基于顯著性分析的裝配式T梁生產(chǎn)質(zhì)量影響因素試驗研究

摘要：依托某工程預(yù)制梁廠，對其T梁構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量影響因素進行了系統(tǒng)研究.首先基于試驗最佳配合比，在廣泛調(diào)閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，采取試驗研究及理論計算的方法探究了恒溫溫度及升溫速率等蒸養(yǎng)參數(shù)及3種不同的澆筑振搗工藝對成型后T梁測區(qū)回彈強度的影響規(guī)律；其次，在試驗研究的基礎(chǔ)上，基于顯著性分析理論，運用方差分析法得到影響T梁構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的顯著性因素；最后對預(yù)制T梁的蒸養(yǎng)制度及澆筑振搗工藝進行了調(diào)整，最終結(jié)果表明，裝配式T梁采用調(diào)整后的預(yù)制方案，其生產(chǎn)質(zhì)量得到了顯著提升.

關(guān)鍵詞：預(yù)制T梁；生產(chǎn)質(zhì)量；試驗研究；振搗澆筑；蒸養(yǎng)制度；顯著性分析

中圖分類號：U445.4"" 文獻標(biāo)志碼：A" 文章編號：2095-6991（2025）01-0084-06

Experimental Study on Influencing Factorsof Fabricated T-Beam Production Quality Based on Significance Analysis

HU Teng-fei

（Anhui Water Conservancy Technical College， Hefei 230011， China）

Abstract：Based on an engineering prefabricated beam factory， the factors affecting the production quality of T-beam members were systematically studied. Firstly， based on the optimum mix ratio of the test and extensive review of relevant literature， the influence of steam parameters such as constant temperature and heating rate and three different casting vibratory processes on the resilience of the measured area of the T-beam after molding was investigated by experimental research and theoretical calculation. Secondly， based on the theory of significance analysis， the significant factors affecting the production quality of T-beam members are obtained by means of variance analysis. Finally， based on the above research， the steam maintenance system and the casting vibration process of the prefabricated T-beam are adjusted. The final results show that the production quality of the prefabricated T-beam has been significantly improved by adopting the adjusted prefabrication scheme.

Key words：prefabricated T-beam; production quality; experimental research; vibratory pouring; steaming system; significance analysis

0 引言

裝配式建造技術(shù)因其施工簡便、周期短及低碳環(huán)保等顯著優(yōu)點在工程界深受歡迎，通常先選擇合適的場地大量預(yù)制構(gòu)件，再運往施工現(xiàn)場進行拼裝^[1-2].T梁在預(yù)制生產(chǎn)時由于澆筑振搗工藝不佳等原因會導(dǎo)致梁體馬蹄斜面部位出現(xiàn)大面積“蜂窩”現(xiàn)象，以及由于蒸養(yǎng)不到位導(dǎo)致梁體出現(xiàn)“表面色差”、“強度不達標(biāo)”等質(zhì)量通病^[3-6]，從而嚴(yán)重影響構(gòu)件外觀質(zhì)量及耐久性，因此，對預(yù)制T梁生產(chǎn)質(zhì)量影響因素展開研究，以提高預(yù)制構(gòu)件的整體質(zhì)量.

目前，針對預(yù)制混凝土T梁生產(chǎn)質(zhì)量方面的研究大多集中在原材料篩選、模板調(diào)整和養(yǎng)護工藝優(yōu)化等方面.肖作銳等^[7]主要從混凝土配合比設(shè)計方面研究影響預(yù)制混凝土梁表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素；龍先林^[8]結(jié)合以往工程經(jīng)驗，對預(yù)制T梁各生產(chǎn)環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)進行分析，提出生產(chǎn)過程關(guān)鍵質(zhì)量控制措施；鄧波^[9]依托工程實例，對T梁構(gòu)件蒸養(yǎng)制度進行系統(tǒng)性研究，通過試驗研究法得到減少氣泡數(shù)量的關(guān)鍵措施，結(jié)果表明，采用該措施后T梁外觀質(zhì)量得到有效提高.對于預(yù)制T梁這種異形構(gòu)件，只有嚴(yán)格控制其澆筑及蒸養(yǎng)質(zhì)量才能保證成型后滿足質(zhì)量要求，而現(xiàn)有研究雖然對澆筑振搗工藝及蒸養(yǎng)方式有一些探討，但對最終提出的蒸養(yǎng)方式及澆筑振搗工藝沒有進行試驗驗證，也未在實際工程中進行應(yīng)用.

