全 文 ：林业科学研究　2006, 19 (5) : 621～624
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2006) 0520621204
大木竹竹材力学性质的研究 3
苏文会 1, 2 , 顾小平 13 3 , 马灵飞 3 , 官凤英 2 , 岳晋军 1
(1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 ,浙江 富阳　311400; 2. 国际竹藤网络中心 ,北京　100102;
3. 浙江林学院工程学院 ,浙江 临安　311300)
摘要 :在浙江平阳竹木混交林内 ,采集 3年生大木竹 ,按标准制成试样 ,测定了丛生竹种大木竹竹材的各力学性质 ,
并以材性优良的毛竹为参比进行分析。结果发现 :大木竹竹材的顺纹抗拉、顺纹抗压、抗劈力和抗弯弹性模量分别
为 238. 0 MPa、75. 1 MPa、45. 6 N·mm - 1和 12. 6 GPa,比毛竹材的相应值大或与毛竹相当 ,顺纹抗剪和抗弯强度较毛
竹材为低。大木竹的各力学性质间有较密切的相关性 ,顺拉强度 ∶顺压强度 ∶顺剪强度 ∶抗劈力 ∶抗弯强度为 3. 2∶
110∶0. 2∶0. 6∶1. 8。该研究结果可为大木竹的合理开发利用提供理论依据。
关键词 :大木竹 ;力学性质 ;抗压 ;竹板材
中图分类号 : S79519 文献标识码 : A
收稿日期 : 2005211208
基金项目 : 浙江省科技厅重点项目“区域优良竹种的开发 ”( 011034 )和农业科技成果转化项目“竹藤培育及营林技术示范 ”
(2004670040400)的部分内容
作者简介 : 苏文会 (1976—) ,女 ,河北石家庄人 ,硕士 13 本研究试样的采集由浙江省平阳县南湖乡林业站协助完成 ,特此致谢 !3 3 通讯作者
Study on W ood M echan ica l Properties of B am busa w enchouensis
SU W en2hui1, 2 , GU X iao2ping13 3 , MA L ing2fei3 , GUAN Feng2ying2 , YUE J in2jun1
(1. Research Institute of Subtrop ical Forestry, CAF, Fuyang　311400, Zhejiang, China;
2. International Center for Bamboo and Rattan, Beijing　100102, China;
3. School of Engineering, Zhejiang Forestry College, L in’an　311300, Zhejiang, China)
Abstract: Compared with Moso bamboo, Phyllostachys edu lis, the wood mechanical p roperties of B am busa w en2
chouensis, a sympodial bamboo, were studied. The result showed that its tensile strength parallel to grain (δt) , com2
p ressive strength parallel to grain (δc) , cleavage strength (C) and modulus of elasticity in static bending (MOE)
were 238. 0 MPa, 75. 1 MPa, 45. 6 N·mm - 1 and 12. 6 GPa respectively, which were larger than or almost equal to
those ofMoso bamboo. Its shearing strength parallel to grain (δs) and bending strength (MOR) were smaller. The
wood mechanical p roperties of B. w enchouensis had good relativity with each other, and theδt∶δc∶δs∶C∶MOR was
equal to 3. 2∶1. 0∶0. 2∶0. 6∶1. 8. This study could lay theoretical foundation for p roper exp loiture and utilization of
B. w enchouensis
Key words:B am busa w enchouensis; mechanical p roperty; comp ressive strength; bamboo board
大木竹 (B am busa w enchouensis (W en ) Q. H.
