楊利梅， 郭起榮， 刁倩倩， 孫正軍， 劉煥榮， 張秀標(biāo)

(國(guó)際竹藤中心，北京 100102)

研究與設(shè)計(jì)

基于毛竹基本尺寸的分段和分類研究

楊利梅， 郭起榮， 刁倩倩， 孫正軍*， 劉煥榮， 張秀標(biāo)

(國(guó)際竹藤中心，北京 100102)

毛竹是一種天然材料，其稈形變異性大，規(guī)律不明顯。在奉化不同區(qū)域采集30棵毛竹進(jìn)行毛竹竹稈幾何尺寸的測(cè)量，根據(jù)竹稈幾何尺寸的變化，將毛竹分成根部、主干和稍部3段分別進(jìn)行研究。參照ASTM D25原木劃分標(biāo)準(zhǔn)，定義0.9 m處為腰徑，將腰徑處的徑級(jí)作為主要指標(biāo)對(duì)毛竹進(jìn)行分類。研究結(jié)果表明：腰徑處的徑級(jí)主要分布在11～13 cm處，占全部徑級(jí)分布的76.7%，而且隨著腰徑處徑級(jí)的增大，腰徑處的壁厚、枝下高處的徑級(jí)、枝下高處的壁厚及主干長(zhǎng)度也隨之增大。

毛竹；幾何尺寸；分段；分類

我國(guó)竹類資源豐富，是世界竹類起源的中心，無(wú)論是竹子的種類、面積、蓄積，還是年采伐量均居世界之首[1-2]，而毛竹產(chǎn)量占我國(guó)竹材總產(chǎn)量的2/3以上。竹子具有很強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，可在2～4個(gè)月內(nèi)完成高生長(zhǎng)[3]，且竹材只需一次造林便可持續(xù)利用，竹材的強(qiáng)度高、韌性好、硬度大，具有較好的強(qiáng)重比，能夠替代木材在建筑、家居等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[4]。

毛竹外觀為圓柱形、中空，毛竹的利用是竹材利用的最重要部分。有研究認(rèn)為不同的立地條件，如土壤、立竹度、坡度、坡向、坡位、郁閉度、年齡、海拔高度等對(duì)竹材稈形均有一定的影響[5-9]。竹材具有尖削度，而且毛竹稈各區(qū)段間的尖削度變化不一致[10]，造成竹材材性的變異極大，這些對(duì)其加工利用都有很大影響?，F(xiàn)有研究結(jié)果認(rèn)為毛竹尖削度變化規(guī)律與直徑隨高度變化規(guī)律不完全一致。本文主要研究尖削度、節(jié)間長(zhǎng)度、圍徑及壁厚隨竹高的變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上對(duì)樣竹進(jìn)行分段，以便為不同位置竹材的定向利用提供理論依據(jù)。

竹材分類有利于竹材的合理利用[11]，目前竹材分類的研究主要集中在竹條、竹篾及膠合竹層板等方面[12-14]，對(duì)圓竹分類的研究很少[15]。為達(dá)到精確制造的目的，有必要對(duì)圓竹進(jìn)行分類，提高竹材的利用率。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材采集自浙江省奉化市大偃鎮(zhèn)[16]，該竹山位于29.57°E，121.28°N，平均海拔高度為348.1 m，每個(gè)地點(diǎn)采集的樣竹均要求四年生以上，共30株。

1.2 試驗(yàn)方法

參照ISO 22157-1(Bamboo-Determination of physical an mechanical properties-Part1 Requirements)，從伐材根部開始測(cè)量每個(gè)節(jié)間的長(zhǎng)度(cm)、圍徑(cm)及其壁厚(mm)。

其中，竹料壁厚測(cè)量采用兩個(gè)垂直方向的稈壁厚均值，其測(cè)量示意圖如圖1所示。

圖1 壁厚測(cè)量示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

樣竹齊根伐倒后，記錄竹稈長(zhǎng)(m)、竹節(jié)數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度(cm)、圍徑(cm)、壁厚(mm)。

