基于显著性分析的装配式T梁生产质量影响因素试验研究

2025-01-17胡腾飞

兰州文理学院学报(自然科学版) 2025年1期

摘要：依托某工程预制梁厂，对其T梁构件生产质量影响因素进行了系统研究.首先基于试验最佳配合比，在广泛调阅相关文献的基础上，采取试验研究及理论计算的方法探究了恒温温度及升温速率等蒸养参数及3种不同的浇筑振捣工艺对成型后T梁测区回弹强度的影响规律；其次，在试验研究的基础上，基于显著性分析理论，运用方差分析法得到影响T梁构件生产质量的显著性因素；最后对预制T梁的蒸养制度及浇筑振捣工艺进行了调整，最终结果表明，装配式T梁采用调整后的预制方案，其生产质量得到了显著提升.

关键词：预制T梁；生产质量；试验研究；振捣浇筑；蒸养制度；显著性分析

中图分类号：U445.4"" 文献标志码：A" 文章编号：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

装配式建造技术因其施工简便、周期短及低碳环保等显著优点在工程界深受欢迎，通常先选择合适的场地大量预制构件，再运往施工现场进行拼装^[1-2].T梁在预制生产时由于浇筑振捣工艺不佳等原因会导致梁体马蹄斜面部位出现大面积“蜂窝”现象，以及由于蒸养不到位导致梁体出现“表面色差”、“强度不达标”等质量通病^[3-6]，从而严重影响构件外观质量及耐久性，因此，对预制T梁生产质量影响因素展开研究，以提高预制构件的整体质量.

目前，针对预制混凝土T梁生产质量方面的研究大多集中在原材料筛选、模板调整和养护工艺优化等方面.肖作锐等^[7]主要从混凝土配合比设计方面研究影响预制混凝土梁表面质量的关键因素；龙先林^[8]结合以往工程经验，对预制T梁各生产环节关键技术进行分析，提出生产过程关键质量控制措施；邓波^[9]依托工程实例，对T梁构件蒸养制度进行系统性研究，通过试验研究法得到减少气泡数量的关键措施，结果表明，采用该措施后T梁外观质量得到有效提高.对于预制T梁这种异形构件，只有严格控制其浇筑及蒸养质量才能保证成型后满足质量要求，而现有研究虽然对浇筑振捣工艺及蒸养方式有一些探讨，但对最终提出的蒸养方式及浇筑振捣工艺没有进行试验验证，也未在实际工程中进行应用.

本文以某高速公路预制梁厂工程为实例，以梁厂原配合比作为试验基础，设计缩尺模型对照试验，探究了升温速率、恒温温度及恒温时间等蒸养参数及3种不同浇筑振捣工艺对成型后T梁测区回弹强度的影响规律；在试验研究的基础上，基于显著性分析理论运用方差分析法得到影响T梁构件生产质量的显著性因素，并将预制T梁的蒸养制度及浇筑振捣工艺进行调整，最后将调整后的预制方案成功应用在后续T梁生产中.

1 工程概况

某高速公路全长134.158 km，采用全立交、全封闭形式，设计速度为120 km/h，采用双向4车道设计标准，汽车荷载等级均采用公路-Ⅰ级，由于全线中小跨径桥梁较多且上部结构均为25 m轻型T梁，故轻型T梁集中在预制厂生产，采用C50混凝土浇筑，T梁具体尺寸（单位：mm）如图1所示.

2 试验设计及试验过程

2.1 试验设计

T梁在预制过程中，其外观容易出现色泽不均匀的情况，尤其是下马蹄等部位倒角处出现较多气泡，影响其结构性能及耐久性.故根据实地调研及文献阅读经验得知，影响蒸养效果的主要因素为升温速率、恒温温度；影响振动效果的主要因素为振捣频率、浇筑层高度.因此开展缩尺节段对照试验，在确保其他因素相同的情况下研究升温速率、恒温温度、恒温时间及振捣方式、浇筑高度对成型后T梁测区回弹强度的影响，试验方案如表1所列.

