全 文 ：第 4卷 第 2期
15 9 8年 7月
竹 . 子 研 ;究 汇 刊
J O U RN A LO F BAM O BO R S E EAR C H
V o l
.
4, N o
.
J u l y
, 1 3 8 5
山 东 淡 竹 ( P h y ll o s t a C h y s g l a u C a )
竹 材 力 学 性 质 的 研 究
卢秀新 王克庆 尹祥晨 刘静
(山东泰安地区林科所 )
何 泊 勋
(山东矿业学 院 )
考虑到竹材的物理力学性质是竹材的重要质量指标 , 是更新采伐的科学
依据 。 我们于一九八三年十二月至一九八四年六月 , 对本省重点淡竹分布区
不同自然条件和立地条件的泰安大津口 、 泰山林场三岔分场 、 罗汉崖试验林
场和日照县大花崖四处竹林中 , 采集了 54 株标准竹 , ` 进行了淡竹的生材含水
率 、 基本密度 、 纤维纵向抗压 、 抗拉 、 抗弯强度 的试验 。 现将结果 综 述 如
下。
一 试材的选伐
山东地处北纬 3 4 “ 一 38 “ , 淡竹林的自然条件差异较大 , 鲁东南沿海气候
湿润 , 以 日照为例 , 全年降雨量 9 4 6 . 4毫米 , 年平均温度 12 . 5℃ , 生长 季 节
(4 一 7日 )平均温差 6 . 3℃ ; 鲁中山区以泰安为例 , 全年降雨量 7 2 5 . 7毫米 , 年
平均温度 12 . 8℃ , 生长季节 ( 4 一 7 月 )温差 1 1 . 4℃ 。 经过踏查我们选定了日
照县大花崖 ; 泰安市三岔 、 罗汉崖 、 大津口等竹林做为采集点 , 确定了标准
地 , 进行分龄级及单株林分调查 , 各林分选出 1 一 7 年生的标准竹各两株 。
砍伐时 , 砍口部位为接近地面的第一须根处。 为保证试材在竹秆上相对一致
的位置 , 选取了自基部砍 口向上 1 . 3米一 3 . 3米处作为试材。
在野外采集样竹时 , 每试材在 1 . 3米以下取长约 3 厘米 , 宽 2 厘米 , 厚为
竹壁厚的试件 , 立即称其生材重 、 编号 , 带回室内烘干 , 计算样竹的含水量 。
本文承蒙安徽农学院柯病凡教授 、 山东师范大学卞文轩副教授的亲 自指导 , 山东矿业学院力
学教研室 、 南京林学院的具体帮助 , 在此 , 特表 谢忱 。
参加本课题研究工作 的还有日照县林业局张天卯 、 刘德珍 、 王令东等同志 。
2期 卢秀新等 : 山东淡竹竹材力学性质的研究
具体方法 , 把试样置于烘箱内烘 2 一 3 小时 , 温度控制在 40 一50 ℃ , 然后将
温度升到 1璐℃ 土 2℃ , 直到恒重 , 准确度2 % 。
二 试件规格
每段试材自基部向上截锯的顺序为 , 基本密度试件 , 纤维纵向抗压试件 ,
抗拉试件及抗弯试件。
试件规格
基本密度及抗压试件 : Z o x Z o x t ( 毫米 )
纤维纵向抗拉试件 : 1 0 x 2 5 0 x t ( 毫米 )中间等截面部分为 1 . 5士 0 . 10 毫
米 x t ( 毫米 ) 。
静力抗弯试件为 2 0 0 x 5 x t ( 毫米 ) 。
表 1 四个试点试件教和侧定次数
测 定 项 目
试 件 数
岔
!…大 津 大 花 崖 罗 汉 崖 } 次 数 { 次 数ōb,1,白叮`6口nUōJ产RùOU口8基 本 密 度顺 纹 抗 压顺 纹 抗 拉静 力 弯 曲合 计 2 1 02 1 82 1 32 2 586 6 1 7 91 9 91 591 927 2 9 54 86 9 847 86 9 42 1刁名口ǐ一了n石b声任ùJnUnJ内乃乙几乃`勺山O,éOnùōh力户曰怪J从左ù月,勺口n乙2勺J,一
11爪l…
匕
10 0 竹 子 研 究 汇 刊 4 卷
三 试验方法及结果
( 一 ) 生材含水率洲定
代入公式 :
W `% , 一气仇 X ` O“
式中 : G Q 野外生材试样重 (克 )。
G Q 烘干后试样重 (克 )。
计算结果列表 2
表 2 生材含水率 ( w )测定结果
单位 : %
龄 … 三 , } * 津 口 … * 二 崖 …罗三 岔 大 津 口 大 花 崖
9 5
。
6 6 8 8
。
5 8 9 5
。
53
87
。
3 9 8 6
.
