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小型渠系装配式建筑物的优化与评价

发布时间:2022-10-29 10:40
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.1.1选题来源 1
1.1.2研究背景 1
1.1.3研究意义 2
1.2国内外研究进展 3
1.2.1水利工程装配式建筑物研究进展 3
1.2.2装配式建筑物砂浆材料研究进展 5
1.2.3装配式建筑物评价体系研究进展 7
1.3研究内容与技术路线 8
1.3.1研究内容 8
1.3.2技术路线 8
第2章小型渠系装配式建筑结构优化设计 10
2.1小型渠系水利建筑物概述 10
2.2四种小型渠系水利建筑物装配式结构设计 10
2.2.1装配式建筑物构件拆分原则 10
2.2.2四种小型渠系建筑物装配式结构拆分 11
2.2.3装配式建筑物构件连接方式 17
2.3装配式渠首稳定分析 18
2.3.1装配式渠首结构布置与尺寸确定 18
2.3.2装配式渠首稳定分析 21
2.3.3装配式渠首结构分析 22
2.3.4计算结果分析 24
2.4本章小结 28
第3章渠系装配式建筑连接材料砂浆的性能试验 29
3.1试验目的 29
3.2试验方案 29
3.2.1试验材料 29
3.2.2试验因素 30
3.2.3配合比设计 33
3.2.4水泥砂浆的拌合与装模 35
3.2.5水泥砂浆基本性能检测 36
3.3结果分析 39
3.3.1极差分析 39
3.3.2砂浆稠度与抗压强度极差分析结果 39
3.4试验验证 46
3.5试验结果分析 47
3.6本章小结 48
第4章小型渠系装配式建筑物评价指标体系 49
4.1小型渠系装配式建筑物影响因素分析 49
4.1.1小型渠系装配式建筑物规划设计阶段影响因素分析 49
4.1.2小型渠系装配式建筑物生产安装影响因素分析 50
4.1.3小型渠系装配式建筑物管理与效益影响因素分析 51
4.2小型渠系装配式建筑物评价权重的确定一层次分析法 52
4.2.1层次分析的基本方法和步骤 52
4.2.2小型渠系装配式建筑物层次结构模型 54
4.2.3小型渠系装配式建筑物评价权重计算结果 55
4.3小型渠系装配式建筑物评价指标 58
4.4本章小结 62
第 5 章 结论与展望 63
5.1结论 63
5.2展望 64
参考文献 65
致谢 68
第1章绪论
1.1研究背景和意义
1.1.1选题来源
水利部技术示范项目《田间工程装配式建筑物的应用研究与推广》(SF-201617).江 苏省水利科技项目《江苏省农业节水关键技术研究与推广》(2016002)»
1.1.2研究背景
改革开放后,我国农业发展有了很大的突破,但资源总量多,人均占有量少,优质的 耕地面积少,水资源分布不均这是我国的基本国情。随着农业现代化的发展,生产方式的 转变等,传统的农田水利工程施工受气候温度、施工速度、施工质量等条件制约,严重阻 碍了农业现代化的发展,需要我们研究新技术、新方法,解决目前农田水利发展的困境。 装配式技术在农田水利工程上的运用,有效的改善了传统农田水利工程施工质量、速度与 成本之间的矛盾问题。
1993年,“农田水利装配式建筑物技术”被国家科学技术委员会列为国家级重点推广 的技术。20世纪90年代以来,我国农田水利工程装配式的技术成果,推动了我国农田水 利工程装配式的发展【九国家对装配式建筑的越来越重视,颁布了一系列针对装配式建筑 发展的指导意见。
2016年为发布了装配式建筑指导意见,该文件分别从规范、设计、生产、施工、装 修、建材、总承包、质量安全方面规定了八项任务。2018年11月,李克强在电话会议中 对全国的冬春农田水利工程基础建设作岀重要批示:要进一步加强农田水利工程基础建 设,推动农业现代化的发展。
21世纪以来,现代先进制造技术、信息技术、新材料迅速发展,正在加速传统农业 的生产方式与产业变革升级,传统的农田水利工程建筑物主要靠人力和机械完成土方开 挖、钢筋的绑扎和混凝土的浇筑,装配式建筑物的出现为农田水利工程建筑物的发展带来 了新的研究方向。经过不断改进,新科技的发展,国家的重视,装配式建筑技术的发展已 经有了一些成果。但目前仍然以传统钢筋混凝土结构为主,装配式结构农田水利建筑物应 用不多,还存在结构型式不标准:规格没有系列化;构件规格欠统一;新材料开发应用不 多;预制不方便;外观质量有待改善等问题〔2];这些都制约了农田水利装配式建筑物的进 一步推广应用。现阶段迫切需要站在行业发展的角度,顺应新形势,从建筑物的特异性中 找到共性并提炼出标准化系列化成果,来满足经济社会发展对建筑物装配化需求。
1.1.3研究意义
发展装配式的建筑物是建造方式一项重要变革,是建筑行业的一大进步,是推进供给 侧改革重要举措。装配式筑物利用工厂预制,经过运输,现场组装,新型的建筑方式大大 提高了建筑质量与生产效率、节约了资源能源、减少施工污染⑶。将装配式建筑运用到农 田水利工程也是农田水利工程发展的一个转折点,本文从农田水利装配式建筑物结构优化 设计、装配式建筑物砂浆连接材料、装配式评价指标体系三个方面来对农田水利装配式展 开探讨。大力发展农田水利工程装配式建筑物对于工程特点、环境方面、社会发展、水利 装配式发展等各方面都有重要的意义。
一是对于农田水利工程自身特点而言,装配式建筑工厂预制现场组装,解决了农田水 利工程面广量大,不易集中拌料施工的难题。农田水利工程的施工受农作物生长的影响, 一般在春耕前秋收后实施,施工期限较短。装配式建筑物有效的解决了这一缺陷,工厂预 制,现场只需组装即可,方便快捷,显著的提高了施工效率⑷。
二是对于环境方面,装配式建筑物采用绿色建材,并努力开发绿色新型建筑材料,淘 汰不符合节能环保、质量较差的材料,使得建筑物的材料更加环保、绿色、安全。目前装 配式建筑物复合材料的使用,有效的降低了构件的重量,对于构件的运输、装配提供了更 安全有效的保证。现浇的农田水利工程,需要一个场地专门堆放、搅拌混凝土,以及边角 料等,往往会占用田地影响作物的生长,现场搅拌混凝土等施工噪音也会影响周边的居民。 装配式建筑物将材料、搅拌等工具和工序都迁至工厂,工厂的流水线生产,模具的重复利 用,提高了生产效率,降低了成本。
三是对于社会发展,装配式创新技术的运用给水利工程建筑注入了新的血液,随着科 学技术的不断发展,多功能、新材料、自动化装配式建筑物的出现,使装配式建筑物实现 商品化、信息化、工业化。装配式创新技术的发展,响应了国家的号召,系统化的培养装 配式建筑设计、生产、施工、管理等专业人才,促进了农民工人向技术工人的转型。促进 新兴产业的出现,给社会带来新的就业方向⑸。
四是基于目前装配式水利基础事业建设在我国的发展现状和趋势,迫切需要建立一套 适合水利行业的装配式评价体系,制定并实施统一、规范的评价标准。对规范我国水利行 业工业化建筑评价,保障装配式建筑物质量,推进水利建筑工业化发展,促进传统的建造 方式向现代水利工业化的建造转变,具有重要的引导作用,也是推动建筑产业现代化持续 健康发展的重要基础。
1.2国内外研究进展
农田水利工程装配式建筑的运用,是多、快、好、省推进水利建设事业的一项重要革 新措施。装配式建筑研究的重点与难点就在于结构型式的标准化、构件的合理拆分、连接 和材料的选择及连接的抗渗性能、合理评价指标的构建等,本文针对小型渠系水利工程建 筑装配式进行研究,现就水利工程装配式建筑的结构、连接材料、评价体系的研究进展阐 述如下:
1.2.1水利工程装配式建筑物研究进展
水利工程在研究最复杂结构建筑物时,装配式建筑物的诸多优点得到了设计者们的青 睐,在1932年斯维尔水电站厂房构架、船闸设备都运用了装配式混凝土结构【6〕,1985修 建的悉尼莫水电站成为了当时世界最大的装配式水电站⑺,装配式水利工程的研究应用由 此开展起来。
1955年苏联为提高发电厂工程质量、加快施工进度、减少劳动力,提出建筑工业化, 发展装配式的基础结构,制造与安装最大程度的机械化同。美国于20世纪70年代,盛行 装配式,先后出台了一系列严格的行业行为规范标准,一直沿用到今。
Ballard G和Harper 2刃从效率、施工工艺等角度,对装配式墙、柱、梁、板的安装方 案利用遗传算法进行了优化。且其研究结果表明,在合理的设计与组织设计情况下,装配 式技术无论是从工艺还是效率方面都优于传统的建造方式。
装配式建筑物的连接方式是装配式建筑工艺的技术难点,也是装配式建筑物发展过程 中的重点。合理的连接方式不仅提高装配式建筑物的质量,同时也有利于方便施工,减少 装配式时间。Piltant, Hl⑼阐述了采用螺栓连接超静定预应力构件的预制原理和方法。同时 也指岀,由于混凝土结构具有超静定特性,其制造标准化,装配工作减少到最低限度,其 标准化,因此可以大幅减轻混凝土结构的重量。
装配式建筑物与传统建筑物的工艺不同,所用的混凝土材料配比相应的也会有所改 变。优化设计需要不断发展,以获得一种早期强度高、工作性好、经济实用的预制混凝土 理想配合比o JingliH']选用低碱度硫酸盐水泥与普通硅酸盐水泥混和,加入聚竣酸系高效 减水剂和硫酸钠,以水灰比、水泥含量、高效减水剂含量和砂率为四个主要因素,通过正 交试验选出早期强度较高,理想的装配式混凝土配合比。
我国水利工程装配式建筑物研究始于20世纪五六十年代。:1955年,水利部召开的全 国水利施工会议上,黑龙江省介绍了装配式渡槽的施工经验。此后,这一先进的设计、施工 方法,开始引起了各地的重视。1956年在湛江地区有80%的水工建筑物采用装配式,先后 建成四万余座,结构种类有20多种2。推广初期主要是“积木”形式,逐渐应用轻型结 构,而后使用钢丝网水泥、预应力混凝土构件等,近些年又推广少筋无筋结构【旧。
高邮市研制的装配式建筑物模具,经过了从木模到钢木结合再到机械化流水线生产的 发展过程。目前,已经形成灌溉、排降、交通三大系列,计10个品种38个型号,可供山 丘区、号区、平原区的粘土和砂土区选用。该项成果已于1992年11月通过部级鉴定网。
随着信息化技术的发展,将装配式建筑构件与数字技术结合,是越来越多的研究者的 研究方向。信息化的组织管理,能够给装配式建筑物的发展锦上添花,推动装配式建筑物 朝着现代化的方向前进。其中梅坍3通过寻找数字建筑和与其相应的装配建造的思维方式 和一般性的建造流程方法,并将其应用在小型设计实践活动中。
随着国家对水利工程建设投资力度的逐年加大,装配式板桥在各类水利工程中也大量 采用,但作为装配式板桥的连接方式较缝,最易产生病害的部位之一。衣海明〔⑹对此从多 个角度进行分析,并提出优化措施及施工质量控制措施,为同类桥以后建设提供了参考。
近年来江苏省对农田水利装配式建筑物的研究极大的推进了装配式建筑物的发展。
2015年扬州大学,针对江苏省的农田水利重点县工程,编制了现代化农村水利基础建设 标准;2016江苏省高邮市,在已有的防渗渠道、田间工程装配式建筑物的基础上,采用 了新型复合的板材、高温压制等较先进的生产技术;2018年张少卿切对田间的装配式涵闸 进行了三个方面的研究,一是装配式涵闸断面的定型设计,得到不同控制面积涵闸的断面 直径。二是以田间的涵闸洞首为例,对田间的装配式建筑涵闸结构所受的力进行分析,得 到C25混凝土装配式涵闸底板的厚度为20cm时,结构强度均满足规范要求。三是对装配 式泡沫混凝土材料配比进行了研究,得到了满足要求的混凝土材料最优配比。
