全 文 ：　　收稿日期: 2004-01-12
基金项目:浙江省科学技术厅重大项目 ( 2003C12009)
作者简介: 俞友明 ( 1969-) ,男 ,浙江武义人 ,讲师 ,从事木
材科学与技术研究。
雷竹竹材物理力学性质变异规律的研究
俞友明1　金永明 1　於琼花 2　马灵飞 1
( 1.浙江林学院工程学院 ,浙江临安 311300; 2. 临安市林业局玲珑林业分站浙江 ,浙江临安 3113002)
摘　要　测试了雷竹材的物理力学性质 ,结果表明: 竹龄对雷竹的物理力学性质有显著的影响 ;雷竹材
的径向、弦向、体积干缩系数随竹龄增加逐渐减少 ;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 3～ 5 a较稳定。竹竿由下至上 ,含水率、干缩性逐渐减少 ;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 ,雷竹的采伐利用应以 4～ 6 a为佳。
关键词　雷竹 ;物理性质 ;力学性质
A Study on the Variation Pattern of Physical-mechanical
Properties of Phyllostachys praecox Wood
Yu Youming1　 Jin Yongming1　 Yu Qionghua2　 Ma Ling fei1
( 1. School of Engeering, Zh ejiang Fo res try College, Lin an 311300, Zh ejiang, China;
2. Ling long Fo res try Station of Lin an County, Lin an 311300, Zhejiang , China)
Abstract　 The physical-mechanical properties of Phyl lostachys praecox wood w ere
determined. The resul ts show ed that the age has a remarkable effect on the physica l-
mechanical properties. The shrinkage coefficient o f bamboo w ood decreased gradually
w ith the age; The basic densi ty , compression st reng th parallel to the g rain, and tensi le
st reng th parallel to the g rain and bending streng th increased wi th the age, and reached
relativ ely stable values at the age of 3～ 5 years. From the bot tom to the top the
moisture content and shrinkage coef ficient g radual ly reduced and the bundle densi ty ,
basic densi ty and mechanical st reng th corresponding ly increased. The optimum age of
Phyl lostachys praecox wood for cutting is 4～ 6 yea rs in terms o f thei r physical -
mechanical properties.
Key words　Phyl lostachys praecox ; Physical properties; Mechanical properties
　　雷竹 ( Phyllostachys praecox )为禾本科竹
亚科刚竹属的优良笋用竹种 ,出笋早 ,笋味鲜
美 [1 ]。 主要分布于浙江 , 江苏与安徽南部也有
少量分布。竹材的物理力学性质是其重要的材
质指标 ,而搞清雷竹材质及其变异规律是其合
理高效利用的基础。目前 , 国内关于雷竹高产
栽培技术的研究很多 [1, 2 ] ,但对雷竹材质变异的
研究尚未见报道。对雷竹的物理力学性质进行
了测试与分析 ,为雷竹的有效合理利用提供科
学依据。
1　试材的采集和加工
1. 1　试材采集
2003年 6月在浙江省临安市三口乡采集
雷竹 ( Phyl lostachys praecox ) 30株 ,按竹子生
长年龄 ( 3个月 , 1～ 5 a) ,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 3. 8
cm。标准竹齐地砍倒后 ,从砍口向上取 3 m,按
第 23卷　第 2期
2 0 0 4年 5月　　　　　　　 竹　子　研　究　汇　刊JOU RNAL OF BAMBOO RESEARCH　　　　　　　　V ol. 23, No. 2May, 2 0 0 4
