全 文 ：第 25卷　第 3期　　　　　　　　　　　　　　　　　西　南　林　学　院　学　报　　　　　　 Vol.25　No.3
　2005年 9月　　　　　　　　　　　　　　JOU RNAL OF SOUTHWEST FORESTRY COLLEGE　　　　 Sep.2005　
苦竹竹材物理力学性质的研究
俞友明1 ,方 伟2 ,林新春2 ,俞建新3 ,孙培金3 ,胡超宗2
(1.浙江林学院 木材科学与技术学院 ,浙江 临安 311300;2.浙江林学院浙江省现代森林培育技术重点实验室 ,
浙江临安 311300;3.杭州余杭区林业水利局 ,浙江杭州 311020)
摘要:测试了苦竹竹材的物理力学性质 ,用回归分析法探讨了竹龄与竹材各项物理力学性质之
间的关系 ,结果表明:竹龄对苦竹竹材的物理力学性质有显著影响;苦竹竹材的径向 、弦向 、体
积干缩系数随竹龄增加逐渐减少;其气干密度 、顺纹抗压强度 、顺纹抗拉强度和抗弯强度都随
竹龄增加而增加 ,至 3 ～ 5年较稳定.竹竿由下至上 ,含水率 、干缩性逐渐减少;气干密度逐渐
增加 ,力学强度亦相应提高.
关键词:苦竹;竹材;物理性质;力学性质
中图分类号:S781.2 ,S781.3　　文献标识码:A　　文章编号:1003-7179(2005)03-0064-04
　　苦竹(Pleioblastus amarus)为多用途复轴混生
型竹种 ,广布于江苏 、安徽 、江西和福建等丘陵山
地[ 1].其竿不仅为良好的造纸原料 ,还可制作箫 、
笙 、管 、笛等民间乐器 ,文房四宝中的笔管 、风铃等
各种竹制工艺品 ,各种果蔬花卉棚架 ,标枪 、旗杆
等各种体育运动器材.其笋营养丰富 ,尤其含糖
苷较高 ,口味独特 ,能增强食欲 ,具有清热解毒 、强
身健体之功效.竹材的物理力学性质是其重要的
材质指标 ,而搞清苦竹材质及其变异规律是其合
理高效利用的基础.目前 ,对苦竹材质变异的研
究尚未见报道.本文对苦竹竹材的物理力学性质
进行测试与分析 ,以期为有效合理利用提供科学
依据.
1 　试材的采集与加工
1.1 　试材采集
2004年 7月 ,在浙江省余杭中泰乡采集苦竹
28株 ,按竹竿生长年龄(1 ～ 5年)分别采集 , 1年生
采 6株 , 2年生采 5株 , 3年生采 6株 , 4年生采 8
株 ,5年生采 3 株.要求所采样株生长正常 ,无病
虫害 ,胸径差异不大 ,平均值4.1 cm.样株齐地砍
倒后 ,从砍口向上取4.5 m ,按其高度锯成 3等份 ,
编号后运回实验室.
1.2 　试件加工
1.2.1 　试件的锯截部位 　为了保证各种试件取
自竹竿上相对一致的位置 ,将圆筒剖开 , 对称取
材 ,每项作 4个试件 ,每一段试材从下至上按下列
顺序截取试件:维管束密度 、基本密度 、干缩系数 、
顺纹抗压强度 、顺纹抗拉强度和弦向抗弯强度.
1.2.2 　试件的规格与要求　试件端面应相互平
行 ,并与侧面垂直.测定维管束密度的试件为圆
环 ,高 20 mm.测定基本密度的试件规格为 5 mm
×25 mm×t mm(t 为竹壁厚).测定干缩系数的
试件规格为 8 mm×20 mm×t mm(t 为竹壁厚).