8 5 9 1
.
9 6
7 9
。
0 2 8 4
。
9 7 80
。
2 6
7 7
。
4 6 8 4
。
7 3 7 9
。
4 5
7 7
。
2 1 8 1
。
5 4 7 0
。
6 7
7 3
。
2 1 80
。
9 6 6 7
。
87
6 6
。
9 3 7 1
。
7 7 6 6
。
5 2
1 2 1
。
22
1 0 5
。
25
9 9
。
1 1
76
.
18
7 4
。
0 2
70
.
40
(二 ) 基本密度试验
本测试步骤是将合格试件泡入清水中二周时间 , 待试件达到最大饱和点
时 , 取出 , 用千分之一天秤称试件在水内外重量 (精确度不超过士 0 . 0 2 ) , 然
后 , 将试件装入称量瓶中置于 1 03 ℃ 士 1℃烘箱中烘干 , 直到恒重 。
将称得的重量代入公式 :
_ W
E
W 外 一 W内
X d
式中 : D : 基本密度 , ` :d 水的比重 , W外 、 W 内: 试件水内 、 外重量 。
得出各试点基本密度 , 见表 3 。
计算方法 : 淡竹系非均质材料 , 且 由于试验中各种因素影响 , 试验值要
进行统计处理 。 因此 , 我们首先按照各试点 、 各龄级的竹材 , 分别技 T ho m p s on
法进行舍弃检验 , 算出它们的均值 , 然后 , 就各试点 , 分别按不同的测定项
目 , 采用回归分析 , 建立回归多项式 , 利用最小二乘法原理 , 算出最佳材质
年限 , 现将结果分别计算如下 :
三 岔 : a D = 0 。 4 8 4 9 + 0 . 0 9 3 4 x 一 0 . 0 0 9 4x 2
2 期 卢秀新等: 山东淡竹竹材力学性质的研究 1 01
表 3 各个测试点基本密度( D) 洲定结果
单位: 克 /立方厘米
竹 。令 …三 岔 …大 津 二 大 花 崖 …罗 “ 崖-
… 。 · 5 ” 3 … ” · 5 5 6. … ” · 5 5 ` 1 。 · 5 ` ,“
{
“ · 6 0 4 … 。 · 5 4 3 」 ” · 5 8 0 … “ · 5 8 7
3 1 。 · 6 0 6 … ” · 6 9 6 } 。 · 6 5 6 … ” · 6 2 ,一 。 ` 6 , 3 } 。 · ` 5 2 一 “ · 6 6 6 一 “ · 7 3”一 。 · ` 6 8 } 。 · 6 5 6 一 ” · ` z竺 … “ · 了3 5
{ “
·
6 6 3
}
” · ` 5` … ” · 6在了 …
~ 一一止一一 {… 二 一 , . L .竺·旦竺是… _ 二 _ L .}」 二 L . . … …里二竺竺. .… 』…二_ . . . .……竺·竺那 .… {… _ . . …… J ` . 、 . … _ , …
S = 土 0 . 0 4 6 , x m a二 = 4 . 9 9 ( 年 )
大津口 : a D = 0 . 4 4 6 7 + 0 。 I O6 1 x 一 0 . 0 1 1 2x 2
S = 士 0 . 0 6 6 1 , x 二 a 二 = 4 . 7 ( 年 )
大花崖 : a D = 0 . 4 7 5 2 + 0 。 0 7 7 2x 一 0 . 0 0 7 0x 么
S = 士 0 . 0 3 48 , ` a 二 = 5 . 5 (年 )
罗汉崖 : o D = 0 . 5 0 4 7 + 0 . 1 1 9 1x 一 0 . 0 1 2 1 x 2
S = 士 0 . 0 4 8 9 , x 二 a , = 4 . 9 1 (年 )
(三 ) 强度试验
纤维纵向压缩强度试验 , 是在国产五吨拉力试验机 (附有倒向器的 )进行
的 ; 纤维纵向拉伸强度试验 , 是在国产一吨拉力试验机上进行的 ; 弯曲强度
试验 , 是在专门设计制造的三点弯曲试验器上进行的 。 弯曲试验时 , 使竹黄
部受压 。 各项试验数据按表 4 格式记录 。
表 4 竹 材 力 学 强 度 测 试 记 录
试验来源 :
试验项 目:
,
~
``目 口 . r , ` 勺 . ~ .
