大型预制构件存储与运输方式研究

作者:吴海 竹乃杰 赵亚军
单位:上海宝岳住宅工业有限公司
摘要:对比研究不同种类大型预制构件存储方式,提出存储过程中可能出现的问题并分析其原因。综合对比国内外大型预制构件的运输方式及优缺点,总结现有降低运输过程中车辆对构件振动的措施,包括减振材料选取、运输车辆改进和构件搁置架应用。采用专业运输设备可使构件在运输过程中的破损率大大降低,达到大型预制构件无损运输的目的。
关键词:装配式构件存储运输减振措施
作者简介:吴海,高级工程师,E-mail:49207007@qq.com。
基金:国家重点研发计划 (2016YFC0701700)。 -页码-:34-38

0 引言

   20世纪以来我国建筑业迅速发展,随着土地资源减少,人工价格上升和居民环保意识提高,以“工厂建造-现场安装”为基本模式的预制装配式建筑应运而生。目前,我国大型预制构件主要用于市政工程,在建筑方面尚处于起步阶段,但国家对其重视程度逐渐提高,且已颁布了一系列相关政策法规 [1]。与传统现浇钢筋混凝土建筑相比,装配式建筑建造速度快,施工周期短,建筑废物和粉尘排放量少,实现了节能减排;有效减少噪声污染,避免对周围居民产生影响;实现我国建筑业可持续发展 [2,3,4,5]。但同时,易碎、连续性差、初始投入费用较高、预制构件存储空间需求大、对从业人员要求高等问题也制约着行业发展 [6,7]

   大型预制构件一般可分为横向构件、竖向构件及其他构件。设计、制作、存储、运输和安装是预制结构生成的基本过程 [8]。与现浇建筑不同,装配式建筑在施工过程中多了预制构件存储和运输环节,这正是经常被忽视但却十分重要的问题 [9,10,11],存储和运输过程中可能会产生构件变形、开裂,直接影响建筑物最终使用性能。目前预制构件存储与运输方面仍存在技术与配套设备缺失、管理模式相对粗放等问题,使得预制构件运输效率较低。因此,在施工过程中需采用综合统筹规划、设计研发专用运输工具、引进先进的信息系统、优化控制过程等措施改善运输效率和质量 [12]

1 大型预制构件存储研究

1.1 构件存储方式

1.1.1 横向构件

   横向构件 (如梁、叠合板、双T板等) 需存放在平整硬化的地面上或采用钢架堆放,如图1所示,若需叠加,构件间应放置垫木,且各层垫木处于同一垂直线上,防止存放过程中对构件产生额外应力。

图1 横向构件存储方式

   图1 横向构件存储方式 

   Fig.1 Storage of horizontal components

1.1.2 竖向构件

   竖向构件 (如预制墙、板) 应竖向放置,采用专业的墙板堆放架或A型架堆放,如图2所示。

图2 竖向构件存储方式

   图2 竖向构件存储方式   

   Fig.2 Storage of vertical components

1.1.3 不规则构件

   有些不规则构件,如阳台板、楼梯,宜采用平放方式 [13];叠合风道板、存在悬飘部位的构件,堆放时需保证最大平面处于同一水平面 [14];形状特殊的墙板可考虑采用插放架、靠放架等方式竖立堆放 [15,16],如图3所示。

图3 不规则构件存储方式

   图3 不规则构件存储方式  

   Fig.3 Storage of irregular components

1.2 可能出现的问题

   预制构件在存储过程中可能会出现裂纹 (见图4) 和局部破损,如掉角等 (见图5) 。

   构件堆放时通常垫置木方减少存储过程中对构件的振动,但是此方法对从业人员操作要求较高,不可控因素较多,往往破损率较高。造成存储过程中构件损伤的主要原因有: (1) 构件堆叠层数过多,下层构件承载力超过限值; (2) 堆放不合理,层间未设置垫木; (3) 构件直接堆放在地面上; (4) 场地不平整,或地面下沉造成构件折断或损坏 [17]; (5) 构件在重新起吊或移动时,未专门设置特制的固定架或摆放位置不正确 [17]; (6) 反复起吊对构件造成双倍加载卸载 [18]

图4 构件出现裂纹

   图4 构件出现裂纹 

   Fig.4 Cracks on components

图5 构件局部破损

   图5 构件局部破损  

   Fig.5 Local damage of components

   为降低存储过程中构件破损率,C.LI等 [19]设计了预制叠合板阻尼缓冲堆砌叠层结构,该堆砌结构由支撑架和多块支撑板组成,并在支撑架上表面间设置多个弹性凸起,来代替普通的楔形体,以获得良好的减振缓冲效果。马昕煦等 [13]也认为堆放时应在搁置点处填塞柔性垫片,防止构件间刚性接触。

