Hvad er de mekaniske egenskaber ved bambus? Det er sandsynligvis et af de hyppigst stillede spørgsmål blandt europæiske eller amerikanske arkitekter, ingeniører og bygherrer. Sådan information kan let findes og fås til træ, stål, beton eller endda konstruerede bambusprodukter, såsom gulve og paneler, men dette er ikke tilfældet for bambusstænger. Hvorfor?

“Bambus mekaniske egenskaber er ofte to til tre gange højere end traditionelle tømmer. Imidlertid forhindrer juridiske usikkerheder omkring universelle regler og standarder en bambusbom i mange dele af verden.”

Bambus består af mange forskellige arter og hver af dem bambus arterhar forskellige strukturelle og mekaniske egenskaber ligesom træer; Træk af teak, eg eller Balsa har heller ikke de samme egenskaber. Desuden kan en enkelt bambusart vise meget forskellige testresultater afhængigt af alderen og fugtighedsindholdet i den testede bambusstang, dens oprindelse (jord, højde, klimaforhold) og den del af stammen , der testes (bund, midt eller øverste del af “træet”).

En anden vigtig grund til manglen på information er det faktum, at bambusstængersom byggemateriale er stadig relativt ukendt i Europa eller Nordamerika (delvis fordi primær bambus af konstruktionsgrad vokser i tropiske lande). Det er først i de sidste 30-35 år, at mekaniske egenskaber ved bambus er videnskabeligt testet.

Hvorfor er mekaniske egenskaber vigtige?

Bambus bøjningstest

De fleste lande har ingen standardbyggekoder for bambus, hvilket gør det vanskeligt for dem, der ønsker at bruge materialet i konstruktionen. Der er en slags juridisk usikkerhed omkring bestemmelsen af ​​visse bambusegenskaber, såsom brandbestandighed, styrkeegenskaber, holdbarhed osv., Hvilket indebærer, at der er et presserende behov for regler og standarder.

Styrkeegenskaber til bambus er allerede testet af universiteter over hele verden og giver enestående resultater, som i mange tilfælde er meget bedre end konventionelle byggematerialer. Byggekodestandarder kræver dog mere end styrkeens egenskaber alene, andre egenskaber at overveje er:

  • Holdbarhed
  • Brandsikkerhed
  • Miljømæssig påvirkning
  • Brugersikkerhed
  • Energieffektivitet

Brandbestandighed og holdbarhed er områder, der stadig har brug for yderligere undersøgelser, før der kan udpeges en standard byggekode til bambus. Ikke desto mindre er der gjort vigtige fremskridt ved at indføre en international ISO 22157- standard for bambus mekaniske egenskaber.

Den internationale organisation for standardisering (ISO)

Den internationale organisation for standardisering, kendt som ISO, har udarbejdet sin egen standard til bestemmelse af de mekaniske egenskaber ved bambus i 2004. Dette er et første og meget vigtigt skridt for at få bambusstænger godkendt som byggemateriale overalt.

ISO 22157-standarden beskriver, hvordan bøjningsstyrke, kompression, spænding, forskydning og holdbarhed skal bestemmes. For de interesserede kan retningslinjerne findesher.

I denne artikel præsenterer vi flere testresultater fra forskellige kilder og på forskellige bambusarter. Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle tests blev udført i henhold til ISO 22157-standarden, men det giver en generel idé om de mekaniske egenskaber ved bambus.

Trykstyrke

Dele af et bambustræ

Der er to typer trykstyrke, der skal testes i henhold til ISO 22157 standard trykstyrke parallelt med korn og trykstyrke vinkelret på korn. Mærkeligt nok beskriver ISO 22157 retningslinjer kun testmetodikken for trykstyrke parallelt med korn, men tilvejebringer ikke en metode til trykstyrke vinkelret på korn. Derfor vil vi kun diskutere førstnævnte.

På grund af den naturlige form af et bambus “træ”, skal 3 forskellige dele af stilken testes: bunden, den midterste og den øverste del. Dette er nødvendigt, fordi en bambusstamme ikke har et kontinuerligt tværsnit, og der er forskelle i strukturelle egenskaber mellem den nedre del, som har en større diameter, og den øvre del, der har en mindre diameter.