~
, , . . 曰甩 r ,勺 二 司曰 宁 . , r , 哥 , 部 , 相 r , 口 里州~
. 曰咭二 门 二『空
」 l
试件编号 度 b
(毫米 )
厚 度
( 毫米 )
破坏 断面积
(平方厘米 )
最大载荷 P二 .1
(千克 )
破 坏 应 力
( 千克力 / 平方厘米 )中一…
上表中所列几何尺寸 , 由精度为 0 . 02 毫米的游标卡尺测量 , 我们对每一
试件在标距范围内测量上 、 中 、 下三个断面尺寸 。 对压缩试件 , 取其最小断
面积为破坏断面积 ; 对拉伸试件 , 取实际发生拉伸断裂的截面积 ;弯曲试件 ,
则取跨中截面积 。 然后按下列各式计算破坏应力 :
1
. 纤维纵向压缩试验的破坏应力为 :
P二
a x
a 一 b
一
t
0 12竹 子 研 究 汇 刊 4卷
上式中 a为考虑弧形截面积的修正系数 。 经过验算 , 我 们 采 用 周芳纯
《竹材物理力学性质的研究》一文中所提出的经验公式 :
P ( t
= 5 ( % ) 二 1 5 8 . 5 D 2
’ “ 3 3 , 即: a 二 1 + P
式中 D 为淡竹试件的外径 。
2
. 纤维纵向拉伸试验的破坏应力为 :
P .
二 ,
O L =
-面 ~一匀 X t
静力弯曲破坏应力为 :
3
O W = 下
乙
、 几 , , L
b
。
t「
跨中受载的三点弯曲时 , 两支点间的距离。
.3L
( 四 ) 试验结果 (见表 5 、 6 、 7 、 8 ) 。
本试验统计整理方法与基本密度试验相同 , 计算结果如下 (破 坏应力单
位均采用千克力 /平方厘米 ) 。
表 5 三岔试点
一; 一一卜一 `又一蕊一汀 {一 杭’ 一 ’ 度 一! 一豁唇一 L蒙` , 一书1
!
3 0 5。
{
6 1。
{
1 4 0 7 -
“
}
3 , 30 … 了` 8 } ’ 6 0 4
“ … ” 2 0 B ! 7 07 } ` 7 7 8
4
{
“ 4 30
}
7 37 … ` 8 3 2
5 … “ 2 8 2 … 了2 0 } ` 7 0 4竺 … “ 2 2 4 … 了` 5 … ’ 6 59
_ J { 了 』
{
“ 2 20
.
!
了56 ) ` 7甲
以上其回归多项式及最佳材质竹龄 xm a二为 :
抗拉 : a: = 2 8 4 7 . 4 + Z o Z . s x 一 2 . z g x “ ,
S = 士 8 8 . 5 (千克力 /平方厘米 )
x 二。 = 4 一 6 3 (年 )
抗压 : 3丫二 5 8 8 . 4 + 5 3 . 9 x 一 4 . 7 5 x 2 ,
S = 土 36 。 8( 千克力 /平方厘米 )
几 ` 二 = 5 。 6 7 (年 )
抗弯: 言w 二 1 3 5 7 . 0 + i 6 8 . 6x 一 z 6 . 9 5 x “ 。
S二 士 10 3 . 6 (千克力 /平方厘米 )
x 二 a 二 二 4 . 9 7 (年 ) 。
2 期 卢秀新等 :山东淡竹竹材力学性质的研究 1 0 3
表 6 大津口试点
抗 拉 强 度 抗 压 强 度 抗 弯 强 度
2 32 2
2 6 5 3
2 8 4 3
3 0 2 0
2 9 3 4
2 8 2 9
2 9 7 7
4 1 2
。
1
4 9 4
。
8
5 8 1
.
