬆

 

表3 闊葉樹種木材適用的強度等級

強度等級

適     用     樹     種

TB20

青岡、椆木、門格裏斯木、卡普木、沉水稍克隆、綠心木、紫心木、孿葉豆、塔特布木

TB17

櫟木、達荷瑪木、薩佩萊木、苦油樹、毛羅藤黃

TB15

錐栗(栲木)、樺木、黃梅蘭蒂、梅薩瓦木、水曲柳、紅勞羅木

TB13

深紅梅蘭蒂、淺紅梅蘭蒂、白梅蘭蒂、巴西紅厚殼木

TB11

大葉椴、小葉椴

在正常情況下,木材的強度設計值及彈性模量應按表4采用。

  

表4 木材的強度設計值和彈性模量(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

全表麵

局部表麵

和齒麵

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:計算木構件端部(如接頭處)的拉力螺栓墊板時,木材橫紋承壓強度設計值應按“局部表麵和齒麵”一欄的數值采用

 

該標準還規定木材的強度設計值和彈性模量,在不同使用條件下尚應乘以一定的調整係數,對於不同的設計使用年限也應乘以相應的調整係數(因為建築物的使用年限最短5年,長則25年、50年、100年及以上),此外還有一些其他的調整係數,相當複雜。鑫美特木箱包裝連鎖是一家大型的包裝企業,提供各種木箱包裝定製服務,深圳東莞惠州廣州珠三角自營,全國木箱包裝連鎖服務 ,樱花动漫提供各種出口木箱包裝,真空防潮木箱包裝定製化服務。

 

GB 50005-2003是對建築木結構的規定,木包裝箱不同於建築物,因為木包裝箱與建築物比起來,它是短期使用的。但是,它卻需要承受儲運過程中的衝擊載荷。所以,GB 50005-2003的規定對樱花动漫來說隻能作為參考用。

 

 

 

3. GB/T 7284對木材許用強度的規定

 

考慮到我國幅員遼闊,各地所用木材的樹種、材質等較複雜,而且其強度差距相當大。如果像日本那樣以樱花动漫常用樹種中強度最低的樹種的許用強度為基礎,規定出各構件的尺寸,對於一般樹種來說,勢必會導致構件的尺寸過大,不利於木材強度的合理利用,也就是不利於木材的節約。

 

同時,又考慮到《中國主要樹種的木材物理力學性質》中給出的各樹種的試驗強度本身就是一個平均值。即使同一樹種,其實際的試驗強度與該書給出的試驗強度的差距亦相當大。例如紅鬆木材的順紋抗壓強度為334kgf/cm2,變異係數為12.5%,當概率為99.7%時,其最大值按X+3V%估計為334×(1+3×125/100)=459 kgf/cm2;其最小值按X-3V%估計為334×(1-3×125/100)=208 kgf/cm2,最大值竟是最小值的2.2倍。

 

綜合考慮上麵這些因素,樱花动漫將我國包裝箱常用書中的試驗強度(見附錄1)進行平均,再除以安全係數得許用強度。

 

至於這個安全係數,對我國的木材來說一般取3.5~6,考慮到包裝箱在儲運過程中受力的特點及我國包裝用木材材質一般較差等因素,在本標準中對抗彎及順紋抗拉強度,這個安全係數暫定為7,而對於順紋抗壓強度則定為5.5。表5就是根據這種考慮方法得出的包裝用木材的試驗強度的平均值和許用強度。 

 

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

 

木材受彎時,其許用強度與受力方向(即徑向使用和弦向使用)是有關的。一般徑向使用時的許用強度大於弦向使用時的許用強度(見前麵的“1. 日本包裝用木箱標準對木材許用強度的規定”)。但是,因為在實際製箱過程中往往不注意這個問題,或木材本身的一些原因,即使分開規定也沒什麽意義,所以在標準中不予以分別考慮,但在製箱時,對於彎曲構件還是應該盡可能采用徑向使用。

 

本標準中各圖表規定的構件尺寸都是以表5的許用強度計算得出的。如果實際使用的樹種的試驗強度與表5的試驗強度平均值相差不大,則可以直接采用本標準規定的構件尺寸。否則,可根據實際使用樹種的試驗強度除以本標準規定的安全係數,得其許用強度。然後,以這實際使用樹種的許用強度與表5許用強度之比來調整構件的尺寸,這在本標準的相關圖表下麵的注中都有說明。


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