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 6个试件 ,每一段试材自下而上
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
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 ,下同 )。
测定干缩系数的试件规格: 8 mm× 20 mm× t
mm。测定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。测定破坏断面为 1. 5
mm× t mm。测定弦向抗弯强度的试件规格: 5
mm× 160 mm× t mm。
2　试验方法
胸径小于 50 mm、竹壁厚度小于 4 mm小
径级竹材的物理力学性质试验目前尚无统一规
表 1　不同年龄雷竹竹材的物理力学性质
Tab. 1　 Ph ysical-mech anical properties of Phyllostachys praecox w ood of indi f feren t ag e
代号
Symbol
3个月 Th ree mon th 一年生 one year old
平均值
( x3个月 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coef ficient of
v ariation
准确指数
/% ( p)
Precise
index
平均值
( x1 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coefficient of
va riation
准确指数
/% ( p)
Precise
i ndex
1 0. 374 0. 0494 0. 0086 13. 2085 4. 6194 0. 427 0. 0380 0. 0063 8. 9067 2. 9689
2 0. 410 0. 0580 0. 0101 14. 1463 4. 9457 0. 352 0. 0367 0. 0063 10. 4261 3. 5736
3 0. 347 0. 0477 0. 0083 13. 7464 4. 7792 0. 311 0. 0338 0. 0058 10. 8682 3. 7274
4 0. 836 0. 1114 0. 0194 13. 6364 4. 6415 0. 685 0. 0711 0. 0122 10. 3795 3. 5713
5 18. 28 2. 9016 0. 4836 15. 8731 5. 2931 25. 29 3. 7058 0. 6176 14. 6525 4. 8842
6 77. 2 14. 1576 2. 3596 18. 3388 6. 1130 108. 79 16. 6747 3. 1512 15. 3279 5. 7934
7 51. 5 9. 8010 1. 6335 19. 0311 6. 3435 70. 9 11. 4878 2. 0974 16. 2028 5. 9164
代号
Symbol
二年生 Tw o years old 三年生 Th ree years old
平均值
( x2 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coef ficient of
v ariation
准确指数
/% ( p)
Precise
index
平均值
( x3 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coefficient of
va riation
准确指数
/% ( p)
Precise
i ndex
1 0. 519 0. 0242 0. 0040 4. 6615 1. 5538 0. 543 0. 0192 0. 0032 3. 5322 1. 1774
2 0. 339 0. 0300 0. 0053 8. 8496 3. 1404 0. 327 0. 0247 0. 0043 7. 5540 2. 6486
3 0. 303 0. 0287 0. 0050 9. 4719 3. 3316 0. 298 0. 0195 0. 0034 6. 5541 2. 2752
4 0. 662 0. 0661 0. 0115 9. 9849 3. 4822 0. 643 0. 0379 0. 0066 5. 8964 2. 0415
5 39. 8 3. 6724 0. 6121 9. 2225 3. 0742 44. 0 3. 6879 0. 6419 8. 3818 2. 9182
6 167. 8 16. 8229 2. 9739 10. 0247 3. 5443 173. 4 9. 5432 1. 7721 5. 5037 2. 0441
