大型预制构件存储与运输方式研究
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
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
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。
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。
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
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
为降低存储过程中构件破损率,C.LI等
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
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
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
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
2.2.2 减隔振措施
1) 车辆减振措施
许丰伟等
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。
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
部分学者提出了其他搁置架形式,如J.Liu等
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
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
在市政工程构件运输方面,H.Cao
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。
[2] ARASHPOUR M, WAKEFIELD R, BLISMAS N, et al.Optimization of process integration and multi-skilled resource utilization in off-site construction[J]. Automation in construction, 2015 (50) :72-80.
[3] MAO C, XIE F, HOU L, et al. Cost analysis for sustainable offsite construction based on a multiple-case study in China[J].Habitat international, 2016 (57) :215-222.
[4] KHALILI A, CHUA D. IFC-based framework to move beyond individual building elements toward configuring a higher level of prefabrication[J]. Journal of computing in civil engineering, 2013, 27 (3) :243-253.
[5] PAN W, GIBB A, DAINTY A.Perspectives of UK housebuilders on the use of offsite modern methods of construction[J].Construction management and economics, 2007, 25 (2) :183-194.
[6] LI C, HONG J, XUE F, et al. Schedule risks in prefabrication housing production in Hong Kong:A social network analysis[J].Journal of cleaner production, 2016 (134) :482-494.
[7] TAM V, TAM C, ZENG S, et al. Towards adoption of prefabrication in construction[J]. Building and environment, 2007, 42 (10) :3642-3654.
[8] LI C, HONG J, FAN C, et al. Schedule delay analysis of prefabricated housing production:a hybrid dynamic approach[J]. Journal of cleaner production, 2018 (195) :1533-1545.
[9] HAAS C, FAGERLUND W. Preliminary research on prefabrication, preassembly, modularization and off-site fabrication in construction[R], 2002.
[10] KAMALI M, HEWAGE K. Life cycle performance of modular buildings:A critical review[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2016 (62) :1171-1183.
[11] HWANG B, SHAN M, LOOI K. Key constraints and mitigation strategies for prefabricated prefinished volumetric construction[J]. Journal of cleaner production, 2018 (183) :183-193.
[12] XU G, LI M, LUO L, et al. Cloud-based fleet management for prefabrication transportation[J]. Enterprise information systems, 2018, 13 (1) :87-106.
[13]马昕煦,廖显东,朱海,等.建筑工业化建造模式与技术探讨[J].城市住宅,2018, 25 (1) :12-17.
[14]刘昊,赵利辉,张宁,等.北京金安桥装配式地铁车站预制构件生产质量控制技术[J].混凝土与水泥制品,2017 (10) :33-38.
[15] STAIB G, DRRHFER A, ROSENTHAL M. Components and systems:modular construction-design, structure, New Technologies[M], 2008.
[16] GASPARRI E, LUCCHINI A, MANTEGAZZA G, et al.Construction management for tall CLT buildings:From partial to total prefabrication of faade elements[J]. Wood material science&engineering, 2015, 10 (3) :256-275.
[17]张华明.预制构件堆放和运输及吊装质量分析[J].山西建筑,2007 (36) :135-136.
[18] WANG Z, HU H. Improved precast production-scheduling model considering the whole supply chain[J]. Journal of computing in civil engineering, 2017, 31 (4) :04017013.
[19] LI C, LONG L, MA Y, et al. Damping buffer stack precast laminated slab, has supporting pin provided with steel pin, supporting leg fixed on lower bottom surface of supporting frame, and elastic thorns uniformly distributed on upper surface of supporting frame:CN205854927-U[P]. 2017.
[20]程江博.装配式建筑施工安全管理若干要点研究[J].智能城市,2018, 4 (13) :73-74.
[21]吕文华,郑雅娴,柴宇博,等.大型运输容器减震用改性木材的研制[J].东北林业大学学报,2015, 43 (2) :75-79.
[22] GUSKOV V, ROMANOV A, SHEGELMAN I, et al. Damper of transportation container storing spent nuclear fuel, has cylindrical metallic cover made of damping material, where elements modified from flexure wood are used as damping material:2011RU-140207[P].2012.
[23]许丰伟,李江.大吨位桥梁预制构件运输技术[J].山西建筑,2018, 44 (8) :152-153.
[24] LIU J, WANG G, LU L. The key technology on transportation and lifting of u-shaped beam of Jinan railway line R1[C]//2016International Conference on Smart City and Systems Engineering, 2016.
[25]樊骅,时春霞,恽燕春,等.预制构件双T板专用减振搁置架的有限元分析[J].建筑施工,2018, 40 (8) :1468-1469, 1473.
[26]朱海,廖显东,陈新喜,等.大型预制构件无损运输措施[J].施工技术,2018, 47 (10) :16-19.
[27] DU H. Damping box, has damping layer provided with shock pad, damping shock absorber connected with bottom of box body and shock absorption pad, and shock-proof pad arranged with inner wall of box cover and inner side of box body:CN207046068-U[P]. 2018.
[28] JIANG B. Damping tray, has damping elements arranged on cushion plate, and platform cover for covering exterior of framework and supported on damping elements, where top end of each damping element is arranged beyond upper surface of cushion plate:WO2015176234-A1[P]. 2015.
[29] MORIYA T. Damping structure for supporting cargo during transportation, comprises damping case formed with rubber chip block:JP2005024064-A, 2005, JP4617071-B2[P]. 2011.
[30]李广寅,沈金梅,刘永新.大型精密仪器的隔震运输设计[J].仪器仪表与分析监测,1997 (3) :28-32, 44.
[31] LI C. Damping case for fragile product low complex urban traffic transportation, has damping device fixed with bottom part of shock absorption device, and box body fixed with split-type balance device and damping air bag:CN203740344-U[P]. 2014.
[32]许伟民,江友钿,王树春,等.气垫悬浮运输系统 (气垫车) 在工程设计中的技术要求及其在重型装备制造业中的应用[J].工程建设与设计,2011 (12) :70-71.
[33] CAO H, LIU L, ZHANG N. Transportation device comprises a conveying trolley that is installed with a driving device and a pressure spring is connected with a driving wheel along with a damping are rubber that is attached with a movement control module:CN205638499-U[P]. 2016.