Testprøverne kan ikke indeholde en knude, fordi resultaterne af disse prøver ikke ville give nøjagtige resultater, da knudepunkterne er de stærkeste områder i en bambusstamme. Derfor udtages prøver fra sektionen mellem to noder (internoder), da dette er den svageste del af en bambusstang.

Til konstruktionsmæssige formål kan kun bunden, den midterste og den øverste del bruges som søjler eller bjælker. ‘Lead’ og ‘stick’ del af bambus kulmen betragtes ikke som nyttig i konstruktionen på grund af deres lille diameter.

Guadua angustifolias kompressionsstyrke

Mekaniske egenskaber af arten Guadua angustifolia blev testet i henhold til ISO 22157 standarder ved Los Andes University i Bogota, Colombia i 2010. Tre prøver af 2-3-4 og 5 år gammel Guadua bambus blev anvendt til at bestemme påvirkning af alder på dets mekaniske egenskaber.

Test af bambuskomprimering
Opsætning af komprimerende test af bambus

Det gennemsnitlige fugtighedsindhold i bambusprøverne (som er en vigtig parameter) var henholdsvis 59,3%, 56,5%, 56,7% og 65,2%. Den gennemsnitlige ydre diameter på den nederste del var 13 cm, af den midterste del 12 cm og 10 cm for den øverste del.

Guadua angustifolias kompressionsstyrke
Alder på bambusstængler (år)
2 3 4 5
Bund E (N / mm2) 15500 16500 17400 15200
σ (N / mm2) 39,9 38,1 37.6 32,1
Mellemøsten E (N / mm2) 14900 18000 16800 16500
σ (N / mm2) 27.2 42,1 41,5 34,7
Top E (N / mm2) 20000 17000 17500 18200
σ (N / mm2) 20,4 42,6 42,1 39,0

Den maksimale trykstyrke for Guadua angustifolia blev observeret i 3-4 år gamle baldder med et gennemsnit på 40 N / mm2 (i en grøn tilstand). Trykstyrken fra 5 år gammel Guadua faldt med ca. 16% sammenlignet med styrken hos 3- 4 år gamle Guadua.

Sammenligning af trykstyrke for forskellige bambusarter

Følgende tabel giver en oversigt over trykstyrken for forskellige bambusarter. Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle testresultater er i overensstemmelse med ISO 22157-standarden. Værdierne vist i tabellen er gennemsnitsværdier, så de nævner ikke forskelle i lodret retning eller alder.

Trykstyrke af forskellige bambusarter
Arter σ (N / mm2) E (N / mm2) ρ (kg / m3) MC (%) Kilde
Bambusa balcooa 39,4 – 50,6 grøn Kabir et al
51 – 57,3 lufttørre
69 820 8.5 Naik
Bambusa bamboer 61 710 9.5
39,1 – 47 Gnanaharan
Bambusa nutans 75 890 8 Naik
46 87 Sekhar
85 12
44,7 88.3 Inbar
47,9 14
Bambusa pervariabilis 45,8 15200 Yuen
79 10300 <5 Yu & Chung
35 6800 > 20
Bambusa polymorpha 32,1 95,1 Inbar
Bambusa spinosa 57 Espinosa
Bambusa tulda 40.7 73,6 Inbar
68 11.9
79 910 8.6 Naik
Dendrocalamus giganteus 70 740 8
Dendrocalamus hamiltonii 70 590 8.5
Dendrocalamus membranaceus 40.5 102 Inbar
Gigantochloa apus 21,7 – 26,5 54.3
27,3 – 48,6 15.1
Gigantochloa atroviolacea 23.8 54
35,7 15
Gigantochloa atter 24,8 – 28 72,3 Prawirohatmodjo
31 – 32,9 14.4
Gigantochloa macrostachya 71 960 8 Naik
Guadua angustifolia 42 27000 Sotela
63,6 Rwth Aachen
86,3
62 – 93 DB Magazine
56 18400 15 Eicher
63,3 15190 Laroque
28 15000 Trujillo
56,2 17860 Caori
38 14500 Uribe
Melocanna baccifera 69.9 12.8 Inbar
Phyllostachys bambusoides 51 Glenn
63 730 8 Naik
44 64 Limaye
40 61
71 9
74 9
54 12 Sekhar
Phyllostachys edulis 44,6 11300 yen
67 50 – 99 Ota
71 14 – 17
108 5 – 7
147 0,1 – 0,3
117 9400 <5 Yu & Chung
44 6400 > 30
60.3 603 12.5 Kaho
Phyllostachys praecox 79,3 827 28,5
Thyrsostachys oliveri 46,9 53 Inbar
58 7.8