7 97. 4 8. 3552 1. 5789 8. 5754 3. 2412 105. 9 9. 6728 1. 6350 9. 1293 3. 0863
代号
Symbol
四年生 Four years old 五年生 Fiv e years old
平均值
( x4 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coef ficient of
v ariation
准确指数
/% ( p)
Precise
index
平均值
( x5 )
Average
标准差
( s)
Standard
dev iation
标准误差
( sr )
Standa rd
erro r
变异系数
/% ( v )
Coefficient of
va riation
准确指数
/% ( p)
Precise
i ndex
1 0. 557 0. 0239 0. 0040 4. 2953 1. 4318 0. 579 0. 0261 0. 0043 4. 5081 1. 5027
2 0. 320 0. 0187 0. 0033 5. 8336 2. 0782 0. 317 0. 0175 0. 0031 5. 5319 1. 9741
3 0. 287 0. 01753 0. 0031 6. 1101 2. 1351 0. 281 0. 0175 0. 0031 6. 2406 2. 2372
4 0. 625 0. 0311 0. 0055 4. 9780 1. 7631 0. 619 0. 0294 0. 0052 4. 7496 1. 6756
5 44. 269 3. 1771 0. 5295 7. 1728 1. 2668 48. 438 4. 3408 0. 7235 8. 9614 2. 9871
6 178. 3 8. 3285 1. 4077 4. 6711 1. 5791 185. 9 9. 1086 1. 5181 4. 8979 1. 6326
7 110. 1 9. 3055 1. 6989 8. 4473 3. 0845 110. 3 7. 1248 1. 1875 6. 4591 2. 1530
　　说明:代号 1为基本密度 /g· cm- 3;代号 2、 3、 4为径向、弦向、体积干缩系数 /% ;代号 5为顺纹抗压强度 /M Pa;代号 6为顺纹
抗拉强度 /M Pa;代号 7为弦向抗弯强度 /Mpa。
51　第 2期 俞友明等　雷竹竹材物理力学性质变异规律的研究 　 　
定 ,故参照竹材物理力学试验方法 [3 ]、竹材物理
力学性质的有关研究 [4, 5, 7 ]进行试验。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
定力学性质数值。
3　试验结果与分析
3. 1　竹龄对雷竹竹材物理力学性质的影响
为了使不同竹龄雷竹材物理力学性质具有
可比性 ,统一选择竹竿下部进行比较 ,根据测定
结果计算整理出不同竹龄雷竹材物理力学性质
均值 (表 1)。
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少。并且从
3个月～ 1 a、 1～ 2 a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
a趋于稳定。
进一步分析其物理力学性质变化的趋势 ,
对表 1的各项测定值求的各项物理力学性质与
竹龄的回归方程 [6 ]:
基本密度 (ρy )与竹龄 ( a)的关系式:
ρy= - 0. 008 3 a2+ 0. 278 1+ 0. 099 5 a;
体积干缩系数 ( K)与竹龄 ( a)的关系式:
K= 0. 013 3 a
2- 0. 129 8 a+ 0. 930 9;
顺纹抗压强度 (σc )与竹龄 ( a)的关系式:
σ12= - 1. 274 8 a2+ 14. 976 a+ 3. 597;
顺纹抗拉强度 (σt )与竹龄 ( a)的关系式:
σw= - 6. 007 1 a2+ 63. 696 a+ 16. 74;
弦向抗弯强度 (σb )与竹龄 ( a)的关系式:
σb 12= - 3. 55 a2+ 36. 584 a+ 16. 78;
根据以上各式 ,可以推算出竹材各项物理
力学性质极值时的竹龄 ,竹材物理力学性质极
值时竹龄的理论值见表 2。
表 2　红壳竹人工林竹材物理力学性质极值时与竹龄的理论值
Tab. 2　 Th eoretic valu es of bamboo ages in related to ex treme value of ph ysical-m ech anical propert ies of Phyl lostachys praecox
基本密度
Basic d ensi ty
体积干缩系数
Cubic sh rinkag e
coef ficien t
顺纹抗压强度
Corpres sion st rength
顺纹抗拉强度
Tensile st rength
弦向抗弯强度
Banding st reng th
