基于毛竹基本尺寸的分段和分类研究

杨利梅， 郭起荣， 刁倩倩， 孙正军， 刘焕荣， 张秀标

(国际竹藤中心，北京 100102)

研究与设计

基于毛竹基本尺寸的分段和分类研究

杨利梅， 郭起荣， 刁倩倩， 孙正军*， 刘焕荣， 张秀标

(国际竹藤中心，北京 100102)

毛竹是一种天然材料，其秆形变异性大，规律不明显。在奉化不同区域采集30棵毛竹进行毛竹竹秆几何尺寸的测量，根据竹秆几何尺寸的变化，将毛竹分成根部、主干和稍部3段分别进行研究。参照ASTM D25原木划分标准，定义0.9 m处为腰径，将腰径处的径级作为主要指标对毛竹进行分类。研究结果表明：腰径处的径级主要分布在11～13 cm处，占全部径级分布的76.7%，而且随着腰径处径级的增大，腰径处的壁厚、枝下高处的径级、枝下高处的壁厚及主干长度也随之增大。

毛竹；几何尺寸；分段；分类

我国竹类资源丰富，是世界竹类起源的中心，无论是竹子的种类、面积、蓄积，还是年采伐量均居世界之首[1-2]，而毛竹产量占我国竹材总产量的2/3以上。竹子具有很强的生长能力，可在2～4个月内完成高生长[3]，且竹材只需一次造林便可持续利用，竹材的强度高、韧性好、硬度大，具有较好的强重比，能够替代木材在建筑、家居等领域广泛应用[4]。

毛竹外观为圆柱形、中空，毛竹的利用是竹材利用的最重要部分。有研究认为不同的立地条件，如土壤、立竹度、坡度、坡向、坡位、郁闭度、年龄、海拔高度等对竹材秆形均有一定的影响[5-9]。竹材具有尖削度，而且毛竹秆各区段间的尖削度变化不一致[10]，造成竹材材性的变异极大，这些对其加工利用都有很大影响。现有研究结果认为毛竹尖削度变化规律与直径随高度变化规律不完全一致。本文主要研究尖削度、节间长度、围径及壁厚随竹高的变化规律，并在此基础上对样竹进行分段，以便为不同位置竹材的定向利用提供理论依据。

竹材分类有利于竹材的合理利用[11]，目前竹材分类的研究主要集中在竹条、竹篾及胶合竹层板等方面[12-14]，对圆竹分类的研究很少[15]。为达到精确制造的目的，有必要对圆竹进行分类，提高竹材的利用率。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试材采集自浙江省奉化市大偃镇[16]，该竹山位于29.57°E，121.28°N，平均海拔高度为348.1 m，每个地点采集的样竹均要求四年生以上，共30株。

1.2 试验方法

参照ISO 22157-1(Bamboo-Determination of physical an mechanical properties-Part1 Requirements)，从伐材根部开始测量每个节间的长度(cm)、围径(cm)及其壁厚(mm)。

其中，竹料壁厚测量采用两个垂直方向的秆壁厚均值，其测量示意图如图1所示。

图1 壁厚测量示意图

2 试验结果与分析

样竹齐根伐倒后，记录竹秆长(m)、竹节数、节间长度(cm)、围径(cm)、壁厚(mm)。

测量结果见表1。其中，M代表0.9 m处，N代表枝下高处。参照ASTM D25原木划分标准，为便于理解及记忆，定义0.9 m处为腰径。

表1 毛竹基本数据分布

竹高/m竹节数M围径/cmN围径/cmM壁厚/mmN壁厚/mm最大值15174915039491393912最小值84136923563876589标准差160308128096138081平均值12244212357901203726变异系数013007010012011011

2.1 分段研究

2.1.1 围径及壁厚随竹高的变化

通过比较30棵毛竹的节间长度、围径及壁厚随竹高的变化趋势，以毛竹13为例进行分析，变化趋势如图2所示。

由图2可知围径与壁厚随高度的变化趋势一致，围径越大，毛竹壁越厚[17]；毛竹的节间长度随离地高度的增加成抛物线式变化，竹秆中部的节间长度最长[18]。

图2 节间长度、围径及壁厚随竹高的变化

(1)砍伐处-腰径：随竹高的增加，毛竹围径及壁厚的变化无规律，在0.9 m处达到最大值。

(2)腰径-枝下高：随竹高的增加，毛竹围径及壁厚呈线性减小。

(3)枝下高-稍部：随竹高的增加，毛竹围径及壁厚的变化同样无规律。

因此，砍伐处至腰径受根部因素影响竹节短，围径大，厚壁；腰径至枝下高竹节长，围径适中，壁厚适中；枝上部分受枝杈的影响竹节略短，围径小，壁薄。

2.1.2 尖削度随竹高的变化

由以上分析可知，毛竹各区段的节间长度、壁厚及围径随高度的变化趋势不一致，为验证分段的正确性，分别计算出30棵毛竹各区段的尖削度，结果如图3所示。

图3 尖削度随竹高变化情况

由图3可见，砍伐处-腰径、枝下高-稍部的尖削度明显大于腰径-枝下高的尖削度。因此腰径-枝下高的尺寸均匀性要优于两端，是竹材加工利用的主要部分。根据毛竹秆形随竹高的变化情况，

将毛竹划分成根部(砍伐处—腰径)、主干(腰径—枝下高)和稍部(枝下高—稍部)三段分别进行研究，根据不同区段毛竹尺寸的特点采用不同的加工方法并定向利用。

为更方便有效地利用不同径级的毛竹，对毛竹主干部分进行分类研究。

2.2 主干部分毛竹的分类研究

参照ASTM D25对竹材主干部分进行分类。从腰径开始，每0.3 m为一段，直至枝下高的位置为止进行分类。腰径处毛竹的径级分布情况如图4所示。

图4 腰径处毛竹径级分布

由图4可以看出，腰径处径级分布符合正态分布规律。腰径处径级分布主要集中在11～13 cm的范围内，占腰径处径级分布的76.7%。将腰径处的径级作为主要指标，径级分成三个等级，即低径级：8～10 cm；中径级：11～13 cm；高径级：14～15 cm。

对腰径处，不同径级下的主干长度、枝下高处径级分布、腰径处壁厚分布及枝下高处壁厚分布进行统计，如图5所示。

图5 主干高、枝下高处径级、壁厚随腰径处径级的分布

由图5可以看出，在腰径处随径级的增加，主干长度、枝下高处径级、腰径处壁厚及枝下高处的壁厚均呈椭圆形分布状态，腰径处径级越大，枝下高处的径级也越大，主干越长，腰径处及枝下高位置处的壁厚值越大。

同样可根据腰径处的径级与主干长度、枝下高处径级的分布、腰径处壁厚及枝下高处壁厚的关系，推算出主干长度、枝下高处径级、腰径处壁厚及枝下高处壁厚的近似值，为毛竹主干的定向利用提供理论依据。

3 结论

(1)根据毛竹秆形几何尺寸的试验结果及参照ASTM D25原木划分标准，将毛竹划分为根部(砍伐处—腰径)、主干(腰径—枝下高)和稍部(枝下高—稍部)三段进行分别研究，根据不同区段毛竹尺寸的特点采用不同的加工方式，以提高其利用率。

(2)把腰径的径级作为主要指标并分成三个等级，即低径级8～10 cm；中径级11～13 cm；高径级14～15 cm。腰径处的中径级毛竹最多，占全部径级分布的76.7%。

(3)腰径处的径级越大，腰径处的壁厚越厚，枝下高处的径级越大，枝下高处的壁厚也越厚，主干越长，而且均呈椭圆分布状态。

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(责任编辑 张雅芳)

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”国家科技支撑计划项目“绿色竹藤建筑材料制造技术研究与示范”(2012BAD23B01)

杨利梅(1992-)，女，河南商丘人，硕士研究生，主要从事工程竹材制造与评价的研究,E-mail：18811717626@163.com。

*通讯作者：孙正军(1955-)，男，北京人，研究员，博士，主要从事木基复合材料的研究，E-mail:sunzj@icbr.ac.cn。

TS612

A

2095-2953(2017)03-0029-04