Konklusion:

Bambus trykstyrke er nogenlunde beliggende mellem 40 og 80 N / mm2, hvilket er to til fire gange værdien af ​​de fleste træarter . Forskellen i resultater kan forklares med de forskellige testmetoder og prøver, der blev anvendt. Det er imidlertid tydeligt, at alder og fugtighedsindhold i bambusprøver har en betydelig indflydelse på bambus trykstyrke. Bambus med lavt fugtighedsindhold har en højere trykstyrke end bambus med højt fugtighedsindhold.

 


 

Trækstyrke

Den maksimale trækstyrke for bambus bestemmes ved at teste fibrene (bambusstrimler) og ikke på hele kulmeprøver. Som med trykstyrke giver ISO 22157 standarden retningslinjer for trækstyrke parallelt med korn, men ikke for trækstyrke vinkelret på korn.

For at teste bambus trækstyrke bruges 3 ture fra den nederste del, den midterste del og den øverste del af hele bambusstammen. Hver strimmel er mellem 10-20 mm bred, har tykkelsen på bambus kulmen og er 100 mm lang. Fugtindholdet i hver prøve skal bestemmes, og prøverne skal have en knude. Da knudens fiberretning er modsat fiberens internretning, betragtes knuden her som det svageste punkt på stammen (når man tester trykstyrke, er det omvendt).

Følgende tabel viser trækstyrken for de mest populære bambusarter, der anvendes til strukturelle anvendelser.

Trækstyrke af forskellige bambusarter
Arter σ (N / mm2) E (N / mm2) ρ (kg / m3) MC (%) Kilde
Bambusa balcooa 164 820 8.5 Naik
Bambusa bamboer 121 710 9.5
Bambusa nutans 208 890 8
Bambusa tulda 207 910 8.6
Dendrocalamus giganteus 177 740 8
Dendrocalamus hamiltonii 177 590 8.5
Dendrocalamus strictus 160 17500 11.4 Janssen
Gigantochloa apus 294,1 54.3 Prawirohatmodjo
298,9 15.1
Gigantochloa atroviolacea 237,4 54
237,4 15
Gigantochloa atter 273 – 299,8 72,3
247 – 332 14.4
Gigantochloa macrostachya 168 960 8 Naik
Gigantochloa pseudoarundinacea 177,9 27631 690 Arce-Villalobos
149,4 19643 629
Guadua angustifolia 148 – 384 DB Magazine
191,9 Lopez
90 Trujillo
162,7 17900 – 24100 Laroque
Phyllostachys bambusoides 140 730 8 Naik
120 12 Janssen
Phyllostachys edulis 115 – 309 8987 – 27397 553 – 1006 4,9 – 7,8 Yu

Konklusion:

Den gennemsnitlige trækstyrke for bambus ligger omtrent 160 N / mm2, hvilket ofte er  3 gange højere end de fleste traditionelle træværker i konstruktionskvalitet .

 


 

Forskydningsstyrke

Den maksimale forskydningsspænding for bambus er en vigtig faktor for at designe passende snedkeranlæg og tilslutninger. Forskydningsspændinger kan forekomme på to måder, parallelt med kornet og vinkelret på kornet. Igen giver ISO 22157 standarder kun retningslinjer for måling af forskydningsspænding parallelt med korn.

Tre prøver fra den nedre, midterste og øverste del af bambusstammen testes. Forskellen denne gang er, at halvdelen af ​​testprøverne skal have en knude, og den anden halvdel ikke skal have en knude.