2 大型预制构件运输研究

2.1 运输方式

2.1.1 国内运输方式

   国内装配式建筑行业起步较晚,目前构件厂转运、堆放及运输方式较为落后。预制构件运输方式与试件类型、大小、形状有关,通常利用货车、挂车或平板车,采用平躺或竖立的方式运输,并需采取绑扎固定措施防止构件移动,必要时设有支架。试件装车后用钢丝绳或软质固定带与车体固定,接触点应设置起隔离、保护作用的垫层 [14]。由于国内通常没有专门的运输车辆和构件搁置架,在一定程度上增加了预制构件在运输过程中的破损几率,大大降低了大型预制构件的运输效率。

   1) 横向构件横向构件中楼板、梁等构件运输较为简单。楼板通常利用工字钢运输,其他水平构件多采用平层叠放,这种运输方式主要存在如下问题: (1) 大型构件在堆场及在运输车上通过垫块传力,放置在最下层的构件极易损坏; (2) 构件自重较大,运输过程中道路颠簸,构件损坏率较高; (3) 运输车上主要靠木方摩擦力及绑带固定,急刹车、转弯易出现安全事故。

   2) 竖向构件通常采用A型架和竖向固定架,并采用低台板车运输构件。采用A型架运输,货架直接放置在货车上,利用货架和构件自重产生的摩擦力固定;采用竖向固定架运输,货架和货车间通过集装箱卡锁固定,该方式只能将货架和货车连接在一起,没有减振措施。

   以上2种运输方式主要有以下缺点: (1) 堆放主要以靠放为主,堆放顺序决定了吊装顺序,遇特殊情况无法吊出最内侧构件; (2) 运输货架与货车连接主要通过构件及货架重力产生的摩擦力,车辆紧急制动时存在风险隐患; (3) 传统平板车装载3m高外墙板往往会超过道路限高4m (加上车辆本身高度) 要求,无法顺利转运。

   在预制构件运输过程中,车辆运输条件、构件放置的位置、构件实际受力方向 [17]、运输过程中紧急情况等都可能引起构件破坏,主要有以下几种形式: (1) 路面颠簸,车辆转弯或加速、紧急制动,使构件发生破损、开裂; (2) 货车所受外力超过最大限度,构件倾覆; (3) 构件绑扎部位混凝土破损掉角。

2.1.2 国外运输方式

   国外横向构件的运输方式基本与国内相同,竖向预制构件运输一般配备可拆卸保护装置,并设计专用运输车,配有滑动功能的专业运输架,有些车辆也会另外设置侧向支撑,以保障构件运输安全 [20],如图6所示。运输时,首先将大型预制构件在专门的货架中摆放好,将货架及其上的大型预制构件整体放入车中,到达施工现场后将货架及其上的大型预制构件卸下。

图6 国外竖向预制构件运输设备

   图6 国外竖向预制构件运输设备  

   Fig.6 Transportation equipment for vertical precast components abroad

   此种运输方式的优点如下: (1) 生产车间到堆场用同一运输架,转运方便; (2) 托盘在堆场放置,车辆自装卸,无须吊装,既能有效避免构件损坏延误工期,又能降低时间和人力等多项成本; (3) 可解决超限 (限高、限宽) 问题,避免交通限行、减少绕行,从而有效缩短运输距离。

2.2 减隔振措施

2.2.1 常见减振材料

   国内外常用减振材料如表1所示。其中,木材是利用率最高的减振材料之一,为改善垫木作用效果,部分学者对不同类型木材抗振性能进行研究,吕文华等 [21]对不同木材的减振性能进行研究,建议采用改性处理后的人工杉木可提供较好的减振性能。GUSKOV等 [22]也提出了可采用改性弯曲木头作为减振材料。

   表1 常用减振材料
Table 1 Shock absorbing materials in common  

表1 常用减振材料

2.2.2 减隔振措施

   1) 车辆减振措施

   许丰伟等 [23]采用13轴液压平板运输车,在挂车的悬挂和转向系统中采用液压方式,当路面高低不平时,车辆货台仍能保持水平,减少对构件的振动。J.LIU等 [24]将运输车的后轮改装成液压控制,当车轮转向时,可人为开启特殊电机转动该轮,减少回转半径,改善过路条件,并采用液压悬挂系统,保证构件受力均匀。

