龙骨结构对体育木地板的冲击吸收率性能研究

摘要： 为了深入研究龙骨结构参数对体育木地板冲击性能的影响，对不同龙骨结构、材料的体育木地板进行冲击吸收率比对分析。结果表明：体育木地板的结构对冲击吸收率有显著影响，龙骨结构的差异会导致冲击吸收率的变化，冲击点位因龙骨位置影响体育木地板的冲击吸收率。实木龙骨结构的体育木地板冲击吸收率普遍优于LVL龙骨结构。单层实木龙骨和单层LVL龙骨的平均冲击吸收率分别为56.1%和54.9%，双层实木龙骨和双层LVL龙骨的平均冲击吸收率分别为55.3%和54.4%。体育木地板龙骨上的冲击点位低于无龙骨位置的冲击点位，双层龙骨体育木地板的龙骨交叉冲击点位的冲击吸收率最低，对双层龙骨结构的冲击吸收率整体结果影响较大，龙骨结构是影响体育木地板冲击吸收率的关键因素之一。

关键词： 体育木地板； 冲击吸收率； 龙骨

中图分类号： TS 66 文献标识码： A 文章编号：1001 - 9499（2024）05 - 0047 - 05

Research on Impact Absorption Rate Performance of Sports Wood Flooring with Different Beam Structures

Abstract In order to investigate the influence of the structural parameters of the dragon bone on the impact performance of sports wooden flooring， a comparative analysis of the impact absorption rates of different "dragon bone" structures and materials was conducted. The results indicate that the structure of sports wooden flooring has a significant impact on the impact absorption rate， and the differences in dragon bone structures lead to changes in the impact absorption rate. The impact absorption rate of sports wooden flooring is affected by the impact location due to the location of the dragon bone. Solid wood dragon bone structures generally have better impact absorption rates than LVL dragon bone structures. The average impact absorption rates of single-layer solid wood dragon bone and single-layer LVL dragon bone are 56.1% and 54.9%， respectively. The average impact absorption rates of double-layer solid wood dragon bone and double-layer LVL dragon bone are 55.3% and 54.4%， respectively. The impact points on the dragon bones of sports wooden flooring are lower than those at no-dragon bone locations， and the impact absorption rate at the cross-impact points on double-layer dragon bone sports wooden flooring is lowest， which has a significant impact on the overall impact absorption rate of double-layer dragon bone structures. The dragon bone structure is one of the key factors influencing the impact absorption rate of sports wooden flooring.

Key words sports wood flooring; impact absorption rate; beam structure

体育木地板作为一种功能性工程地面材料，具有独特的设计结构和广泛的应用领域。它涉及的应用材料种类繁多，制造工艺特殊，施工装配技术复杂，是一种复合型工程地面产品。主要用于高等级职业竞赛、专业训练、健身或娱乐等各种体育运动场馆或活动场所[ 1 ]。

体育木地板不仅具备了民用地板的基本特性，还需要满足更高的材料性能和功能性技术指标[ 2 ]。根据国家标准GB/T 20239《体育馆用木质地板》的规定[ 3 ]，冲击吸收率、标准垂直变形、相对垂直变形、抗滚动载荷性能和滑动摩擦系数等指标是衡量体育木地板性能的重要参数。其中，冲击吸收率是体育木地板性能评价中的核心指标，反映了体育木地板在受到冲击时的能量吸收能力，直接决定了运动员在地板上运动时的安全性。当运动员在地板上奔跑、跳跃时，地板如果能够有效地吸收这些冲击能量，就能够减少运动员身体受到的冲击，延缓运动疲劳，避免运动损伤。因此，体育木地板的冲击吸收性能越好，对运动员的保护作用就越显著[ 4 ]。

而在体育木地板的设计和构建中，龙骨作为体育木地板的支撑结构，其设计、选材和装配方式及结构参数对于整个地板系统主要性能指标具有显著影响[ 5 ]。不同的龙骨结构、布局方式、尺寸、材料类型和测试点位等因素共同决定了体育木地板在受到冲击时的响应[ 6 ]。合理的龙骨结构设计能够有效地分散和缓冲运动产生的冲击力，避免冲击力直接作用于地板表面，从而降低运动员受伤的风险[ 7 ]。

为了深入研究龙骨结构参数对体育木地板功能性能的影响，本文选取了两种不同的龙骨、材料及不同的测试点位作为变量，进行了详细的实验和研究。通过对比分析，揭示了不同龙骨结构对体育木地板冲击吸收率的影响规律，为体育地板材料、结构创新设计提供了科学的理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

实验采用单层龙骨和双层龙骨两种结构形式的体育木地板作为实验试件，每种龙骨结构材料分别选用实木和LVL。其结构由面层、载荷层、隔离层、龙骨、减震垫等组成（表1）。

1. 2 试验方法及设备

体育地板冲击吸收率评估方法分析是表征体育地板冲击吸收性能的重要指标，其定义为：使用冲击力检测仪分别对未凹陷的坚实地面（混凝土地面）和受检测面进行冲击时，测试坚实地面（混凝土地面）和受检测面反弹力（反冲击力）的变化率。按照GB/T 20239-2023《体育馆用木质地板》中体育木地板中冲击吸收率性能检测要求，体育地板冲击吸收率表达为式：

式中：Fr为体育地板冲击吸收率%；Fw为体育地板反冲击力，N；Fc为坚实地面反冲击力，N。

体育地板冲击吸收率检测原理：冲击测力系统由落锤、圆柱形螺旋弹簧（简称弹簧）、力传感器等组成。冲击力检测仪落锤自由下落冲击体育地板，由弹簧、力传感器等检测体育地板反冲击力，其中落锤下落高度为 55 mm。

1. 3 试验方案

结合实验平台尺寸，场地铺装地板规格为3 600 mm×3 600 mm。

确定体育木地板的冲击吸收率检测点的布置原则为：以实验平台上铺装的体育木地板中心作为初始检测点，根据单层龙骨与双层龙骨结构的铺装方式，对龙骨及无龙骨点位展开检测点布置。测试单层龙骨体育木地板试件共8根龙骨，龙骨宽50 mm，高度40 mm，两龙骨边缘间距350 mm。测试双层龙骨体育木地板试件以横纵交错方式叠加，单层8根龙骨，共16根龙骨，龙骨宽50 mm，高度40 mm，两龙骨边缘间距350 mm。

进行冲击吸收率实验时，体育木地板上每个测试点进行5次冲击实验，分别记录每次冲击吸收率数值并取平均值。

2 结果与分析

2. 1 不同龙骨结构对冲击吸收率的影响

实验过程中对每组试件进行了多点位多次测试，以确保数据的准确性和可靠性。通过计算平均值，可以消除个别测试结果的偶然误差，从而更准确地反映试件的整体性能。

由表2可知，实木单层龙骨冲击吸收率的最小值为53.6%，最大值为59.3%，均值为56.1%。这表明实木单层龙骨在冲击作用下具有一定的吸收能力，但不同试件之间的性能差异较大。实木单层龙骨的标准偏差为1.87，实验数据分布较为离散；LVL单层龙骨冲击吸收率最小值为52.2%，最大值为57.3%，均值为54.9%。与实木单层龙骨相比，LVL单层龙骨的冲击吸收率略低，但性能稳定性相对较好，其标准偏差为1.43，小于实木单层龙骨的标准偏差；实木双层龙骨冲击吸收率的最小值为52.1%，最大值为59.9%，均值为55.3%。与实木单层龙骨相比，实木双层龙骨在冲击吸收率方面表现相似，但性能稳定性略有提高，其标准偏差为2.14，略大于LVL单层龙骨的标准偏差；LVL双层龙骨冲击吸收率的最小值为49.9%，最大值为59.1%，均值为54.4%，与LVL单层龙骨相比，LVL双层龙骨的冲击吸收率略有降低，其标准偏差为2.13，与实木双层龙骨相近。

综上分析，可以看出实木单层龙骨和实木双层龙骨在冲击吸收率方面表现较好，但性能稳定性有待提高。而LVL单层龙骨和LVL双层龙骨虽然冲击吸收率略低，但性能稳定性相对较好。

通过对测试试件冲击吸收率的深入分析，观察到不同材料和结构的试件在冲击测试中的性能表现存在差异。单层实木和单层LVL试件的整体性能较为优异，而双层实木和双层LVL试件的性能分布则相对广泛。经过对测试试件冲击吸收率的分析得出冲击点位吸收率为49.9%～59.9%，覆盖从接近50%到接近60%的广阔区间（图1）。

在单层实木龙骨试件方面，冲击吸收率的分布呈现如下特征：在低于53%的范围内，未发现任何测试点位，这反映出单层实木试件的性能普遍优良。在53%～56%的区间内，有46个测试点位，占比相对较高。冲击吸收率超过56%的测试点位有29个，显示出单层实木试件在冲击测试中表现优异。

对于单层LVL龙骨试件，冲击吸收率的分布情况为：在低于53%的范围内，有5个测试点位，占比相对较低。在53%～56%的区间内，有46个测试点位，占比与单层实木相近。这表明单层LVL试件的性能分布相对均匀。冲击吸收率超过56%的有24个，说明单层LVL试件的性能普遍较好，与单层实木龙骨相比龙骨位置对冲击吸收率的影响存在一定差异。

双层实木龙骨试件方面，冲击吸收率小于53%的有9个测试点位，占比相对较低。在53%～56%的区间内，有35个测试点位，占比相对较高。冲击吸收率超过56%的试件有31个，表明双层实木试件的冲击性能普遍较好。

对于双层LVL龙骨试件，冲击吸收率的分布情况是：在低于53%的范围内，有18个测试点位，占比相对较高。在53%～56%的区间内，有33个测试点位，占比也相对较高。冲击吸收率超过56%的有24个，冲击性能略低于双层实木龙骨。

2. 2 龙骨位置对冲击点位的影响

为更深入了解龙骨位置与冲击点位之间的关系，结合实验数据进行详细分析，将实验数据按照不同的龙骨结构和点位进行整理。通过对比实木单层龙骨和LVL单层龙骨的实验数据，可以发现龙骨位置和冲击点位对冲击吸收率有着显著的影响。

在实木单层龙骨结构中，无龙骨点位的冲击吸收率平均值为57.5%，而龙骨点位的冲击吸收率平均值为54.5%。说明在实木单层龙骨结构中（表3），无龙骨点位的冲击吸收率相对较高。而在LVL单层龙骨结构中，无龙骨点位的冲击吸收率平均值为56.1%，龙骨点位的冲击吸收率平均值为53.5%。

通过ANOVA分析，进一步验证龙骨位置对冲击点位的影响是否显著。结果（表4）表明，在实木单层龙骨和LVL单层龙骨结构中，龙骨位置对冲击点位的影响均达到极显著水平（显著性<0.001）。

方差齐性检验结果（表5）显示，实木单层龙骨结构的方差齐性检验显著性均小于0.001，说明各组之间的方差存在显著差异。而LVL单层龙骨结构的方差齐性检验显著性大于0.05，说明各组之间的方差无显著差异。这表明实木单层龙骨结构的实验数据可能存在一定的异质性，而LVL单层龙骨结构的实验数据则相对较为稳定。

龙骨位置对冲击点位的影响显著。在不同的龙骨结构和点位下，冲击吸收率呈现出一定的差异。区别于单层龙骨结构，双层龙骨结构体育木地板冲击吸收冲击点位有所变化，结合试验数据，冲击点位包括无龙骨点位、上层龙骨点位、下层龙骨点位、上下层龙骨交叉点位。

在实木双层龙骨结构中（表6），无龙骨点位的冲击吸收率平均值为57.4%，上层龙骨点位的冲击吸收率平均值为54.5%，下层龙骨点位的冲击吸收率平均值为55.8%，而上下层龙骨交叉点位的冲击吸收率平均值为53.8%；在LVL双层龙骨结构中，无龙骨点位的冲击吸收率平均值为56.5%，上层龙骨点位的冲击吸收率平均值为52.8%，下层龙骨点位的冲击吸收率平均值为54.8%，而上下层龙骨交叉点位的冲击吸收率平均值为53.7%（表7）。

通过ANOVA分析，验证双层实木龙骨与双层LVL龙骨位置对冲击点位的影响是否显著。实验结果（表8）表明，双层实木龙骨位置与双层LVL龙骨同样对冲击点位的影响达到极显著水平（显著性<0.001）。龙骨位置的不同确实会导致冲击吸收率的显著差异。

同样对实木双层龙骨和LV双层龙骨进行了方差齐性检验。结果显示，实木双层龙骨结构的方差齐性检验显著性均小于0.001，各组之间的方差存在显著差异。而LVL双层龙骨结构的方差齐性检验显著性大于0.05，各组之间的方差无显著差异（表9）。

3 结 论

3. 1 龙骨间距350 mm、龙骨截面40 mm×50 mm时，单层实木龙骨和单层LVL龙骨的平均冲击吸收率分别为56.1%和54.9%，双层实木龙骨和双层LVL龙骨的平均冲击吸收率分别为55.3%和54.4%。实木龙骨结构的体育木地板冲击吸收率优于LVL龙骨结构。

3. 2 体育木地板结构对冲击吸收率有显著影响，龙骨结构影响冲击吸收率的区间范围，龙骨位置影响体育木地板整体冲击吸收率，体育木地板龙骨上的冲击点位低于无龙骨位置的冲击点位；双层龙骨体育木地板的龙骨交叉冲击点位的冲击吸收率最低，对双层龙骨结构冲击吸收率整体结果影响较大。

参考文献

［1］ 王宏棣， 王金林， 李春生， 等. 体育馆用木质地板［J］. 木材工业， 2008（5）： 24 - 27.

［2］ GB/T 20239-2023， 体育馆用木质地板［S］.

［3］ 王宏棣. 体育馆用木质地板结构与性能的研究［D］. 北京： 中国林业科学研究院， 2008.

［4］ 王宏棣， 周志芳， 王金林. 体育木地板龙骨结构与主要性能的回归统计关系［J］. 林业科学， 2012， 48（2）： 134 - 138.

［5］ 冯超毅. 体育地板抗冲击力理论模型构建和模拟仿真分析研究［D］. 哈尔滨： 东北林业大学， 2022.

［6］ 程序. 体育馆用木质地板结构性能研究［D］. 北京： 北京林业大学，2007.

［7］ 程序， 杨永福， 王宏棣. 龙骨对体育馆用木质地板功能指标影响的初步研究［J］. 木材加工机械， 2007（2）： 18 - 21 + 25.