Dai) ,箣竹属 ,单竹亚属 ,自然分布于浙南、闽北和闽
东地区。该竹秆形高大、竹壁厚、产材量高。据文献
[ 1, 2 ]报道和本研究调查 ,大木竹一般竹株胸径 7～
11 cm,竹壁厚达 10～17 mm,节间长 30～65 cm,年
产材量可为毛竹 ( Phyllostachys edu lis ( Carr1 ) H1de
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
Lehaie)等竹种的 2倍多 ,是优良的大型丛生竹种。
近年来 ,随着竹产业的迅速发展 ,竹原料供需矛
盾日趋突出 ,加上我国长期以来竹资源利用模式单
一 ,尤其是竹板材加工几乎完全依赖毛竹 ,使得这一
矛盾进一步加剧。本研究针对我国当前竹资源利用
的现况 ,从大木竹生物量大、竹壁厚、秆形较好等特
点和优势出发 ,对该竹竹材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪
和抗劈等力学强度进行了系统研究 ,并与材性优良
的毛竹材的力学性能作比较 ,旨在评价大木竹作为
板材原料的可能性。
1　材料与方法
1. 1　试材采集
采样点设在浙江省平阳县南湖乡 ,竹林为以大
木竹为主的竹木混交林。分散选取生长良好、无缺
陷的大木竹及参比竹种毛竹各 5株 ,齐地砍倒 ,去梢
头 ,然后将竹秆 5等分 ,每部分自下向上截取约 1. 5
m长的竹段 ,编号标记 ,作为从秆基到秆梢不同部位
的测试材料 ,带回试验室。各试材情况见表 1。
表 1　大木竹与参比竹种毛竹力学性质的试材情况
竹 种 年龄 /
a
株数 /
株
平均秆高 /
m
平均胸径 /
cm
大木竹 3 5 13. 81 7. 77
毛 竹 6 5 13. 60 7. 83
1. 2　试件制作及实验方法
为了保证各试件取自竹秆上相对一致的位置 ,
将各段竹筒剖开 ,对称截取各力学性质的测试试材 ,
保留试材两个弦面竹青与竹黄的原状 ,将各试材编
号标记。
按照国家标准 [ 3 ]要求制作各力学强度试件 ,规
格如下 :顺纹抗压强度为 20 mm (纵向尺寸 ) ×20
mm (弦向尺寸 ) ×t mm (竹壁厚 ) ,下同 ;抗弯强度和
抗弯弹性模量为 160 mm ×10 mm ×t mm;顺纹抗剪
和顺纹抗拉强度试件的制作规格详见“竹材物理力
学性质试验方法 ”[ 3 ] ;抗劈力的测试 ,因目前国家标
准中对竹材尚无规定 ,所以本研究参考了木材抗劈
力的试件制作及测试方法 [ 3 ]。
各力学强度指标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 ,测试方法参
照“竹材物理力学性质试验方法 ”与“木材抗劈力试
验方法 ”[ 3 ]。
因为竹材含水率对其力学性质有较大影响 ,按
照国家标准的要求 ,将力学强度的测试试件放入温
度 20 ℃ ±2 ℃、相对湿度 65% ±5%条件下的恒温
恒湿箱中 ,调整试件含水率至 9% ～15%时进行测
定 ,记为“试验时 ”强度值 ,同时按标准规定 ,对部分
指标推算出试件含水率为 12%时的强度值 ,以便相
互间的比较。
2　结果与分析
2. 1　大木竹竹材的力学强度
竹材的力学强度反映了其抵抗外界机械力作用
的能力 ,对竹材的生产应用有极重要的影响 ,主要包
括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗劈
力等指标。大木竹与参比竹种毛竹在竹秆纵向部位
的各个力学强度见表 2。
表 2　大木竹与参比竹种毛竹竹材的力学性能
竹 种 年龄
/ a
部 位
顺纹抗拉
强度 /MPa
试验时
顺纹抗压
强度 /MPa
试验时 含水率
12%时
顺纹抗剪强度 /
MPa
试验时 含水率
12%时
抗劈力 /
( N·mm - 1 )
试验时
抗弯弹性
模量 /GPa
试验时
抗弯强度 /
MPa
试验时 含水率
12%时
- 1 191. 9 63. 8 66. 2 9. 2 9. 1 31. 5 9. 6 116. 2 118. 6
- 2 214. 9 74. 4 74. 3 11. 5 11. 4 43. 8 12. 0 133. 1 132. 6
大木竹 3 - 3 249. 3 73. 2 72. 6 12. 2 12. 1 45. 1 12. 4 131. 1 130. 3
- 4 264. 2 80. 1 78. 4 13. 3 13. 2 51. 4 14. 3 153. 2 152. 7
- 5 269. 8 83. 7 81. 2 13. 4 13. 3 56. 0 15. 0 161. 1 160. 6
均 238. 0 75. 1 74. 5 11. 9 11. 8 45. 6 12. 6 139. 0 139. 0
- 1 216. 6 75. 5 74. 9 15. 7 15. 7 17. 2 10. 4 162. 5 168. 9
- 2 226. 3 76. 2 76. 2 16. 4 17. 1 30. 0 11. 5 168. 6 175. 0
毛竹 6 - 3 229. 1 80. 0 79. 6 16. 8 16. 7 30. 5 11. 9 170. 1 176. 2
- 4 241. 6 78. 8 78. 1 17. 2 16. 7 32. 7 12. 2 170. 8 176. 8
- 5 246. 6 78. 9 78. 2 17. 1 16. 9 33. 0 12. 4 173. 7 179. 7
均 232. 1 77. 8 77. 4 16. 6 16. 6 28. 7 11. 7 169. 1 175. 3
　　注 :“ - 1、- 2、- 3、- 4、- 5”表示从基到梢的竹秆各部位 ,其对应数值是此部位各样竹的平均值。
226
第 5期 苏文会等 :大木竹竹材力学性质的研究
2. 1. 1　大木竹竹材的顺纹抗拉强度 　从表 2中的
数据可知 ,大木竹竹材在纵向各部位顺纹抗拉强度
的均值为 238. 0 MPa,略大于参比竹种毛竹的相应
值 232. 1 MPa。俞友明 [ 4 ]、於琼花 [ 5 ]等学者研究了
红壳竹 ( Phyllostachys iridescens C. Y. Yao et S. Y.