竹龄 /年
Ag e/a
5. 9 4. 8 5. 8 5. 3 5. 1
　　由表 2可见:各极值点均在 4～ 6 a上 ,极
值的极差较小 ,说明雷竹竹材的各项物理力学
性质在 4～ 6 a时较为稳定 ,各项物理力学性质
指标达极值点。因此 ,在竹林培育中 ,雷竹的采
伐年龄应在 4～ 6 a。
对不同竹龄的各项物理力学性质进行方差
分析 [6 ]见表 3。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、弦向抗弯强度影响极显著。
表 3　不同竹龄雷竹竹材物理力学性质方差分析的 F值
Tab. 3　 F values of variance analysis on physical-mechanical p roperties of Phyl lostachys p raecoxin dif ferent ages
方差来源
Sou rce of
variance
基本密度
Basic d ensi ty
体积干缩系数
Cubic sh rinkag e
coef ficien t
顺纹抗压强度
Corpres sion st rength
顺纹抗拉强度
Tensile st rength
弦向抗弯强度
Banding st reng th
竹　龄 70. 66 71. 70 44. 27 44. 25 36. 51
　　注: F0. 01( 5, 12)= 5. 06
　　进一步用 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: 3个月、
1 a与 2 a、 3 a、 4 a、 5 a之间的基本密度有极显
著差异 ,其余相互之间差异均不显著 ; 3个月对
1 a、 2 a、 3 a、 4 a5 a的体积干缩系以及 1 a对
4 a、 5 a的体积干缩系数具有极显著差异 ,其余
相互之间差异均不显著 ; 3个月、 1 a与 2 a、 3 a、
4 a、 5 a之间的顺纹抗压强度有极显著差异 , 2 a
与 5 a之间的顺纹抗压强度有显著差异 ,其余
相互之间差异均不显著 ; 3个月、 1 a与 2 a、 3 a、
4 a、 5 a之间以及 2 a与 5 a的之间顺纹抗拉强
度差异有极显著差异 , 2 a与 4 a之间顺纹抗拉
52　　　 竹 子 研 究 汇 刊 第 23卷　
强度有显著差异 ,其余相互之间均无显著差异 ;
2 a后相互之间的弦向抗弯强度差异不显著 ,
2 a前相互之间的弦向抗弯强度有极显著差异。
表明雷竹竹材的各项物理力学性质在 2 a以
后 ,各项性质的差异在不断减少 , 3 a以后的各
项性质差异均不显著 ,物理力学性质在 3 a以
后趋向稳定。
3. 2　同一竹龄各株雷竹之间的变异规律
每一龄选取 3株雷竹 (同为基部 ) ,根据测
定的数值 ,对同一竹龄不同株间雷竹竹材的基
本密度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、弦向抗
弯强度进行方差分析 [6 ] (表 4) ,结果显示: 1 a
生竹材的基本密度在株与株之间有显著差异 ,
2～ 5 a生竹材的基本密度在株与株之间无显著
差异 ; 1～ 2 a生竹材的顺纹抗压强度和顺纹抗
拉强度在株与株之间有显著差异 , 3～ 5 a生竹
材的顺纹抗压强度和顺纹抗拉强度在株与株之
间有无显著差异 ; 1～ 4 a生竹材的弦向抗弯强
度在株与株之间有显著差异 , 5 a生竹材的弦向
抗弯强度在株与株之间无显著差异。表明随着
竹龄的增加 ,同一竹龄各株之间的差异减小 ,至
第 4 a,除弦向抗弯强度外其它各项物理力学性
质在株与株之间无显著差异 ;至第 5 a,雷竹竹
材各项物理力学性质在株与株之间均无显著差
异 ,各项物理力学性质已较稳定。
3. 3　竹竿部位对雷竹材物理力学性质的影响
选取 3 a生雷竹材 ,制作试件。测试结果见
表 5。
表 4　相同竹龄雷竹竹材物理力学性质方差分析的 F值
Tab. 4　 F valu es of variance analysis on physical-mechanical properties of Phyl lostachys p raecox in the s ame age
方差来源
Source of v ariance
基本密度
Basic density
顺纹抗压强度
Corpres sion st rength
顺纹抗拉强度
Tensile st rength
弦向抗弯强度
Banding st reng th
1 a 18. 59( 36) 68. 61( 36) 30. 75( 28) 28. 71( 30)
株间 2 a 0. 57( 36) 15. 64( 36) 53. 81( 32) 4. 7( 29)
Betw een shoots 3 a 2. 82( 35) 2. 58( 33) 0. 26( 29) 26. 79( 35)
4 a 0. 08( 36) 1. 09( 36) 0. 13( 35) 46. 73( 30)