本文以某高速公路預(yù)制梁廠工程為實例，以梁廠原配合比作為試驗基礎(chǔ)，設(shè)計縮尺模型對照試驗，探究了升溫速率、恒溫溫度及恒溫時間等蒸養(yǎng)參數(shù)及3種不同澆筑振搗工藝對成型后T梁測區(qū)回彈強度的影響規(guī)律；在試驗研究的基礎(chǔ)上，基于顯著性分析理論運用方差分析法得到影響T梁構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的顯著性因素，并將預(yù)制T梁的蒸養(yǎng)制度及澆筑振搗工藝進行調(diào)整，最后將調(diào)整后的預(yù)制方案成功應(yīng)用在后續(xù)T梁生產(chǎn)中.

1 工程概況

某高速公路全長134.158 km，采用全立交、全封閉形式，設(shè)計速度為120 km/h，采用雙向4車道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，汽車荷載等級均采用公路-Ⅰ級，由于全線中小跨徑橋梁較多且上部結(jié)構(gòu)均為25 m輕型T梁，故輕型T梁集中在預(yù)制廠生產(chǎn)，采用C50混凝土澆筑，T梁具體尺寸（單位：mm）如圖1所示.

2 試驗設(shè)計及試驗過程

2.1 試驗設(shè)計

T梁在預(yù)制過程中，其外觀容易出現(xiàn)色澤不均勻的情況，尤其是下馬蹄等部位倒角處出現(xiàn)較多氣泡，影響其結(jié)構(gòu)性能及耐久性.故根據(jù)實地調(diào)研及文獻閱讀經(jīng)驗得知，影響蒸養(yǎng)效果的主要因素為升溫速率、恒溫溫度；影響振動效果的主要因素為振搗頻率、澆筑層高度.因此開展縮尺節(jié)段對照試驗，在確保其他因素相同的情況下研究升溫速率、恒溫溫度、恒溫時間及振搗方式、澆筑高度對成型后T梁測區(qū)回彈強度的影響，試驗方案如表1所列.

澆筑方式有兩種，其中J1表示全梁分4層澆筑，J2表示全梁分5層澆筑，其層厚布置（單位：mm）如圖2所示.

振搗方式有兩種，其中Z1表示振搗操作順序為澆筑第1層后，開啟下層振搗器，待澆筑完第2、3層，開啟上下兩層振搗器，待澆筑完第4層，僅開啟上層振搗器；Z2表示振搗操作順序為澆筑第1層后，開啟下層振搗器，待澆筑完第2、3層，開啟下層振搗器，待澆筑完第4層，僅開啟上層振搗器，待澆筑完第5層，僅開啟上層振搗器.

2.2 試件制作及養(yǎng)護

2.2.1 模板支護及鋼筋綁扎

考慮到澆筑的便利性及試驗的經(jīng)濟性，縮尺節(jié)段梁模具使用隔斷處理的鋼模板，后按照試驗設(shè)計進行鋼筋綁扎，操作過程如圖3所示.

2.2.2 試件澆筑

所有T梁采用C50混凝土澆筑，試驗最佳配合比如表2所列，其中水泥為祁連山牌普通硅酸鹽水泥（P.Ⅱ52.5R），所用粗骨料主要為兩種粒徑范圍的碎石，其中粒徑為10～20 mm的碎石骨料質(zhì)量占比為65%，5～10 mm的碎石骨料質(zhì)量占比為35%，細骨料為中砂，粉煤灰為梁廠附近熱電廠生產(chǎn)，礦粉級別為S96級，減水劑采用北京中德新亞所生產(chǎn)的高性能羧酸減水劑，減水率為15%.將攪拌好的混凝土用魚雷罐車運輸?shù)綕仓龅兀瑵仓罢駬v方式按試驗設(shè)計執(zhí)行.

