国内外近年来在无损运输方面取得了一定的研究成果, 如应用于精密仪器运输的充气隔振垫技术^[1]和应用于海洋运输的液压千斤顶自平衡技术^[2,3,4,5]。但是, 这些技术并不完全适用于预制构件的无损运输:充气隔振垫技术中采用的气垫围裙对同次运输的多块预制构件缺乏有效支撑, 同时隔振垫的气囊只对构件竖向减振作用效果明显, 对水平方向减振作用成效甚微, 整体减振效果并不理想;液压千斤顶自平衡技术^[6,7]通过电动伺服机使构件自动保持平衡, 但对运输车辆加速/减速过程中产生的加速度/减速度并没有起到缓冲作用, 反而增加了构件所承受的荷载, 易导致平面外刚度较低的预制构件开裂。

鉴于此, 本文以某装配式混凝土结构为工程实例, 对大型预制构件的吊装运输过程展开专项研究, 研发减振搁置架设备技术, 即阻尼橡胶支座与液压阻尼撑技术, 并在实际中予以运用, 同时监测了运输过程中采用此类装置的大型预制构件裂缝开展及挠度变形情况, 并以无损率指标来评价最终效果。

本文所阐述的减振搁置架是通过隔振橡胶支垫、液压阻尼撑及竖向支撑方式3种关键技术措施在运输过程中协同配合工作, 通过调整所运送预制构件的振动频率远离载重运输车的行驶振动频率, 达到减隔振效果, 使大型预制构件的变形得到改善及裂缝开展得到控制。

减振搁置架中的减振措施: (1) 铅芯阻尼橡胶支座是一种复合型阻尼器, 直接搁置在平板运输车的底层车架上, 形成柔性隔离层, 利用铅芯块剪切或挤压屈服后所产生塑性变形及黏弹性材料的剪切滞回变形来耗能^[8] (见图1) ; (2) 液压阻尼撑固定在专用平板车架左右两侧护栏上, 通过阻尼撑的摇摆减缓构件所承受外动力荷载冲击, 达到减振耗能的目的 (见图2) ; (3) 利用液压阻尼撑支挡在构件顶部下方1/3高度处, 和施工安装时的临时支撑位置相同, 能保证竖向构件的稳定性。上述3种关键减振措施构成了减振搁置架, 使其具有经济合理、安装快捷、使用安全、耐久性强等特点。

对于公路运输, 根据国内外统计数据, 90%以上重载卡车的运输振动为低频振动^[9], 其振动频率如表1所示。铅芯减振阻尼橡胶支座适用于减缓构件低频振动的影响^[10]。在其橡胶层中设有夹层薄钢板, 并与橡胶层紧密黏结, 当橡胶支座承受垂直荷载时, 橡胶板的横向变形受到约束, 使橡胶支座具有较大竖向承载力和竖向刚度, 其竖向承载力甚至可达500~800k N, 竖向压缩刚度2 000~10 000k N/cm, 适用于任何一种大型预制混凝土构件。由于薄钢板并不影响橡胶板的剪切变形, 因而橡胶支座对水平方向的运动约束相对较小, 支座水平刚度为2.5~18k N/cm, 水平极限位移为25~50cm。实际工程应用中, 预制构件与橡胶支座组成的自振系统的频率为0.01~0.02Hz, 远低于载重运输车的振动频率, 可以起到很好的加速度隔振效果。常规质量在12t以下大型预制构件采用的减振阻尼橡胶支座尺寸为30cm×30cm×25cm (长×宽×高) , 12t以上大型预制构件采用的减振阻尼橡胶支座尺寸为50cm×50cm×35cm (长×宽×高) 。从现场运输的监测结果来看, 铅芯减振阻尼橡胶隔振作用十分明显, 构件的大幅振动几乎消除。

液压阻尼撑是一种速度控制装置 (见图3) , 通过高黏性液体中的活塞运动耗能, 低速时允许移动, 在速度或加速度超过相应的值时闭锁, 形成刚性支撑。装置中的高黏滞液体在封闭的容器中产生一定的流速, 耗散外界输入构件的振动能量, 达到减轻构件振动响应的目的^[11]。装置在构件晃动时能够提供缓冲减振作用, 防止构件因为低频震颤而发生破坏。当气撑杆受构件摆动产生外力挤压时带动活塞挤压内管中的液压油, 液压油通过排油孔排出, 同时由回油孔回流至内管;当由构件摆动而产生的外力消失时, 弹簧将活塞弹回始点等待下一次动作。气撑杆伸缩尺寸>15cm, 则需要调整油缸活塞压力差, 以防止预制构件倾斜过大导致构件开裂。

现场运输过程中, 液压阻尼撑具有相当大的变形能力, 有足够小的水平刚度, 延长了构件的振动周期;同时, 具有稳定的弹性复位能力, 能在运载工具多次加速/减速的工况下自动瞬时复位, 且因其结构紧凑, 可对称布置, 安装空间小, 受吊装因素制约的影响较小。在强烈的水平作用下构件不容易出现失稳现象, 满足了不同类型的预制构件对水平支撑减振的要求。液压阻尼撑根据运输挂车的两侧依据构件横向长度均匀设置数量为4~6个。液压阻尼撑外筒径为25cm, 气撑杆摇摆度±30°、压缩拉伸量在±15cm范围内。考虑大型预制构件纵向长度不同, 液压阻尼撑可沿车架纵向前后移动, 不拘泥于某一固定位置, 保证了大型预制构件在运输过程中受力均匀。与传统绳索固定方式不同, 液压阻尼撑固定构件无需另外人工辅助装车, 只需1名随车助理即可操作;同时, 避免了绳索在运输过程中受到构件摇摆磨损破坏而造成安全事故, 也减少了因绳索固定不当造成的构件破损 (见图4) 。