   部分运输车底部设置可调节弹性系数的空气弹簧,如图7所示。当车辆在高速行驶时,空气弹簧变硬提高车辆货架稳定性,当遇较差路况时,空气弹簧变软,提高车辆货架减振性能。另外,空气弹簧的调节还可保证车厢货架高度恒定,防止货物倾斜,在一定程度上降低车辆货架载货平台的高度,方便上下货物。

图7 设置空气弹簧运输车

   图7 设置空气弹簧运输车

   Fig.7 Transportation vehicle with air springs

   2) 减振搁置架

   通过设置减振搁置架来降低对预制构件的振动,樊骅等 [25]在横向构件运输方面,设计了双T板专用减振搁置架,如图8所示。该减振搁置架可直接堆场放置、车辆自装卸、无须吊装,同时能限制运输中双T板位移,大大降低了运输破损率。经计算发现,在静止和运输过程中最大挠度相差不大,减振效果良好。

图8 双T板专用减振搁置架

   图8 双T板专用减振搁置架 

   Fig.8 Shock-absorbing shelf for double T-plates

   部分学者提出了其他搁置架形式,如J.Liu等 [24]在拖车上安装了带转盘的支撑架 (见图9a) ,该支架可旋转360°,当运输过程中受力不均匀时,支撑架可以打开和调整帮助平衡受力。朱海等 [26]设计了结合隔振橡胶支垫、液压阻尼撑技术和竖向支撑的减振搁置架 (见图9b) ,在底部设置铅芯阻尼橡胶支座,形成隔离层,同时用液压阻尼撑限制构件左右位移,竖向支撑限制前后位移,通过调整预制构件振动频率,使其远离车辆行驶振动频率,达到减隔振作用。

图9 其他形式搁置架

   图9 其他形式搁置架  

   Fig.9 Other forms of shelves

   在搁置架中,为降低构件和支杆碰撞造成破损,在分隔构件的支杆外侧可用橡胶包裹。另外,部分减振搁置架采取可拆卸的形式,竖向支架可以固定在底座上不同位置,以满足不同尺寸预制构件的运输需要,并应在底座处设置减振装置,设计由横、纵向木板组成的箱形木龙骨结构,以减少运输过程中车辆对构件的振动。

3 其他行业运输减隔振技术

   在大型精密仪器、电子设备、易碎品运输方面,因货物体积较小,可采用减振箱进行运输。通常在箱底部设由减振器、阻尼元件、橡胶垫块、弹簧等组成的减振隔振层,以减小车辆的扰动 [27,28,29],或可结合阻尼器、液压装置等元件同时限制物品其他方向的位移 [30]。C.LI [31]也提出了基于相同原理设计的减振车。

   另外,近年来有学者在精密仪器运输过程中采用了充气隔振结构 [31],在铁路运输及变压器运输中采用气垫运输系统,将物体与地面用气垫层隔离,减小了地面和气垫间的摩擦力,加快了物体的移动速度,且起运和落地过程冲击力较小,对物品损坏较少 [32]

   在市政工程构件运输方面,H.Cao [33]在运输管片的平板车底部设置了1层橡胶板,并在两端设置一侧弧形一侧平面的减振橡胶块,其内部设有弹簧,用以防止圆形管片相互碰撞。

4 结语

   1) 在大型预制构件的存储方式中,横向构件通常采取平放堆砌的方式,而竖向构件可采用A型架和专业的墙板堆放架、插放架存储。在存储过程中可能会由于堆砌层数过高、未设置垫木等原因造成构件出现裂纹、局部破损等现象。

   2) 国内在大型预制构件的运输中基本采取堆放、绑扎的形式,使得构件破损率较高,而国外通常使用专业的预制构件运输车,并采取一定的减隔振措施。

   3) 预制构件运输过程中的减隔振主要从2个方面来体现: (1) 对运输车辆进行改进,采用液压、空气弹簧控制系统; (2) 采用专用的减振搁置架,限制构件各个方向位移,并结合减隔振装置,达到无损运输的目的。

    

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Storage and Transportation of Large-scale Precast Components
WU Hai ZHU Naijie ZHAO Yajun
(Shanghai Baoyue Residential Industrialization Co., Ltd.)
Abstract: Prefabricated construction has gradually become an indispensable part of Chinese construction industry. The storage of different kinds of large-scale precast components were investigated and the potential problems in the process of storage were put forward and analyzed. In addition, the transportation of precast components in the world and their merits and demerits were compared. The vibration reduction measures during transportation were summarized, furthermore, including the selection of damping materials, the improvement of transport vehicles and the application of transport shelves. The damage rate of components during transportation can be greatly reduced due to the adoption of professional transport devices, which made the purpose of non-destructive transportation of large scale precast components achieved.
Keywords: precast; components; storage; transportation; vibration reduction; measures
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