2.2.3 試件養(yǎng)護

待梁體拆模后由龍門吊運輸至智能溫控蒸汽養(yǎng)護室，依據(jù)試驗方案對不同編號的試件輸入蒸養(yǎng)參數(shù)，按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）^[10]蒸養(yǎng)28 d，養(yǎng)護過程如圖4所示.

2.2.4 試驗方法

養(yǎng)護結(jié)束后，采用回彈儀測試技術(shù)對預(yù)制T梁構(gòu)件進行無損檢測，根據(jù)《橋梁混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)規(guī)程》（T/GECSG：J50-01—2019）^[11]分別在腹板、下馬蹄區(qū)域?qū)ΨQ選取測區(qū)，每個測區(qū)均勻布置12個測點，根據(jù)規(guī)范按照式（1）對獲得的回彈值進行處理，最終結(jié)果取平均值作為參考.

f=0.025×10－0.0358dmR^2.0108m，（1）

式中，f為強度計算值，dm為測區(qū)內(nèi)碳化程度平均值，Rm為測區(qū)內(nèi)回彈模量平均值.

3 試驗結(jié)果分析

3.1 恒溫溫度影響規(guī)律分析

按表2方案進行試驗，且將養(yǎng)護時恒溫溫度分別為45、50、55 ℃的試件回彈值進行換算，對得出的強度值進行匯總分析，得到恒溫溫度與強度值之間的變化規(guī)律如圖5所示.

由圖5可知，在參數(shù)條件一致的情況下，隨著恒溫溫度升高，試件回彈強度增長了25%，但達到50 ℃以后呈現(xiàn)下降趨勢，平均下降1.3%，據(jù)分析其原因為恒溫溫度升高，混凝土水化程度增加，隨之加劇了水汽轉(zhuǎn)化對孔隙結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致后期強度降低，因此恒溫溫度選擇50 ℃.

3.2 升溫速率影響規(guī)律分析

升溫速率與強度值之間的變化規(guī)律如圖6所示.

由圖6可知，隨著升溫速率的增加，試件各測區(qū)回彈強度有所降低，升溫速率為5.5 ℃/h時，其回彈強度下降約4.3%；升溫速率為6.5 ℃/h時，其回彈強度下降約1.6%，整體上回彈強度與升溫速率呈反比例關(guān)系，據(jù)分析原因在于升溫加快水泥的水化反應(yīng)，同時也加速了液態(tài)水向氣態(tài)水的轉(zhuǎn)化過程，還會隨混凝土產(chǎn)生膨脹力，使得其對混凝土孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，尤其是內(nèi)部容易產(chǎn)生膨脹微細裂紋，升溫速率越快，這種作用效果越明顯.因此，建議升溫速率選擇4.5 ℃/h.

3.3 澆筑方式影響規(guī)律分析

由于T梁屬于異形構(gòu)件，其腹板高寬比較大，為保證澆筑質(zhì)量常需要分層澆筑，不同的分層方式下其厚度對成型后的構(gòu)件質(zhì)量影響不同，因此需針對兩種不同的澆筑方式討論其對回彈強度的影響，J1、J2兩種澆筑方式對回彈強度的影響規(guī)律如圖7所示.

由圖7可知，改變澆筑方式即增加布料層數(shù)后，其腹板及馬蹄部位測區(qū)的強度回彈值平均增加了6.8%.觀察兩種澆筑方式對應(yīng)的構(gòu)件外表可以發(fā)現(xiàn)，隨著布料層數(shù)的增加，采用J2澆筑的試驗梁（5層布料）馬蹄部位的大氣泡（半徑＞5 mm）、小氣泡（0＜半徑＜5 mm）比采用J1澆筑試驗梁（4層布料）的氣泡數(shù)量均減少了1/3左右.因此，建議采用J2澆筑方式進行剩余構(gòu)件生產(chǎn).