測(cè)量結(jié)果見表1。其中，M代表0.9 m處，N代表枝下高處。參照ASTM D25原木劃分標(biāo)準(zhǔn)，為便于理解及記憶，定義0.9 m處為腰徑。

表1 毛竹基本數(shù)據(jù)分布

竹高/m竹節(jié)數(shù)M圍徑/cmN圍徑/cmM壁厚/mmN壁厚/mm最大值15174915039491393912最小值84136923563876589標(biāo)準(zhǔn)差160308128096138081平均值12244212357901203726變異系數(shù)013007010012011011

2.1 分段研究

2.1.1 圍徑及壁厚隨竹高的變化

通過比較30棵毛竹的節(jié)間長(zhǎng)度、圍徑及壁厚隨竹高的變化趨勢(shì)，以毛竹13為例進(jìn)行分析，變化趨勢(shì)如圖2所示。

由圖2可知圍徑與壁厚隨高度的變化趨勢(shì)一致，圍徑越大，毛竹壁越厚[17]；毛竹的節(jié)間長(zhǎng)度隨離地高度的增加成拋物線式變化，竹稈中部的節(jié)間長(zhǎng)度最長(zhǎng)[18]。

圖2 節(jié)間長(zhǎng)度、圍徑及壁厚隨竹高的變化

(1)砍伐處-腰徑：隨竹高的增加，毛竹圍徑及壁厚的變化無(wú)規(guī)律，在0.9 m處達(dá)到最大值。

(2)腰徑-枝下高：隨竹高的增加，毛竹圍徑及壁厚呈線性減小。

(3)枝下高-稍部：隨竹高的增加，毛竹圍徑及壁厚的變化同樣無(wú)規(guī)律。

因此，砍伐處至腰徑受根部因素影響竹節(jié)短，圍徑大，厚壁；腰徑至枝下高竹節(jié)長(zhǎng)，圍徑適中，壁厚適中；枝上部分受枝杈的影響竹節(jié)略短，圍徑小，壁薄。

2.1.2 尖削度隨竹高的變化

由以上分析可知，毛竹各區(qū)段的節(jié)間長(zhǎng)度、壁厚及圍徑隨高度的變化趨勢(shì)不一致，為驗(yàn)證分段的正確性，分別計(jì)算出30棵毛竹各區(qū)段的尖削度，結(jié)果如圖3所示。

圖3 尖削度隨竹高變化情況

由圖3可見，砍伐處-腰徑、枝下高-稍部的尖削度明顯大于腰徑-枝下高的尖削度。因此腰徑-枝下高的尺寸均勻性要優(yōu)于兩端，是竹材加工利用的主要部分。根據(jù)毛竹稈形隨竹高的變化情況，

將毛竹劃分成根部(砍伐處—腰徑)、主干(腰徑—枝下高)和稍部(枝下高—稍部)三段分別進(jìn)行研究，根據(jù)不同區(qū)段毛竹尺寸的特點(diǎn)采用不同的加工方法并定向利用。

為更方便有效地利用不同徑級(jí)的毛竹，對(duì)毛竹主干部分進(jìn)行分類研究。

2.2 主干部分毛竹的分類研究

參照ASTM D25對(duì)竹材主干部分進(jìn)行分類。從腰徑開始，每0.3 m為一段，直至枝下高的位置為止進(jìn)行分類。腰徑處毛竹的徑級(jí)分布情況如圖4所示。

圖4 腰徑處毛竹徑級(jí)分布

由圖4可以看出，腰徑處徑級(jí)分布符合正態(tài)分布規(guī)律。腰徑處徑級(jí)分布主要集中在11～13 cm的范圍內(nèi)，占腰徑處徑級(jí)分布的76.7%。將腰徑處的徑級(jí)作為主要指標(biāo)，徑級(jí)分成三個(gè)等級(jí)，即低徑級(jí)：8～10 cm；中徑級(jí)：11～13 cm；高徑級(jí)：14～15 cm。