3
6 75
。
1
6 73
.
5
6 4 7
。
1
fi 3 7
。
6
1 0 4 2
1 2 8 4
1 5 1 7
1 6 30
1 5 32
1返 1 7
1 48 6
以上其回归多项式及最佳材质竹龄 x 。 二 为 :
抗拉 :6 L = 1 9 5 9 . 5 + 4 2 9 . g x 一 45 . 4 x 2
S = 士 3 7. 8 (千克力/平方厘米 )
x 二 a 二 = 4 · 73 ( 年 )
抗压 :云, 二 2 6 2 . 1 + 1 5 4 x 一 1 4 . 4 6 x 2
S = 士 2 4 , 2 9 (千克力 /平方匣米 )
x am
二 = 5
·
3 3 (年 )
抗弯 : 仓, = 7 4 4 . 7 8 + 3 4 9 . 7 s x 一 3 6 . 0 4 x 2
S = 士 8 1 . 4 (千克力 /平方厘米 )
x 。 二 “ 4 · 8 5 (年 )
表 7 大花崖试点
抗 拉 强 度 抗 压 强 度 抗 弯 强 度
2 7 47
26 95
2 8 1 4
2 4 2 4
2 8 07
2 75 4
27 18
5 8 6
.
6
5 7 5
。
3
6 3 8
。
6
6 9连。 8
7 6 3
。
7
7 0 0
。
4
6 8 2
。
6
1 26 9
1 4 4 4
15 3 4
16 7 9
1 5 8 2
1 5 9 4
1 6 3 1
以上其回归多项式及最佳材质竹龄 X x m ax 为 :
抗拉 :
抗压 :
云L = 2 5 6 4 。 2 + s o x 一 9 . 9 x 2
S 二 士 48 . 6( 千克力 /平方厘米 )
x 二 a 二 = 4 . 0 4 (年 )
a
, = 4 7 6
.
9 + s 4
.
7 x 一 7 . 6 2x 2
S = 士 4 6 . 43 (千克力 /平方厘米 )
X m a ; = 5
.
5 6 (年 )
功 4 竹 子 研 究 汇 刊 4 卷
抗弯 : 云, = 1 1 0 5 . 3 + 2 0 0 x 一 1 8 . 6 x 么
s 二 土 6 3 . 2 3 (千克力 /平方厘米 )
x .az
二 二 5 . 3 8( 年 )
表 8 罗汉崖试点
强,弯一抗一
一
。.一
一一
度一强一压一抗一度一强一拉一工引刃一龄一 … 抗 拉 强 度 … 抗 压 强 度
}
2 17 9
2 6 0 7
2 7 3 3
3 2 7 4
2 7 9 3
2 8 0 4
5 6 7
。
9
6 4 2
.
0
7 1 4
。
0
8 8 0
。
0
8 6 3
.
4
7 3 9
.
0
1 0 0 9
1 3 6 3
1 5 1 3
1 9 6 8
1 9 0 0
1 7 0 0
以上其回归多项式及最佳材质竹龄 、 a : 为 :
抗拉 : 6 ; = 1 5 5 1 . 1 + 6 s 4 . 5 x 一 8 0 . 5 5 x 2
S = 士 2 5 1 . 7 (千克力 /平方厘米 )
x 。 二 二 4 . 25 (年 )
抗压 : 6 , = 3 2 9 . 1 0 + 2 25 . 6 5 x 一 2 5 . 3 5x 2
S = 士 7 O . 6( 千克力 /平方厘米 )
x 。 二 二 4 . 4 5 (年 )
抗弯 : 6 , = 4 2_ 6 . 3 7 + 6 1 3 . 0 2 x 一 6 5 . 0 4 x 2
S = 士 1 6 0 . 5 (千克力 /平方匣米 )
x ,
二 二 4 . 了1( 年 )
综上可见 , 淡竹合理砍伐竹龄 , 应控制在四年生以上为宜 。
四 不同立地条件对淡竹竹材
物理力学性质的影响
根据周芳纯 “ 竹材物理力学性质的研究” 一文中提到 : 很早以前 , 我国劳
动人民就注意到竹林立地条件和采伐季节对竹材质量的影响 。 十六 世纪末期 ,
明代张董撰《疑耀》中曾记载过 : “ 肥壤植竹 , 虽森发而其材常脆 , 以枝节易蠢
边 ” 。 “ 竹在肥地虽美 , 不如膺地之竹 , 或岩谷 自生者 。 其质坚实 , 断之如金
石 … … ” 。 通过本试验结果 , 亦可肯定上述看法是符合实际情况的 。 上述四个
试点立地条件不同 (见表九 ) , 对竹材物理力学性质的影响也不 相 同 。 (见表
十 )
2 期 卢秀新等 : 山东淡竹竹材力学性质的研究 1 0 5
. , . . . , . . , . . 甲. . . . . . , .旧口 丁议曰. . 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,一刁 .目 . . . . . r . . . .口 . . . , . . . . 目 . . 州 . 〕 宫勺 . 屿 . 目 . . .或 喊口. . . . . , . . . .州 . 曰刁一一 ` . 曰 . . 目 . .生 . ` 圈 . ~ = 宝 .一一 石. . 曰 . .卿一 ”一 . 之匀 , 巴钾. . 璐二
表 , 四 个 试 点 的 立 地 条 件
测试竹园
罗 汉 崖 山腰梯 田
, 偏南北向 , 海拔约 40 米 , 水源条件极差 , 千早年景吃水困难 , 笋期平均
相对湿度 5峨% , 有机质 5 . 0 2 % , 全氮 : o . i G6 % : 全磷 : 0 . 5 3 % 。 速钾 : c 2 . 3 p p m
三 岔 高寒深山区
, 山坳河边平地 , 东西向 , 海拔 约 8 0 米 , 水源条件较好 。 笋期平均相对
湿度 5 5 % 。 有机质 : 3 . 6 7% , 全氮 : 0 . 1 7 % , 全磷 : 0 . 2 0 5% 。 速钾 x 96 . i P P m
大 花 崖 海洋性气候
, 河滩平地 , 东西 向 , 水 源条件较好 , 园内有机井一眼。 笋期平均相对湿
度 5 9% , 有机质 : 1 . 58% ; 全氮 : 0 . 1 1% , 全磷 : 0 . 2 3% , 速钾 : 1 2 o . 3 5P Pm
大 津 口 山谷河旁平地
, 南北向 , 夜潮地 , 水源条件 良好 。 (园中有三个泉子 , 常年不枯 )笋期平
均相对湿度 62 % , 有机质 : 。 , 吐0 1% , 全氮 : 0 . 5 7% , 全磷 : 0 . 7 9% , 速钾 : 3o s . 6 p p m
表 1 0 不同立地条件对四年生以上竹材物理力学性质的影响
竹园地点 …试材平均直径…基 本 密 度 }纤维纵 向抗压强度 }纤维纵向抗拉强度 }
{ `厘米 ) ! (克 /立方厘米 )卜千克力 /平方厘米平千克力 /平方厘米i)( 静力弯曲强度千克力 /平方厘米 )
罗 汉 崖
三 岔
大 花 崖
大 津 口
0
。
7 1 7
0
.
7 0 4
0
.
6 8 0
0
。
6 7 9
82 7
。
47
7 32
。
0 0
7 10
。
3 8
6 5 8
。
3 3
2 95 7
.
0 0
3 28 9
.
0 0
2 7 7 5
.
75
2 8 9 5
.
0 0
1 85 6
.
0 0
17 44
。
5 0
16 2 1
.
5 0
15 2 9
.