考虑到大型预制构件在半挂车上处于独立的悬臂状态。在道路运输限高4m标准下, 采取措施后的预制构件运输高度最高能达到3.70m。传统的做法是采取刚架斜支撑, 在车辆振动和摆动状态下, 刚架与构件互相碰撞, 造成构件的局部损伤, 特别是构件裂缝的数量严重影响了构件的质量与安全。采用液压阻尼撑后, 构件处于直立状态, 支撑的位置与施工安装构件时的支撑位置相同, 为竖向构件顶部1/3高度处, 此位置为最优支撑位置, 既能保证构件竖向稳定, 又不额外增加支撑的预埋件。对于大型水平构件双T墙板, 则可以将液压阻尼支撑设在T板的翼缘部分, 减少翼缘部分的震颤, 设置间距控制在1.5m。

依据上述技术措施构成的无损运输减振搁置架在实际工程案例中予以运用, 并不断改进以期取得最优效果。

某停车楼工程项目采用装配式大跨双T板-剪力墙结构体系, 宽103.975m, 长132.40m, 地上7层, 局部地下1层, 地下层高5.5m, 1层层高为4.5m, 2~7层层高为3.2m, 建筑高度为24.00m (见图5) 。

该工程体量大, 墙、板、梁、柱等构件3 700余块, 其中超长、超宽构件较多。另外, 外墙为清水混凝土, 成品保护要求较高, 且预制构件加工厂距离施工现场较远, 运输难度大, 对运输车辆、吊点布置及人员安排、协调有较高要求。大型预制构件在实际运输过程中, 所受荷载是随机荷载, 主要为瞬时冲击荷载和低应力循环荷载, 振动和碰撞是造成构件机械损伤的主要原因, 因此预制构件在储运过程中, 安置了带橡胶隔振支垫和阻尼支撑的隔振、减振装置对振动进行控制, 运输车辆的时速大部分控制在35~45km, 最终显示运输中所承载的构件未发生任何因振动造成的构件损坏和变形。

整个施工过程中运送双T板共计2 200块, 运输18m跨度预制梁640根, 预制柱860根, 除意外情况造成的局部损伤78块双T板外, 其余预制构件完好, 在规范允许进场验收范围内。无损率评价指标即预制构件的完好程度数量与运输的全部预制构件数量之比, 基本达到99.8%, 为施工安装进度和效率提供有力保障。

考虑到传统运输措施和采取无损措施运输方案在成本方面的差异性, 在本项施工实践中得到如表2所示成本比较, 其中无损运输方案无论效率成本还是运输成本都比传统方案更为合适, 所以在大型预制构件运输上采取减振搁置架的无损运输措施值得推广应用。

预制构件的运输费主要包括预制构件从工厂运输至工地的运费和施工场地内的二次搬运费, 占构件总销售价格的3.87%~8.40%。同时, 与传统运输方式相比, 首先, 由于采用了铅芯减振阻尼橡胶支座和液压阻尼撑, 构件的破损率由原来的60%大幅降低至5%以内, 按大型预制构件目前市场制作成本2 800~3 900/m³考虑, 为建设方运输开支节省20%;其次, 减振消能装置的使用提高了工厂生产效率, 缩短装配施工时间, 降低了装配式混凝土结构的建安成本, 更加突出建筑工业化的优点;再次, 上述无损运输的技术措施构成的减振搁置架装置具有制作及安装简单方便、价格低廉、经久耐用的特点, 优于目前运输中普遍使用次数极其有限的枕木及一次性使用的槽钢加固件。

此外, 该减振措施不局限于专用运输车辆, 物流组织的车型选择上有较大余地。更为关键的是, 大型预制构件起吊过程中不需要精确对位运输车辆, 只需要移动橡胶支座至构件下方即可, 使得构件出厂效率至少提高50%, 减轻构件工厂的堆场负担, 卸载构件过程中也无须控制竖向吊装力, 只需满足“快拎慢升”的基本要求即可, 降低现场10%左右的吊装成本。

铅芯减振阻尼橡胶支座和液压阻尼撑支撑方式的优化提升了装配整体式混凝土结构生产、施工的综合效率, 减少装配式建筑的综合成本, 综合成本比较如表3所示。

1) 工程实践表明, 铅芯阻尼橡胶支座和减振搁置架是一种实用程度高、自适应能力强的减振隔振装置, 有效降低了构件在低频振动作用下加速度, 绝大部分能量由阻尼支座和减振搁置架吸收, 从而达到减振效果, 有效保证了构件的安全和成品完整, 提高了生产、运输和施工效率。采用减隔振设备是一种比较实用的无损运输措施之一, 能达到立竿见影的使用和经济效果。

2) 减隔振设备的使用有良好的经济效益, 有益于成本控制, 为大型预制构件的运输提供了借鉴方法, 促进了装配式建筑预制构件运输向专业化发展。