Che)和雷竹 ( Phy llostachys praecox C. D. Chu et C. S.
Chao)的各力学性能 ,其中 5年生雷竹和红壳竹的顺
纹抗拉强度值分别为 178. 7、231. 9 MPa,大木竹较
该 2种竹的强度亦为大 ,并远大于黄山松 ( P inus ta i2
w anensis Hayata) [ 6 ]和福建含笑 (M ichelia fu jianensis
Q. F. Zheng) [ 7 ]等木本植物的相应强度值。竹材抗
拉强度愈大 ,则以此为原料制成的竹板抗拉性愈强。
一般来说 ,抗拉强度与竹材密度及竹纤维强度有较
密切的关系 ,竹材密度、纤维强度越大 ,则抗拉能力
也就越强。
2. 1. 2　大木竹竹材的顺纹抗压强度 　在生产中 ,竹
材的受压荷载应用最广泛 ,所以抗压强度是竹材力
学性质中最重要的特征之一。由表 2可知 ,大木竹
竹材的顺纹抗压强度为 75. 1 MPa,略小于参比竹种
毛竹的相应值 77. 8 MPa,而比前人研究的云南龙竹
(D end roca lam us g igan teus Munro) [ 8 ] 73. 3 MPa、麻竹
(D end roca lam us la tif lorus Munro) [ 9 ] 27. 0 MPa、红壳
竹 [ 4 ] 60. 0 MPa、雷竹 [ 5 ] 45. 4 MPa等竹种的顺纹抗压
强度值均大。同抗拉强度相似 ,大木竹的顺纹抗压
强度亦远大于福建柏 ( Fokien ia hod g insii (Dunn)
Henry et Thoma ) [ 10 ]、杨树 [ 11 ]、杉木 ( Cunnigham ia
lanceola ta (Lamb1) Hook) [ 12 ]和黄山松 [ 6 ]等木材的
相应强度。
2. 1. 3　大木竹竹材的顺纹抗剪强度 　由表 2可知 ,
大木竹竹材的顺纹抗剪强度为 11. 9 MPa,比参比竹
种毛竹的强度 16. 6 MPa低 ,但大于麻竹 [ 9 ]等竹种及
福建柏 [ 10 ]、福建含笑 [ 7 ]和黄山松 [ 6 ]等木材的抗剪
强度。
2. 1. 4　大木竹竹材的抗劈力 　大木竹竹材的抗劈
力为 45. 6 N ·mm - 1 ,明显大于毛竹材 28. 7 N ·
mm
- 1 (表 2) ,同福建含笑 [ 7 ]等木本植物相比 ,大木
竹竹材的抗劈力亦表现为大。
2. 1. 5　大木竹竹材的抗弯强度和抗弯弹性模量 　
大木竹竹材的抗弯强度为 139. 0 MPa,比毛竹材
169. 1 MPa要低 ,但大于麻竹 [ 9 ]、雷竹 [ 5 ]等竹种及杨
树 [ 11 ]、杉木 [ 12 ]等木本植物的抗弯强度 ;从抗弯弹性
模量上看 ,大木竹竹材的抗弯弹性模量为 12. 6 GPa,
大于毛竹材 11. 7 GPa,比上述木本植物的相应模量
值亦大。
2. 2　大木竹竹材基本密度、竹秆纵向部位及各力学
强度间的相关性分析
竹材密度与力学性能有密切关系 ,又因为在竹
秆的不同部位 ,竹材密度及纤维形态有一定变异 ,因
此力学强度也随竹秆部位呈现出相应的变异规律。
表 3是大木竹竹材基本密度、纵向部位及各力学强
度间的相关性分析。从表 3中的相关系数可看出 ,
竹材基本密度、竹秆纵向部位与各力学强度间均有
较好的正相关关系 ,即竹秆部位增高、竹材密度增
大 ,各力学强度也随之增大。
表 3　大木竹竹材基本密度、纵向部位及各力学强度间的相关性 ①
项目
基本密度 /
( g·cm - 3 )
纵向部位
顺纹抗拉
强度 /MPa
顺纹抗压
强度 /MPa
顺纹抗剪
强度 /MPa
抗劈力 /
( N·mm - 1 )
抗弯弹性
模量 /GPa
抗弯
强度 /MPa
基本密度 / ( g·cm - 3 ) 1. 000
纵向部位 ② 0. 994 1. 000