Hver prøve måles omhyggeligt før testning. Teststykkets højde og tykkelsen på kulmen måles i de 4 zoner, hvor forskydning vil forekomme. Dette er vigtigt, fordi en bambus kulm ikke er ensartet i tykkelse, og prøvekorsudskæringerne muligvis ikke udføres perfekt.

Skærstyrke af Guadua angustifolia

På samme måde som de testede trykstyrken for Guadua angustifolia, Los Andes University i Bogota undersøgte også de samme Guadua-prøver på forskydningsspænding i henhold til ISO 22157-standarden.

Nogle få billeder af testopsætningen er vist nedenfor:

Test af bambusskærstyrke
Opsætning af bambus forskydningstest

Forskydningsstyrken for Guadua angustifolia afhængigt af alder og placering af testprøven er vist i følgende tabel:

Skærstyrke af Guadua angustifolia
Alder på bambusstængler (år)
2 3 4 5
Bund τ (N / mm2) 7.2 7.4 7.5 6.6
Mellemøsten τ (N / mm2) 7.5 8.2 8,0 7.4
Top τ (N / mm2) 7.2 8.1 7.6 8,0

I lighed med resultaterne af trykstyrken tilbyder Guadua den mest modstand mod forskydning i midten og øvre del af en 3-4 år gammel stamprøve. Den gennemsnitlige forskydningsstyrke for Guadua angustifolia er 8 N / mm2  (ved et fugtighedsindhold på ca. 56,6%).

Sammenligning af forskydningsstyrke for forskellige bambusarter

Forskydningsstyrken for forskellige bambusarter er anført i nedenstående tabel. Igen kan vi ikke bekræfte, at al test blev udført i henhold til ISO 22157-standarder, men det giver en generel indsigt.

Forskydningsstyrke for forskellige bambusarter
Arter τ (N / mm2) ρ (kg / m3) MC (%) Kilde
Bambusa balcooa 11.9 820 8.5 Naik
Bambusa bamboer 9.9 710 9.5
Bambusa nutans 10.5 890 8
6.7 Sekhar
7.7
7.9
9.8
7.9
Bambusa pervariabilis 10.3 12 Janssen
8.7 12
Bambusa tulda 9.9 910 8.6 Naik
Dendrocalamus giganteus 10.6 740 8
Dendrocalamus hamiltonii 6.7 590 8.5
Gigantochloa apus 6 – 7,7 54.3 Prawirohatmodjo
7,5 – 7,7 15.1
Gigantochloa atroviolacea 6,4 – 11,3 54
7,9 – 9,5 15
Gigantochloa atter 5,8 – 10,8 72,3
9,5 – 10,8 14.4
Gigantochloa macrostachya 9.6 960 8.1 Naik
Guadua angustifolia 4 – 5 Trujillo
16.7 Rwth Aachen
Phyllostachys bambusoides 8.7 730 8 Naik
Phyllostachys edulis 8,9 – 12,5 12.5 Ota
8.9 grøn Dickerson

Konklusion:

Forskydningsspænding parallelt med korn er ca. 10 gange lavere end trykstyrke og endda 20 gange lavere end trækstyrken for den samme bambusart. Stadig er forskydningsstyrken for bambus ofte dobbelt så stor som værdien af ​​populære træsorter .

 


 

Bøjningsstyrke

Bøjningsstyrke har en direkte indflydelse på opførelsen af ​​en struktur, det er nødvendigt at forudsige afbøjningen af ​​hvert element i en struktur, før den bygges. Den mest almindeligt anvendte metode til bestemmelse af afbøjningen af ​​en bjælke eller søjle er firepunktets bøjningstest.

Bøjningsstyrke af Guadua angustifolia

Firepunktets bøjningstest, som krævet i ISO 22157-standarden, blev udført på Los Andes Universitet i Colombia . Testningen blev udført på de samme bambusstænger som i testen til bestemmelse af tryk- og forskydningsstyrke.

Bambus bøjningstestopsætning
Bambus bøjningstestopsætning

Under denne fire-punkts bøjningstest undersøges modulus for elasticitet (MOE) og modulus of rupture (MOR). Resultaterne af denne test er vist i følgende tabel.