浇筑方式有两种，其中J1表示全梁分4层浇筑，J2表示全梁分5层浇筑，其层厚布置（单位：mm）如图2所示.

振捣方式有两种，其中Z1表示振捣操作顺序为浇筑第1层后，开启下层振捣器，待浇筑完第2、3层，开启上下两层振捣器，待浇筑完第4层，仅开启上层振捣器；Z2表示振捣操作顺序为浇筑第1层后，开启下层振捣器，待浇筑完第2、3层，开启下层振捣器，待浇筑完第4层，仅开启上层振捣器，待浇筑完第5层，仅开启上层振捣器.

2.2 试件制作及养护

2.2.1 模板支护及钢筋绑扎

考虑到浇筑的便利性及试验的经济性，缩尺节段梁模具使用隔断处理的钢模板，后按照试验设计进行钢筋绑扎，操作过程如图3所示.

2.2.2 试件浇筑

所有T梁采用C50混凝土浇筑，试验最佳配合比如表2所列，其中水泥为祁连山牌普通硅酸盐水泥（P.Ⅱ52.5R），所用粗骨料主要为两种粒径范围的碎石，其中粒径为10～20 mm的碎石骨料质量占比为65%，5～10 mm的碎石骨料质量占比为35%，细骨料为中砂，粉煤灰为梁厂附近热电厂生产，矿粉级别为S96级，减水剂采用北京中德新亚所生产的高性能羧酸减水剂，减水率为15%.将搅拌好的混凝土用鱼雷罐车运输到浇筑场地，浇筑及振捣方式按试验设计执行.

2.2.3 试件养护

待梁体拆模后由龙门吊运输至智能温控蒸汽养护室，依据试验方案对不同编号的试件输入蒸养参数，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019）^[10]蒸养28 d，养护过程如图4所示.

2.2.4 试验方法

养护结束后，采用回弹仪测试技术对预制T梁构件进行无损检测，根据《桥梁混凝土结构无损检测技术规程》（T/GECSG：J50-01—2019）^[11]分别在腹板、下马蹄区域对称选取测区，每个测区均匀布置12个测点，根据规范按照式（1）对获得的回弹值进行处理，最终结果取平均值作为参考.

f=0.025×10－0.0358dmR^2.0108m，（1）

式中，f为强度计算值，dm为测区内碳化程度平均值，Rm为测区内回弹模量平均值.

3 试验结果分析

3.1 恒温温度影响规律分析

按表2方案进行试验，且将养护时恒温温度分别为45、50、55 ℃的试件回弹值进行换算，对得出的强度值进行汇总分析，得到恒温温度与强度值之间的变化规律如图5所示.

由图5可知，在参数条件一致的情况下，随着恒温温度升高，试件回弹强度增长了25%，但达到50 ℃以后呈现下降趋势，平均下降1.3%，据分析其原因为恒温温度升高，混凝土水化程度增加，随之加剧了水汽转化对孔隙结构的影响，导致后期强度降低，因此恒温温度选择50 ℃.

3.2 升温速率影响规律分析

升温速率与强度值之间的变化规律如图6所示.

由图6可知，随着升温速率的增加，试件各测区回弹强度有所降低，升温速率为5.5 ℃/h时，其回弹强度下降约4.3%；升温速率为6.5 ℃/h时，其回弹强度下降约1.6%，整体上回弹强度与升温速率呈反比例关系，据分析原因在于升温加快水泥的水化反应，同时也加速了液态水向气态水的转化过程，还会随混凝土产生膨胀力，使得其对混凝土孔隙结构产生破坏作用，尤其是内部容易产生膨胀微细裂纹，升温速率越快，这种作用效果越明显.因此，建议升温速率选择4.5 ℃/h.

3.3 浇筑方式影响规律分析

由于T梁属于异形构件，其腹板高宽比较大，为保证浇筑质量常需要分层浇筑，不同的分层方式下其厚度对成型后的构件质量影响不同，因此需针对两种不同的浇筑方式讨论其对回弹强度的影响，J1、J2两种浇筑方式对回弹强度的影响规律如图7所示.

由图7可知，改变浇筑方式即增加布料层数后，其腹板及马蹄部位测区的强度回弹值平均增加了6.8%.观察两种浇筑方式对应的构件外表可以发现，随着布料层数的增加，采用J2浇筑的试验梁（5层布料）马蹄部位的大气泡（半径＞5 mm）、小气泡（0＜半径＜5 mm）比采用J1浇筑试验梁（4层布料）的气泡数量均减少了1/3左右.因此，建议采用J2浇筑方式进行剩余构件生产.

3.4 振捣方式影响规律分析

不同振捣方式对测区回弹强度的影响规律如图8所示.

由图8可知，采用Z2振捣后的试验梁测区回弹强度值比Z1振捣后试验梁的回弹强度值提升9.7%，且Z2振捣后大气泡的数量与Z1振捣试验梁相差不多，小气泡数量减少了20%左右.因此，采用Z2振捣有助于改善马蹄气泡问题.

4 T梁生产质量影响因素显著性分析

" 在试验研究的基础上，基于显著性分析理论，借用方差分析法及MATALB软件对T梁生产影响因素进行分析，得到各因素的显著性程度，以便在实际生产中对生产方案进行调整.

首先建立原检验假设H0：各样本总体均值相等；以及备择假设H1：各样本总体均值不等或不全等.根据试验结果确定自由度，计算样本均值、方差、标准差及均数，对研究数据进行正态分布检验，若原假设和备择假设关于参数成正态分布，则进行参数假设检验，若不符合则进行非参数假设检验.经计算，本次试验各组数据在0.05水平下，总体数据均属于正态分布.继续计算主要指标F值和P值.F值为组间和组内离差平方和与自由度的比值，计算所得的F值与同自由度下的标准F值比较，F值越大说明差异越明显；P值用以判断原检验假设为真的概率，P值越小即说明H0发生概率越小，也即备择假设H1为真的概率越大.即在本次试验中，当F＜F0.05时，参数对试验结果影响不显著；当F0.05＜F＜F0.01时，参数对试验结果影响显著；当F0.01＜F时，参数对试验结果影响非常显著.当P＜0.01时，参数对试验结果影响非常显著；当0.01＜P＜0.05时，参数对试验结果影响显著；当0.05＜P时，参数对试验结果影响不显著.

各影响因素对回弹强度的显著性分析结果如表3所列，各显著性变化关系如图9所示.由图9可知，各影响因素按显著性水平高低依次为：振捣方式gt;浇筑方式gt;恒温温度gt;升温速率.

基于显著性分析结果对预制T梁的蒸养制度及浇筑振捣工艺进行调整最终结果表明，装配式T梁采用调整后的预制方案，其生产质量显著提升.

5 结论

本文从试验研究及理论分析计算两个方面对装配式T梁生产质量影响因素展开研究，得出如下结论并为今后装配式桥梁的预制生产提供有益参考.

（1）经过试验研究，建议恒温温度选择50 ℃、升温速率选择4.5 ℃/h，浇筑振捣时适当增加布料层数并采用合适的振捣方案以改善马蹄气泡问题.

（2）经过显著性分析可得各影响因素显著性水平高低依次为：振捣方式gt;浇筑方式gt;恒温温度gt;升温速率.

（3）基于分析结果对预制T梁蒸养制度及浇筑振捣工艺进行调整，其生产质量得到显著提升.

参考文献：

[1] 肖作锐.预制梁表面气孔的影响因素及控制要点[J].四川水泥，2019（12）：335.

[2] 尹德玉.控制桥梁工程预制T梁施工质量的方法研究[J].四川建材，2019，45（4）：130-131.

[3] 曹皓，汪志甜，周小伍.预制构件C50混凝土蒸养制度优化试验研究[J].四川建材，2023，49（5）：17-20.

[4] 邓波.降低预制混凝土T梁外观气泡数量的措施[J].四川水泥，2020（6）：275.