顺纹抗压强度的试件规格为 5 mm ×15 mm ×t
mm.测定顺纹抗拉强度的试件规格为 5 mm×160
mm×t mm ,破坏断面为 1.5 mm ×t mm.测定弦
向抗弯强度的试件规格为 5 mm ×160 mm
×t mm.
2　试验方法
胸径<50 mm 、竿壁厚度<4 mm 的小径级竹
材物理力学性质试验目前尚无统一规定 ,故参照
竹材物理力学试验方法[ 2] 、竹材物理力学性质的
有关研究进行试验[ 3 ～ 5].顺纹抗压强度 、顺纹抗拉
强度 、弦向抗弯强度在 MW-DW 微机控制电子式
木材万能力学试验机上测定.
3　结果与分析
3.1 　各竿龄竹材物理力学性质
根据测定结果计算出不同竿龄苦竹竹材的物
理力学性质均值 ,见表 1.
收稿日期:2005-05-12
　基金项目:浙江省科技厅项目(00102204)资助.
　作者简介:俞友明(1969-),男 ,浙江武义人 ,博士生 ,讲师 ,主要从事木质材料科学的学习与研究.
表 1　不同竿龄竹材物理力学性质
竿龄
(年) 指标
气干密度
/(g·cm-3)
径向干缩
系数/%
弦向干缩
系数/ %
体积干缩系
数/ %
顺纹干缩
系数/ %
顺纹抗拉
强度/Mpa
弦向抗弯强
度/Mpa
1 平均值(x i) 0.617 0.546 0.495 0.923 48.300 132.200 6.200
变异系数(v)/ % 4.508 23.154 10.827 29.568 10.656 18.270 12.006
准确指数(p)/ % 1.879 12.377 6.006 13.567 5.328 8.860 5.369
2 平均值(x i) 0.696 0.591 0.515 0.849 55.400 159.400 6.500
变异系数(v)/ % 6.622 40.257 24.837 20.419 8.212 10.090 14.220
准确指数(p)/ % 2.961 24.384 12.418 12.914 3.981 5.045 6.359
3 平均值(x i) 0.798 0.519 0.529 0.878 60.200 200.000 8.400
变异系数(v)/ % 8.882 18.951 16.242 33.427 23.546 11.301 21.450
准确指数(p)/ % 3.484 10.130 7.878 14.589 9.235 5.054 7.832
4 平均值(x i) 0.793 0.510 0.437 0.752 60.000 204.600 8.000
变异系数(v)/ % 5.771 21.203 19.017 17.832 10.191 12.438 9.865
准确指数(p)/ % 1.979 8.844 10.549 7.437 3.852 5.304 4.027
5 平均值(x i) 0.818 0.545 0.456 0.754 67.800 234.000 7.800
变异系数(v)/ % 3.900 27.306 16.771 18.711 9.794 10.371 7.563
准确指数(p)/ % 1.790 13.650 6.994 10.002 4.897 4.890 3.782
　　由表 1可知 ,苦竹竹材气干密度和力学性质
随着竿龄的增大而增大;而径向 、弦向和体积干缩
系数随竿龄增加逐渐减少.并且从 1年到 2年 、2
年到 3年期间 ,各项物理力学性质的变化幅度较
大 ,以后几年的变化幅度较小 ,3 ～ 5年趋于稳定.
3.2　竹材物理力学性质的变化趋势
研究竿龄对竹材物理力学性质的影响 , 分析
其物理力学性质变化的趋势 ,不仅对竹材的利用
有现实的指导意义 ,而且对竹林培育和确立合理
的抚育期能提供依据.通过表 1 各项测定值求各
项物理力学性质与竿龄的回归方程[ 6] :
气干密度(ρy)与竿龄(a)的关系式:
ρy= -0.015 4 a2+0.142 a+0.487 2;
(R 2=0.965)
体积干缩系数(K)与竿龄(a)的关系式:
K = -0.000 2 a2-0.042 2 a+0.960 2;
(R 2=0.817)
顺纹抗压强度(σc)与竿龄(a)的关系式:
σc= -0.257 1 a2+5.902 a+43.46;
(R 2=0.931)
顺纹抗拉强度(σt)与竿龄(a)的关系式:
σt= -2.257 1a2+38.423 a+95.6;
(R 2=0.971)
弦向抗弯强度(σb)与竿龄(a)的关系式:
σb= -0.235 7a2+1.884 3a +4.32;
(R 2=0.793)
竿龄与各项物理力学性能的关系见图 1 ～ 6.