Bøjningsstyrke af Guadua angustifolia
Alder på bambusstængler (år)
2 3 4 5
Bund MOE (N / mm2) 16900 16700 17000 18000
MOR (N / mm2) 93,6 88.8 86,9 86,3
Mellemøsten MOE (N / mm2) 17700 15800 17000 18700
MOR (N / mm2) 84,7 91,6 103,7 86,9
Top MOE (N / mm2) 16100 19400 18300 15500
MOR (N / mm2) 107,3 97,8 103,8 107,0

Elasticitetsmodulet for 5 år gamle Guadua angustifolia-poler er den største i bunden og midterste del af stilken. For den øverste del af stilken måles den højeste elasticitetsmodul, når de er 3-4 år gamle. Modulus for brud er den højeste i den øverste del af stammen, generelt kan det konkluderes, at Guadua angustifolia har en gennemsnitlig bøjningsstyrke på 100 N / mm2 .

Sammenligning af bøjestyrke af forskellige bambusarter

Følgende tabel er et resumé af bøjestyrken for flere bambusarter. Resultaterne kan vise små afvigelser, fordi ikke alle data blev erhvervet ved den fire-punkts bøjningstest som defineret i ISO 22157    norm. Ikke desto mindre giver de en generel idé om bøjestyrken for forskellige bambusarter.

Bøjestyrke af forskellige bambusarter
Arter MOR (N / mm2) MOE (N / mm2) ρ (kg / m3) MC (%) Kilde
Bambusa balcooa 62,4 – 85 7200 – 10300 grøn Kabir et al
69,6 – 92,6 9300 – 12700 lufttørre
151 13603 820 8.5 Naik
Bambusa bamboer 143 14116 710 9.5
35 – 39,3 1500 – 4400 Gnanaharan
Bambusa nutans 52,9 6700 88.3 Inbar
52,4 10700 14
56 – 79 8800 – 10000 grøn Sekhar
76 – 100 9300 – 16000 lufttørre
216 20890 890 8 Naik
Bambusa pervariabilis 37 16400 > 20 Yu & Chung
80 22000 <5
Bambusa polymorpha 28.3 3100 95,1 Inbar
35.5 4100 13.9
Bambusa spinosa 55,4 lufttørre Espinosa
44,9 lufttørre
55 10300 lufttørre Teodoro
Bambusa tulda 51,1 800 73,6 Inbar
66,7 1000 11.9
194 18611 910 8.6 Naik
Dendrocalamus giganteus 193 16373 740 8
Dendrocalamus hamiltonii 89 9629 590 8.5
Dendrocalamus membranaceus 26,3 2400 102 Inbar
37,8 3700 7
Dendrocalamus strictus 68 12000 grøn Limaye
107 15600 lufttørre
92 – 97 13700 – 16000 12
105 13200 61
98,5 13600 55
Gigantochloa apus 102 54.3 Prawirohatmodjo
87,5 15.1
Gigantochloa atroviolacea 92,3 54
94,1 15
Gigantochloa atter 87,9 – 108,1 72,3
117,7 – 127,7 14.4
Gigantochloa macrostachya 154 14226 960 8 Naik
Guadua angustifolia 53,5 7400 Gnanaharan
144,8 17600 Janssen
74 – 100 17900 15 Eicher
46 11800 Trujillo
82 12500 600 12.6 De Vos
72,6 17608 640 11.4 Inbar
Melocanna baccifera 57.6 12900 12.8
Phyllostachys edulis 55 9600 > 30 Yu & Chung
51 13200 <5
83 8400 530 10.3 De Vos
Thyrsostachys oliveri 61,9 9700 53 Inbar
90 12200 7.8

Konklusion:

Bøjningsstyrken for de fleste bambusarter varierer mellem 50 og 150 N / mm2 og er i gennemsnit dobbelt så stærk som de fleste konventionelle træstrukturer . Variationer inden for samme art er forårsaget af de forskellige testmetoder, prøvekvalitet og fugtighedsindhold i den testede bambus.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *