【摘要】 中欧研究揭示木材硬度与力学性能关联：采用Woodtester设备实现半破坏检测，建立40组评估模型，适用于古建木构件抗压强度评估与缺陷诊断。

木质承重构件的技术评估是古建修复与加固设计的关键步骤。现行规范要求除目测外，需采用半破坏性检测方法补充评估。本研究通过硬化试验（针压痕法）对中欧松木、云杉、冷杉等结构木材进行定量分析，填补了该领域数据空白。

 

试验设备与方法

采用意大利Novatest Woodtester硬度仪（冲击能量2.4J），配备60HRC级硬化钢针（直径2.5mm，锥角35°，长度50mm），测量精度达0.01mm。设备经>52HRC控制砧校准。针对软木特性，创新采用单次压痕（PD1）与双次压痕（PD2）两种测试方案：

  • PD1：单点单次冲击
  • PD2：同点位连续冲击两次
    通过测量钢针未压入部分的长度差值获取数据（见图1设备工作示意）。

图1 测量集

 

核心发现与数据相关性

通过200+样本测试，获得以下关键结论：

1.​密度相关性​

硬度与木材密度呈现强正相关（r=0.62-0.82）

2.力学性能关联​

抗压强度与针压痕数据显著相关（r=0.40-0.70），松木相关性最强，云杉最弱（图2示PD测试结果）：

图2 抗压强度与硬度试验PD结果的关系

3.缺陷影响机制​

含少量节疤的构件检测准确度高（r>0.6），但节疤率>15%时相关性锐减（r=0.23-0.52）

 

工程应用价值

研究建立40组功能模型，可直接用于：

  • 木构件现场无损评估
  • 古建筑承重结构安全诊断
  • 历史建筑修复方案制定
    注：实施时需结合树种特性（松木适用性最佳）及缺陷比例进行数据修正

 

参考文献：[1] Jaskowska-Lema ´nska, J.; Wałach, D. Assessment of the Technical Condition of Timber Structural Elements Using Sclerometric Tests. Materials 2023, 16, 6152. https://doi.org/10.3390/ma16186152

 

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