7 5
由上表得知 : 竹材密度较大、 力学强度较高的是泰安罗汉崖试验林场的
竹林 , 其次是泰山林场三岔分场 、 日照县天花崖竹林 , 泰安市大津 口竹林材
质较低 。 而上述四片竹林立地条件却相反 , 以罗汉崖试验林场较差 , 这里常
年干旱 , 特旱年景水源奇缺 ; 大津口竹园地处河边 , 常年可以得到水分沐浴 ,
且该园有机质 、 全氮 、 磷 、 速效钾肥均高于其它竹园 , 与南方竹林土壤相似 ,
故竹子生长速度极快 ; 而三岔分场和大花崖竹林 , 各方面条件居于罗汉崖与
大津口竹园之间 , 因此 , 其竹材的物理力学性质也属中等 。
参 考 资 料
中华人 民共和国《国家标准 》 : 木材物理力学试验方法 北京 1 9 80年
柯病凡 中国木材学 1盯 9年
柯病凡等 山 西中条 山林区主要树种生材含水率的研究 19 8 3年
安 徽农学院滁县分院林学系森林工业教研室 木材物理力学的试材采集方法 (草案 )
周芳纯 竹材力学性质 的研究 竹类研究 ( 1 5 )
周芳纯 竹材物理力学性质 的研究 南林学报 1 9 81 (幻
10 6 竹 子 研 究 汇 刊 4 卷
A S T U D Y O N T H EP H Y S IC O 一M C EH A N IC A L
P R O P ER T I ES O F C U L M 一飞V O O D O F
P H Y L I
J
O S T A C H Y S G L A U C A O F S H A N D O N G
L u X i u 一x i n W a n g K e 一q i n g Y i X i a n g 一e h e n L i o u j i n
( T a f a n F o : e s t , 夕 R e s e a 犷 e h l儿 s t f r: t e , S h a 儿d o n g )
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( S h a 犯d o n g M如 i ” 9 I n d友 s云1鲜 C o l l e g e )
月 b s t r a c t
B a s e d o n 5 4 1一 7 y e a r· 5 o ld e u lm s o f P h y l l o s t a e h y s g l a u e a s a m p l e d f一℃ m
d i f f er e n t e o n d i t i o n o f s i t e s
一
m o u n t a i n o u s r e g i o n
、
h i l l y l a n d
、
f l o o d l a n d e t e
. ,
t o b e t e s t e d f o r m o i s t u r e p e r e e n t a g e o f f r e s h e u lm
、
V o l u m e
一
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、
e o m p r e s s i v e a n d t e n s i l e s t r e n g t h p a r a l l e l
一
t o
一
th e g r a i n o f e u l m s a n d a n t i
一
b e n d
s t r e n g h t
, t h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e r e a s o n a b l e f e l l i n g
一 a g o o f P h
.
g l a u e a i n
S h a n d o n g s h o u l d b e e o n t r o l e d a b o v e f o u r y e a r s o l d
.
F r o m t h e s e e x p e r i m e n t s
,
1t m a y a l s o b e a f f i r m e d t h a t t h e q u a l i t y o f e u l m 15 a f f e e t e d b y t h e e o n d i t i o n
o f n a t u r e a n d s i t e a n d t h e l e v e l o f m a n a g em e n t: t h e r o a r e s l i g h t d i f f e r e n e e s
i n t h e s t r e n g t h o f p h
.
g l a u e a
.
In g e n e r a l
, a m o n g s a m e a g e o f p h
。
g l a u e e
,
t h e s t r e n g t h o f e u lm s 15 l o w e r i n t h e p l a n t s g r o w i n g i n b e t t e r c o n d i t i o n s
a n d o n t h e e o n t r a r y
, t h e p l a n t s g r o w i n g i n
一
w o r s e e o n d i t i o n s p o s s e s s h i g h e r
s t r e n g t h
。
I n a dd i t i o n
, a s e u lm 15 h e t e r o g e n e o u s m a t e r i a l
,
T h o m p s o n a b a n d o n m e n t
h y p o th e s i s t e s t 15 u s o d i n e a l e u l a t i o n ; C a l e u la t i n g t h ie r m e a n a n d a e e o r d i n g
t o d i f f er e n t d e t er m i n ed i t
e m s , u s i n g r e g r e s s i o n a n a l y s i s
. r e g r se s i o n p o l y n o m i a l
a n d m e t h o d o f 里, 。 t s q u a r e s , t h e a吕e f o r b e s t q u a l i t y o f e u lm s a r e o b t a i n e d .