图 1　体积干缩系数随竿龄的变化趋势 图 2　弦向 、径向干缩系数随竿龄的变化趋势
65第 3期　　　　　　　　　　　　　　　　　俞友明等:苦竹竹材物理力学性质的研究
图 3　气干密度随竿龄的变化趋势 图 4　顺纹抗压强度随竿龄的变化趋势
图 5　顺纹抗拉强度随竿龄的变化趋势 图 6　弦向抗弯强度随竿龄的变化趋势
3.2 　竹材物理力学性质的差异比较
对不同竿龄竹材的各项物理力学性质进行方
差分析 ,结果表明:竿龄对基本密度 、径向干缩系
数 、弦向干缩系数 、体积干缩系数 、顺纹抗压强度 、
顺纹抗拉强度 、径向抗弯强度 、弦向抗弯强度影响
极显著.
进一步用 q值检验法对 5种不同竿龄的竹材
物理力学性质进行多重比较.结果显示:1年与 3 ,
4 ,5年之间 , 2年与 3 , 4 ,5 年之间 , 3年与 4年之间
的气干密度有显著差异;3 , 4年与 5年之间的气干
密度差异均不显著;1年与 2 , 3 , 4 , 5年之间 ,2 年
与 3 ,4 , 5年之间 ,3 ,4年与 5年之间的顺纹抗拉强
度有显著差异;3年与 4年之间的顺纹抗拉强度无
显著差异;1年与 3 ,4 ,5年之间 ,2年与3 ,4 ,5年之
间的弦向抗弯强度有显著差异;1年与 2 年之间 ,
3 ,4 , 5年相互之间的弦向抗弯强度差异均不显著.
表明苦竹竹材的各项物理力学性质在 2年以后 ,
差异在不断减少 ,物理力学性质在 3 年以后趋向
稳定.
3.3 　竹竿部位对竹材物理力学性质的影响
选取 3年生苦竹竿材制作试件.测试结果见
表 2.
表 2　3 年生苦竹竹竿不同部位竹材物理力学性质
项　目 竹竿部位基部 中部 顶部 平均值
气干密度/(g·cm-3) 0.71 0.81 0.88 0.80
弦向干缩系数/ % 0.65 0.60 0.58 0.61
径向干缩系数/ % 0.71 0.59 0.56 0.61
体积干缩系数/ % 0.84 0.69 0.74 0.76
顺纹抗压强度/MPa 51.7 67.9 72.2 63.9
顺纹抗拉强度/MPa 182.3 222.3 211.8 205.4
弦向抗弯强度/MPa 6.5 9.2 11.1 8.9
由表2可知:同一竹竿不同部位竹材的物理力
学性质是不同的.自竹竿基部至顶部 ,苦竹竹材体
积干缩系数和含水率逐渐减少 ,基本密度 、顺纹抗
压强度 、顺纹抗拉强度及弦向抗弯强度逐渐提高.
此结果与其他人对红壳 、雷竹等竹材的研究结果
相类似[ 5 ,7 ～ 9].