3.4 振搗方式影響規(guī)律分析

不同振搗方式對測區(qū)回彈強度的影響規(guī)律如圖8所示.

由圖8可知，采用Z2振搗后的試驗梁測區(qū)回彈強度值比Z1振搗后試驗梁的回彈強度值提升9.7%，且Z2振搗后大氣泡的數(shù)量與Z1振搗試驗梁相差不多，小氣泡數(shù)量減少了20%左右.因此，采用Z2振搗有助于改善馬蹄氣泡問題.

4 T梁生產(chǎn)質(zhì)量影響因素顯著性分析

" 在試驗研究的基礎(chǔ)上，基于顯著性分析理論，借用方差分析法及MATALB軟件對T梁生產(chǎn)影響因素進行分析，得到各因素的顯著性程度，以便在實際生產(chǎn)中對生產(chǎn)方案進行調(diào)整.

首先建立原檢驗假設(shè)H0：各樣本總體均值相等；以及備擇假設(shè)H1：各樣本總體均值不等或不全等.根據(jù)試驗結(jié)果確定自由度，計算樣本均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差及均數(shù)，對研究數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，若原假設(shè)和備擇假設(shè)關(guān)于參數(shù)成正態(tài)分布，則進行參數(shù)假設(shè)檢驗，若不符合則進行非參數(shù)假設(shè)檢驗.經(jīng)計算，本次試驗各組數(shù)據(jù)在0.05水平下，總體數(shù)據(jù)均屬于正態(tài)分布.繼續(xù)計算主要指標(biāo)F值和P值.F值為組間和組內(nèi)離差平方和與自由度的比值，計算所得的F值與同自由度下的標(biāo)準(zhǔn)F值比較，F(xiàn)值越大說明差異越明顯；P值用以判斷原檢驗假設(shè)為真的概率，P值越小即說明H0發(fā)生概率越小，也即備擇假設(shè)H1為真的概率越大.即在本次試驗中，當(dāng)F＜F0.05時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響不顯著；當(dāng)F0.05＜F＜F0.01時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響顯著；當(dāng)F0.01＜F時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響非常顯著.當(dāng)P＜0.01時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響非常顯著；當(dāng)0.01＜P＜0.05時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響顯著；當(dāng)0.05＜P時，參數(shù)對試驗結(jié)果影響不顯著.

各影響因素對回彈強度的顯著性分析結(jié)果如表3所列，各顯著性變化關(guān)系如圖9所示.由圖9可知，各影響因素按顯著性水平高低依次為：振搗方式gt;澆筑方式gt;恒溫溫度gt;升溫速率.

基于顯著性分析結(jié)果對預(yù)制T梁的蒸養(yǎng)制度及澆筑振搗工藝進行調(diào)整最終結(jié)果表明，裝配式T梁采用調(diào)整后的預(yù)制方案，其生產(chǎn)質(zhì)量顯著提升.

5 結(jié)論

本文從試驗研究及理論分析計算兩個方面對裝配式T梁生產(chǎn)質(zhì)量影響因素展開研究，得出如下結(jié)論并為今后裝配式橋梁的預(yù)制生產(chǎn)提供有益參考.

（1）經(jīng)過試驗研究，建議恒溫溫度選擇50 ℃、升溫速率選擇4.5 ℃/h，澆筑振搗時適當(dāng)增加布料層數(shù)并采用合適的振搗方案以改善馬蹄氣泡問題.

（2）經(jīng)過顯著性分析可得各影響因素顯著性水平高低依次為：振搗方式gt;澆筑方式gt;恒溫溫度gt;升溫速率.

（3）基于分析結(jié)果對預(yù)制T梁蒸養(yǎng)制度及澆筑振搗工藝進行調(diào)整，其生產(chǎn)質(zhì)量得到顯著提升.

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［責(zé)任編輯：李嵐 杜佳］

基金項目：安徽省教育廳高校自然科學(xué)研究項目（KJ2018A0734）

作者簡介：胡騰飛（1986-），男，安徽宿州人，講師，碩士，研究方向為橋梁等工程施工.E-mail：343737164@qq.com.