全 文 ：浙 江 林 学 院 学 报 2004 , 21(2):130 ～ 133
Journal of Zhejiang Forestry College
文章编号:1000-5692(2004)02-0130-04
收稿日期:2004-01-06;修回日期:2004-03-09
基金项目:浙江省科学技术厅重大项目(2003C12009)
作者简介:於琼花(1962-), 女 , 浙江黄岩人 , 工程师 , 从事林业技术推广和应用研究。 E-mail:malingfei@zjfc.edu.cn
雷竹人工林竹材物理力学性质
於琼花1 , 俞友明2 , 金永明2 , 马灵飞2
(1.浙江省临安市林业局 , 浙江 临安 311300;2.浙江林学院 工程学院 , 浙江 临安 311300)
摘要:为了有效利用雷竹 Phyllostachys praecox 竹材 , 对雷竹人工林竹材物理力学性质进行
了研究。结果表明:竹龄对雷竹的物理力学性质有显著的影响;竹材的径向 、 弦向和体积干
缩系数随竹龄增加逐渐减小;基本密度 、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 4 ～ 5年生较稳定 。竹秆由下至上 , 含水率和干缩性逐渐减小;维管束密度
和基本密度逐渐增加 , 力学强度亦相应提高 。根据材性来看 , 竹材的采伐利用以 4 ～ 5年生
为合适。表 3参 10
关键词:木材学;竹材;人工林;物理性质;力学性质
中图分类号:S781 文献标识码:A
雷竹 Phyllostachys praecox 为中国特有的优良笋用竹种 , 主要分布于浙江西北部的丘陵平原 , 江
西 、上海 、 福建 、云南和贵州等南方省 (市)有引种 。国内关于雷竹高产栽培技术有较多的研究[ 1 ,2] ,
对其他竹种的材性也有一定的研究[ 3 , 4] 。随着雷竹栽培面积的不断扩大 , 综合利用雷竹资源势在必行。
本文对雷竹人工林竹材物理力学性质进行研究 , 为其有效利用提供一定的依据 。
1 材料与方法
1.1 试材采集和加工
1.1.1 试材采集 2003年 6月在浙江省临安市三口乡采集雷竹 30株 , 按竹子生长年龄 (3个月 , 1 ～
5年生), 每龄各砍 5株。竹子生长正常 , 无病虫害 , 胸径差异不大 , 平均值 4.2 cm 。标准竹齐地砍
倒后 , 从砍口向上取 3.0 m , 按其高度锯成 3等份 , 编号后运回实验室。
1.1.2 试件加工 ①试件的锯截部位:为了保证各种试件取自竹秆上相对一致的位置 , 将圆筒剖开 ,
对称取材 , 每项做6个试件 , 每一段试材自下部至上部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 。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规格:圆环 , 高 20 mm 。测定基本密度的试件规格:
5 mm×55 mm×t mm (t为竹壁厚)。测定干缩系数的试件规格:8 mm×20 mm×t mm (t 为竹壁厚)。
顺纹抗压强度的试件规格:5 mm×15 mm×t mm。测定顺纹抗拉强度的试件规格: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:5 mm×160 mm×t mm。
1.2 试验方法
胸高直径小于 50 mm , 竹壁厚度小于 4 mm的小径级竹材的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和竹材物理力学性质的相关研究进行试验[ 5 ～ 8] 。顺纹抗压强度 、 顺纹抗
拉强度和弦向抗弯强度在微机控制电子式木材万能力学试验机 (山东济南 MWD-50)上进行测定。
2 试验结果与分析
2.1 竹龄对雷竹人工林竹材物理力学性质的影响
为了使物理力学性质具有可比性 , 统一选择竹秆下部进行比较 , 实测数据按国家标准所规定的方
法进行统计整理 。雷竹人工林竹材物理力学性质的试验结果见表1和表 2。
表 1 不同年龄雷竹竹材的物理力学性质
Table 1 Physico-mechanical properties of Phyllostachys praecox wood in different ages
竹龄 项 目 基本密度/(g·cm-3)
径向干缩
系数/ %
弦向干缩
系数/ %
体积干缩
系数/ %
顺纹抗压
强度/MPa
顺纹抗拉
强度/MPa
弦向抗弯
强度/MPa
3个月
1年生
2年生
3年生
4年生
5年生
平均值 0.341 0.447 0.416 0.942 15.3 73.2 46.5
标准差 0.015 9 0.022 8 0.027 2 0.059 4 1.345 9 5.477 2 5.913 2
标准误差 0.004 6 0.006 6 0.007 9 0.017 2 0.274 7 1.505 4 1.079 6
准确指数/ % 2.672 4 2.945 7 3.779 2 3.641 5 3.593 1 4.113 0 4.643 5
平均值 0.435 0.395 0.376 0.844 24.6 104.5 66.3
标准差 0.022 2 0.016 2 0.023 1 0.043 4 2.073 6 11.403 3 7.564 9
标准误差 0.006 4 0.004 7 0.006 7 0.012 5 0.423 3 2.081 9 1.381 2
准确指数/ % 2.951 6 2.371 6 3.548 4 2.971 3 3.441 3 3.984 6 4.166 4
平均值 0.493 0.369 0.342 0.787 35.5 151.3 84.6
标准差 0.017 3 0.014 3 0.017 5 0.036 5 2.003 5 13.698 1 9.378 9
标准误差 0.005 0 0.004 1 0.005 1 0.010 6 0.409 0 2.500 9 1.712 3
准确指数/ % 2.027 6 2.240 1 2.967 8 2.682 2 2.304 1 3.305 9 4.048 1
平均值 0.522 0.357 0.334 0.779 39.7 169.8 101.2
标准差 0.016 6 0.012 0 0.013 9 0.040 6 4.898 9 8.468 8 10.856 1
标准误差 0.004 8 0.003 5 0.004 0 0.011 7 0.770 5 1.546 2 1.982 1
准确指数/ % 1.837 2 1.948 6 2.394 2 3.014 4 3.881 9 1.821 2 3.917 1
平均值 0.547 0.352 0.329 0.772 44.4 176.6 105.7
标准差 0.015 2 0.010 8 0.013 8 0.036 9 3.216 1 7.357 6 8.955 6
标准误差 0.004 4 0.003 1 0.003 9 0.010 7 0.656 5 1.343 3 1.635 1
准确指数 1.602 3 1.778 2 2.431 5 2.763 1 2.957 1 1.521 3 3.093 8
平均值 0.562 0.359 0.322 0.770 45.4 178.7 106.4
标准差 0.020 4 0.010 6 0.013 0 0.042 3 2.631 3 7.086 4 5.126 9
标准误差 0.005 9 0.003 1 0.003 8 0.012 2 0.537 1 1.293 8 0.936 1
准确指数/ % 2.098 2 1.573 3 2.338 2 3.175 6 2.366 2 1.448 0 1.759 5
竹材的物理力学性质是衡量竹材质量的重要指标 。研究竹子年龄对竹材物理力学性质的影响 , 不
仅对竹材利用有现实意义 , 而且对竹林培育和确立合理的砍伐提供理论依据。
由表 1可知 , 雷竹材基本密度 、 气干密度和力学性质随着年龄的增大而增大;而径向 、弦向和体
积干缩系数随竹龄增加逐渐减小。根据表 1的测定数据求得各项物理力学性质与竹龄的回归方程见表
2 , 且相关性极显著。
为了进一步了解竹龄对雷竹材各项物理力学性质的影响 , 对各项指标进行了方差分析 。结果表
明 , 竹龄对基本密度 、体积干缩系数 、 顺纹抗压强度 、顺纹抗拉强度 、径向抗弯强度和弦向抗弯强度
均有极显著影响 。此结果与杨云芳等人对红壳竹的研究结果相类似[ 7 , 9 ,10] 。
用 q 值检验法对 6种不同竹龄的物理力学性质进行多重比较 。结果显示:基本密并在 4年生与 5
年生之间差异不显著 , 在 3年生与 4年生以及 2年生与 3年生之间差异显著 , 其余相互之间均有极显
著差异;体积干缩系数在 3个月 、 1年生与 2年生 、 3年生 、 4年生和 5年生之间有极显著差异 , 3年
生以后相互之间差异不显著;顺纹抗压强度在2年生与3年生 、3年生与4年生以及4年生与5年生
131第 21卷第2 期 於琼花等:雷竹人工林竹材物理力学性质
表 2 各项物理力学性质随竹龄变化的回归方程
Table 2 Regression equations of physico-mechanical properties by age changing
项 目 回归方程 相关系数
基本密度 (ρy) ρy =-0.009 4x2 +0.107 9 x+0.248 5 0.992 8
体积干缩系数 (k) k =0.012 1 x2 -0.116 0 x+1.037 4 0.972 5
顺纹抗压强度 (σc) σc=-1.179 6x2 +14.384 0x+1.692 0 0.994 9
顺纹抗拉强度 (σt) σt=-5.491 1 x2 +60.175 0x+14.970 0 0.986 8
弦向抗弯强度 (σb) σb =-2.691 1x2+31.246 0 x+16.570 0 0.994 6
说明:回归方程中 x 为竹龄
之间的差异不显著 , 在 3年生与 5年
生之间顺纹抗压强度差异显著 , 其余
相互之间均有极显著差异;顺纹抗拉
强度在3年生后差异不显著 , 其余相
互之间均有极显著差异;弦向抗弯强
度在 3年生后差异不显著 , 其余相互
之间均有极显著差异 。这些都表明雷
竹竹材的各项物理力学性质在 2年生
以前有极显著差异 , 处于材质生长期
间 , 2年生以后各项性质的差异在不断减少 , 4年生与 5年生的各项性质差异不显著 , 物理力学性质
在4 ～ 5年生已趋于稳定 。因此 , 在竹林的培育中 , 雷竹的采伐竹龄在 4 ～ 5年生为宜 。
2.2 竹秆不同部位的竹材物理力学性质
选取 3年生生雷竹材 , 制作试件 。测试结果见表 3。
表 3 3年生雷竹竹秆不同部位竹材的物理力学性质
Table 3 The physico-mechanical properties of Phyllostachys praecox in various parts of the culm at age of 3 years