顺纹抗拉强度 /MPa 0. 979 0. 969 1. 000
顺纹抗压强度 /MPa 0. 963 0. 947 0. 905 1. 000
顺纹抗剪强度 /MPa 0. 970 0. 941 0. 965 0. 963 1. 000
抗劈力 / ( N·mm - 1 ) 0. 979 0. 965 0. 941 0. 994 0. 981 1. 000
抗弯弹性模量 /GPa 0. 990 0. 976 0. 952 0. 990 0. 979 0. 994 1. 000
抗弯强度 /MPa 0. 966 0. 961 0. 898 0. 979 0. 925 0. 967 0. 982 1. 000
　　注 : ①表中数据为相关系数 ; ②从秆基到秆梢 5等分 ,分别用“1、2、3、4、5”表示各纵向部位 ,以此求得与各指标的相关系数。
2. 3　大木竹竹材各力学强度间的关系
竹材的各力学性质间也存在一定的相关性。从
表 3中的分析数据可看出 ,大木竹各力学强度间关
系紧密 ,均呈较好的正相关。据此 ,探寻某力学强度
和其它力学强度间的回归模型 ,则可以通过实测该
强度值来估算竹材的其它力学性能 ,并为非破坏性
测试提供理论依据。
对本研究的测定数据进行回归分析 ,大木竹的
326
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
主要力学强度间有以下比例关系 :顺拉 ∶顺压 ∶顺剪
∶抗劈力 ∶抗弯 = 3. 2∶1. 0∶0. 2∶0. 6∶1. 8。
为较准确地估计大木竹竹材的各力学性能 ,本
研究选择易于测定、变异较小的顺纹抗压强度 [ 13 ]为
自变量 ,其它力学性质对其拟合方程并进行显著性
检验 ,结果见表 4。
表 4　大木竹竹材各力学性质对顺纹抗压强度的回归模型
力学性质 回归模型 F检验 ( F) 显著水平 ( P) 相关系数 ( R )
顺纹抗拉 /MPa y = - 61. 225 5 + 3. 987 8x 13. 5 0. 035 0. 904 6
顺纹抗剪 /MPa y = - 4. 382 3 + 0. 217 248x 38. 1 0. 009 0. 962 8
抗劈力 / (N·mm - 1 ) y = - 45. 492 8 + 1. 213 4x 232. 6 0. 001 0. 993 6
抗弯 /MPa y = - 35. 973 6 + 2. 330 9x 70. 3 0. 004 0. 979 3
抗弯弹性模量 /GPa y = - 8. 108 3 + 0. 276 763x 147. 9 0. 001 0. 990 0
3　结论与讨论
以材性优良的毛竹为参比 ,大木竹竹材顺纹抗
剪和抗弯强度偏小 ,但顺纹抗拉、顺纹抗压、抗劈力
和抗弯弹性模量比毛竹材的相应值大或与毛竹相
当。同麻竹、红壳竹等竹种及福建柏、黄山松、杨树、
杉木等木本植物的各力学性能相比较 ,大木竹材的
力学强度均较大 ,因此 ,从力学性能上看 ,可考虑将
大木竹用作竹板材原料。
如前言所述 ,随着竹加工技术的发展和“以竹代
木”步伐的加大 ,竹原料供需矛盾日益突出。从我国
竹类资源的开发利用现况看 ,由于长期过度地依赖
毛竹等少数竹种 ,造成毛竹材价格居高不下 ,加工企
业成本上升 ,同时这种单一化的利用模式也会给竹
材加工业带来潜在危机。因此选择产量高、材性好
的优良竹种进行开发和推广 ,对解决现实问题具有
重要意义。本项目的研究对象大木竹秆形高大 ,竹
壁厚 [ 14 ] ,力学强度、纤维形态 [ 15 ]和化学性能 [ 16 ]较
好 ,并具有一般竹种难以达到的产量优势 ,所以推荐
种植大木竹。
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