66 西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 25卷
4 　结　论
苦竹竹材的基本密度 、顺纹抗压强度 、顺纹抗
拉强度和抗弯强度随竹龄增加而提高 ,径向 、弦
向 、体积干缩系数随竹龄增加而减少.经方差分
析和均值多重比较 ,竿龄对苦竹竹材的物理力学
性质影响显著.但苦竹竹材的各项物理力学性质
在2年以后 ,差异在不断减少 , 3年以后的各项性
质差异均不显著 ,物理力学性质在 3 年以后趋于
稳定 ,并稳定在较高水平;在竹林的培育中 ,苦竹
竹材作为结构用材的采伐竹龄应在 3 ～ 5年.竹竿
部位与苦竹材物理力学性质有关.竹竿自基部至
顶部 ,体积全干缩率和含水率逐渐减少 ,基本密度
和力学强度逐渐提高.
[参　考　文　献]
[ 1] 　张琼珊 ,罗龙发 ,吴宏业 ,等.苦竹是个优良的经济竹
种[ J] .竹子研究汇刊 ,1998 ,17(4):51 ～ 53.
[ 2] 　GB/T15780-1995 ,竹材物理力学性质试验方法[S].
[3] 　周芳纯.竹材物理力学性质的研究[ J] .南京林产工
业学院学报 ,1981 ,(2):5 ～ 8.
[ 4] 　马灵飞 ,项利清 ,汪贤洪.浙江省 6种丛生竹材物理
力学性质的研究[ J].竹类研究 ,1989 ,(4):25 ～ 33.
[ 5] 　杨云芳 ,俞友明 ,方 伟.红壳竹竹材物理力学性质的
研究[ J].浙江林学院学报 ,1998 ,15(2):158 ～ 163.
[ 6] 　《现代应用数学手册》编委会.概率统计与随机过程
[ M] .北京:清华大学出版社 ,2000.
[ 7] 　俞友明 ,杨云芳 ,方　伟 ,等.红壳竹人工林竹材物理
力学性质的研究[ J] .竹子研究汇刊 , 2001 , 20(4):42
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[ 8] 　林金国 ,黄宗安 ,邱晓东 ,等.石竹材材质变异规律的
研究[ J].竹子研究汇刊 ,2002 ,21(1):65 ～ 68.
[ 9] 　马灵飞 ,马乃训.毛竹材材性变异的研究[ J] .林业科
学 ,1997 ,33(4):356 ～ 364.
The Physico-mechanical Properties of Pleioblastus amarus
Bamboo Wood
YU You-ming1 , FANG Wei2 , LIN Xin-chun2 , YU Jian-xin3 ,SUN Pei-jin3 , HU Chao-zhong2
(1.Faculty of Wood Science and Technology , Zhejiang Forestry College , Lin an Zhejiang 311300 ,C hina;
2.Provincial Key Laboratory of Modern Silviculture Technology , Zhejiang Forest ry College , Lin an Zhejiang 311300 , China;
3.Forest ry &Water Conservation Bureau of Yuhang Dist rict , Hangzhou Municipalit y , Hanzhou Zhejiang 311020 , China)
Abstract:The physico-mechanical properties of Pleioblastus amarus wood were determined , and the
relationship betw een the age of bamboo plants and the physico-mechanical properties of the Pleioblastus a-
marus wood w as explored by reg ressive analyses.It w as showed by the results that the bamboo age had a re-
markable ef fect on the w ood s phy sico-mechanical properties.The radial , cho rd and volume shrinkage coef-
f icients of Pleioblastus amarus bamboo w ood decreased gradually w ith the age increment , whereas the ai r-
dried density , compression strength parallel to the g rain , tensile strength parallel to the g rain , and the bend-
ing strength increased w ith the age increment , and these indexes seemed to become relatively stable by the age
of 3 to 5 years old.It w as demonst rated that the moisture content and the desiccation shrinkage coeff icient
dropped gradually , while the air-dried density and mechanical strength increased correspondingly f rom the
bottom to the top of the bamboo wood
Key words:Pleioblastus amarus;bamboo wood;physical properties;mechanical properties
67第 3期　　　　　　　　　　　　　　　　　俞友明等:苦竹竹材物理力学性质的研究