5 a 1. 66( 36) 2. 82( 36) 1. 78( 36) 2. 02( 36)
　　注:① F0. 05( 2, 25)= 3. 39　 F0. 05 ( 2, 33)= 3. 29;②括号内数字为试件个数
表 5　 3 a生雷竹竹竿不同部位竹材的物理力学性质
Tab. 5　 The ph ysical-m echanical p rop erties of Phyl lostachys praecox at di f feren t posi tion of the culms at th e age of 3 years old
项　　目
Items
竹竿部位 Posi tions on th e culm
基部 Base 中部 Middle 顶部 Top
平均值
Average
维管束密度 /个· cm- 2
Densi ty of vascular b undles
287 402 447 379
基本密度 / g· cm- 3
Basic density
0. 549 0. 593 0. 643 0. 595
含水率 /%
Mois tu re con tent
81. 5 70. 1 52. 7 68. 1
体积干缩系数 /%
Cubic shrin kag e coef fi cient
0. 641 0. 634 0. 629 0. 635
顺纹抗压强度 /M Pa
Corpression s t reng th
45. 3 48. 7 53. 6 49. 2
顺纹抗拉强度 /M Pa
Tensi le s t reng th
175. 0 186. 9 197. 4 186. 4
弦向抗弯强度 /M Pa
Banding st reng th
109. 6 113. 5 123. 6 115. 6
　　由表 5可知: 同一竹竿不同部位雷竹材的
物理力学性质是不同的。从竹竿基部至顶部 ,雷
竹竹材体积干缩系数和含水率逐渐减少 ,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
一竹竿从基部至顶部 ,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。
53　第 2期 俞友明等　雷竹竹材物理力学性质变异规律的研究 　 　
此结果与其它竹材的研究结果相类似 [7～ 10 ]。
4　结　论
( 1)雷竹材的基本密度、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
方差分析和均值的多重比较 ,竹龄对雷竹材的
物理力学性质影响极其显著。但雷竹竹材的各
项物理力学性质在 2 a以后 ,各项性质的差异
在不断减少 , 3 a以后的各项性质差异均不显
著 ,物理力学性质在 3 a以后趋于稳定 ,并稳定
在较高水平 ;在竹林的培育中 ,雷竹材作为结构
用材的采伐竹龄应在 4～ 6 a。
( 2)随着竹龄的增加 ,同一竹龄各株之间的
差异减小 ,至第 4 a,除弦向抗弯强度外其它各
项物理力学性质在株与株之间差异不显著 ;至
第 5 a,雷竹竹材各项物理力学性质在株与株之
间均无显著差异 ,各项物理力学性质已较稳定。
( 3)雷竹材物理力学性质与竹竿部位有关。
竹竿从基部至顶部 ,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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法 [ P].北京:中国标准出版社
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1997, 33( 4): 356～ 364
(上接第 33页 )
表 6　中国竹子蚧虫的区系成份
Tab. 6　 Faunist ic com ponen ts of bamboo scale insects in China
区系成份
Faunis tic componen t
科　 Fami ly
粉蚧科
Ps.※
毡蚧科
Er.
蚧科
Co.
仁蚧科
Ac.
链蚧科
As.
盾蚧科
Di.
总计
Total
东亚种
Eas t-Asia species
14 4 2 3 38 34 95
广布种
Cosmopolite species
3 0 1 0 8 5 17
东洋种
Oriental s peices
3 1 0 0 6 4 14
新北种
Nearctic species
1 0 0 0 0 0 1
参 考 文 献
[1 ]辉朝茂 ,杨宇明 .中国竹子培育与利用手册 [M ].北京: 中
国林业出版社 , 2002
[2 ]方志刚 ,武三安 ,徐华潮 .中国竹子蚧虫名录 [ J ].浙江林学
院学报 , 2001, 18( 1): 102～ 110
[ 3 ]徐天森 ,王浩杰 ,吕若清 . 中国竹子害虫修订名录 [ J] . 浙
江森林病虫 , 1993, 4: 4～ 34
54　　　 竹 子 研 究 汇 刊 第 23卷