竹秆部位 维管束密度/(个·cm-2)
基本密度/
(g·cm-3)
含水率/
%
体积干缩
系数/ %
顺纹抗压
强度/MPa
顺纹抗拉
强度/MPa
弦向抗弯
强度/MPa
基部 256 0.524 83.6 0.779 40.1 171.6 96.2
中部 378 0.561 74.1 0.768 44.2 179.2 103.8
顶部 424 0.606 52.7 0.762 47.6 192.4 116.3
平均值 353 0.563 70.1 0.770 44.0 181.1 105.4
由表 3可知:同一竹秆不同部位竹材的物理力学性质是不同的。自竹秆基部至顶部 , 竹材体积干
缩系数和含水率逐渐减小 , 维管束密度 、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。其主要原因为同一竹秆自基部至顶部 , 维管束横断面积逐渐缩小 , 维管束密度增大 , 导管孔
径变细 , 自由水含量减少 , 密度增大 , 从而使力学性质相应提高。
3 结论
雷竹竹材的基本密度 、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
和体积干缩系数随竹龄增加而减小 。方差分析和多重比较表明 , 竹材的各项物理力学性质在 2年生以
前有极显著差异 , 2年生以后各项性质的差异在不断减小 , 4年生与 5 年生的各项性质差异不显著。
这说明人工林雷竹竹材在前 3年生处在材质增长期 , 至 4 ～ 5年生材质稳定在较高水平。可以认为在
竹林的培育中 , 雷竹竹材利用的采伐竹龄应在 4 ～ 5年生较合适 。
竹秆部位与雷竹人工林竹材物理力学性质有关。竹秆自基部至顶部 , 体积全干缩率和含水率逐渐
减少 , 维管束密度 、 基本密度和力学强度逐渐提高。
参考文献:
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Physico-mechanical properties of planted Phyllostachys praecox
YU Qiong-hua1 , YU You-ming2 , JIN Yong-ming2 , MALing-fei2
(1.Forest Enterprise of Linan City , Linan 311300 , Zhejiang , China;2.School of Engineering , Zhejiang
Forestry College , Linan 311300 , Zhejiang , China)
Abstract:Physico-mechanical properties of planted Phyllostachys praecox were studied for the effective application of
it.The results showed that age had a remarkable effect on the physico-mechanical properties.The radial shrinkage
coefficient , chord shrinkage coefficient and cubage shrinkage coefficient decreased with the increase in age while the
basic density , compression strength along grain , tensile strength along grain and bending strength increased with the
age , and became stable at the age of 4-5 years.From the bottom to the top , the moisture content and shrinkage
coefficient reduced gradually ;the vascular bundle density , basic density and mechanical strength correspondingly
increased .Judging by the properties , P.praecoxof 4-5 years old are suitable for cutting and applying.[ Ch , 3
tab.10 ref.]
Key words:wood science;bamboo wood;plantation ;physical properties;mechanical properties
我校 2004年度国家自然科学基金申请工作圆满结束
2004年 , 我校申请国家自然科学基金共 29项 , 其中:生命科学学院 14项 , 工程学院 10项 , 园
林与艺术学院 2项 , 经济管理学院 、 理学院和信息工程学院各为 1项。根据报送学部可分为生命科学
部23项 , 管理科学部 、 地球科学部各 2项 , 数理科学部 、 化学科学部各 1项。
近几年 , 通过我校广大科技人员的共同努力 , 国家自然科学基金的申请量和资助量都有明显增
加 , 如2003年共申请 21项 , 4项获资助 。
(凌申坤)
133第 21卷第2 期 於琼花等:雷竹人工林竹材物理力学性质