對(duì)腰徑處，不同徑級(jí)下的主干長(zhǎng)度、枝下高處徑級(jí)分布、腰徑處壁厚分布及枝下高處壁厚分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖5所示。

圖5 主干高、枝下高處徑級(jí)、壁厚隨腰徑處徑級(jí)的分布

由圖5可以看出，在腰徑處隨徑級(jí)的增加，主干長(zhǎng)度、枝下高處徑級(jí)、腰徑處壁厚及枝下高處的壁厚均呈橢圓形分布狀態(tài)，腰徑處徑級(jí)越大，枝下高處的徑級(jí)也越大，主干越長(zhǎng)，腰徑處及枝下高位置處的壁厚值越大。

同樣可根據(jù)腰徑處的徑級(jí)與主干長(zhǎng)度、枝下高處徑級(jí)的分布、腰徑處壁厚及枝下高處壁厚的關(guān)系，推算出主干長(zhǎng)度、枝下高處徑級(jí)、腰徑處壁厚及枝下高處壁厚的近似值，為毛竹主干的定向利用提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)毛竹稈形幾何尺寸的試驗(yàn)結(jié)果及參照ASTM D25原木劃分標(biāo)準(zhǔn)，將毛竹劃分為根部(砍伐處—腰徑)、主干(腰徑—枝下高)和稍部(枝下高—稍部)三段進(jìn)行分別研究，根據(jù)不同區(qū)段毛竹尺寸的特點(diǎn)采用不同的加工方式，以提高其利用率。

(2)把腰徑的徑級(jí)作為主要指標(biāo)并分成三個(gè)等級(jí)，即低徑級(jí)8～10 cm；中徑級(jí)11～13 cm；高徑級(jí)14～15 cm。腰徑處的中徑級(jí)毛竹最多，占全部徑級(jí)分布的76.7%。

(3)腰徑處的徑級(jí)越大，腰徑處的壁厚越厚，枝下高處的徑級(jí)越大，枝下高處的壁厚也越厚，主干越長(zhǎng)，而且均呈橢圓分布狀態(tài)。

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(責(zé)任編輯 張雅芳)

Study on Segmentation and Classification Basedon the Basic Size of Moso Bamboo

YANG Li-mei， GUO Qi-rong， DIAO Qian-qian， SUN Zheng-jun*，LIU Huan-rong， ZHANG Xiu-biao

(International Centre for Bamboo and Rattan，Beijing 100102，China)

Moso amboo is a kind of natural material，with its culm form having great variability and unobvious regularity is not obvious.30 bamboos are collected in different regions of Fenghua for measurement of the geometrical size of moso bamboo culm.Based on the changes in the geometrical size of moso bamboo culm，study on the three segments of moso bamboo，i.e.root segment，stem and top segments，is conducted respectively.Referring to the log division criteria in the standard ASTM D25，the waist size is defined at 0.9 m，and the diameter class of the waist size is used as a main indicator for moso bamboo classification.The research result shows that the diameter class of the waist size is mainly distributed between 11 to 13 cm，occupying 76.7% of the total diameter class distribution.The larger the diameter class at the waist diameter，the larger the wall thickness of waist size，the diameter class under branch height，the wall thickness of under branch height and the length of the trunk.

Moso bamboo；geometrical size；segmentation；classification

2016-10-12

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“綠色竹藤建筑材料制造技術(shù)研究與示范”(2012BAD23B01)

楊利梅(1992-)，女，河南商丘人，碩士研究生，主要從事工程竹材制造與評(píng)價(jià)的研究,E-mail：18811717626@163.com。

*通訊作者：孫正軍(1955-)，男，北京人，研究員，博士，主要從事木基復(fù)合材料的研究，E-mail:sunzj@icbr.ac.cn。

TS612

A

2095-2953(2017)03-0029-04