2019年韩廷超阴对一种新型的田间装配式涵闸进行了研究。研究内容分为三个部分, 一是对装配式的涵闸结构,进行了优化设计,最后将涵闸拆分为8个构件,采用了桦式接 头与螺栓的连接方式。二是对装配式建筑轻质混凝土的材料进行了初步研究,得到满足设 计强度要求的轻质混凝土最优配和比。三是对装配式涵闸的安装过程、质量控制等进行了 阐述,使得装配式涵闸的安装质量得到了有效的控制。总得来说对田间涵闸结构、材料、 连接方式等进行了详细的研究,推动了轻质及强度都兼备装配式建筑物发展。
装配式建筑从构件设计、节点连接、构件信息化、建筑材料的优化等各方面研究,都 在不断地完善与进步。总的来说,装配式建筑物具有加快施工速度,提高生产效率,节约 能源的优势,是现代化建筑物最重要的结构形式之一。从环保和节能的角度讲,装配式建 筑技术,能够减少环境污染,取得较大的经济效益,在我国有着广阔的发展前景【闵。
1.2.2装配式建筑物砂浆材料研究进展
砂浆是由无机胶凝材料与细集料和水按比例拌和而成的建筑工程材料,是建筑行业中 一种基本的建筑材料,用于砌筑和抹灰工程,起着粘结、装饰、防护、衬垫等多种关键性 的作用[20】。随着建筑业的发展,对合理高效的砂浆性能研究也越来越深入广泛。
影响砂浆性能的因素有很多,如砂浆配合比、掺合料、添加剂等等,近年来针对砂浆 的适应范围以及提高砂浆的性能特点等有了一定的研究成果。本文将近些年砂浆研究成果 整理如下:
砂浆在装配式建筑物中主要是为了使装配式建筑物成为连续结构,作为力的传输介 质,因此超高强度续接砂浆是装配式建筑物的重要材料。赖宜政PH等人对超高强度水泥砂 浆在装配式构件钢筋续接工程中应用进行了研究,文中介绍了超高强度续接砂浆在实际工 程中的运用案列。赵唯坚【22]在第21届全国结构工程学术会议特邀报告中,对超高强材料 与装配式结构互相之间的关系进行了介绍。丘惠生等人创对超高强度续接砂浆在装配式连 接技术上的应用流程,及其材料特性进行了详细的阐述。
装配式建筑物构件属于刚性材料,连接所用砂浆,要求其具有粘结力强、收缩低、高 早强等性能【24】。普通砌筑砂浆性能,不能完全满足其要求,故许多研究者通过添加掺合料 以及外加剂来改善砂浆性能。如罗继明等人【25】在砂浆中添加一定比例的硅粉,研究结果指 出,硅粉能够改善砂浆的力学性能、密实性等多种性能。且在龙羊峡、葛洲坝、喀浪古尔 等诸多水工建筑物关键部位修补的实际工程中得到应用。刘富凯等人【26】通过对比试验研 究,测试了硅粉砂浆与基准砂浆的物理力学性能,分析了硅粉砂浆与基准砂浆抗拉强度、 抗压强度、耐磨程度等特性的不同。
高明等[27]通过试验研究了微硅粉掺量对磷酸镁水泥(MPC)砂浆性能的影响,试验研 究发现随着微硅粉的加入MPC水泥流动性显著降低,凝结时间也随之减少。微硅粉的加 入提高了 MPC水泥砂浆早期的抗压强度及抗折强度,且耐水性也有所提高,砂浆水化产 生的热作用促进微硅粉与氧化镁的反应生成MgSO3,填充砂浆内的孔隙,优化了砂浆的 性能。
严捍东等【28]等研究了粉煤灰对水泥基材料自生收缩和干燥收缩间的定性和定量关系。 试验结果显示,掺和粉煤灰的砂浆,早期的自生收缩有所降低。谢慧才[2刃等研究结果表明 粉煤灰在新老混凝土粘结界面中的应用,使界面化学作用显著增强。庄峰等【30】研究了粉煤 灰掺量对水泥胶砂的影响,表明粉煤灰掺量在30%范围时,浆体的结构密实,水化产物之 间的相互交叉、连接程度较好。
根据已有的研究,提高砂浆的综合效益可以通过掺和粉煤灰、硅粉等矿物质,速凝剂、 早强剂、减水剂等外加剂,普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等不同水泥,采用单一的途径 很难达到较好的效果⑴】。故对砂浆性能的改善研究,除了添加单一矿物质外,研究者们也 通过研究水泥混合体系以及矿物质外掺等来改善砂浆的性能。
陈娟等[32]通过研究水泥混合体系,使用仪器测试了外加剂缓凝剂、早强剂对硫铝酸盐 水化的影响,并从试验中发现了一些有良好调节性能的外加剂,由此开发研究了硫铝酸盐 水泥的新用途。龙广成等人el试验探讨了水胶比、粉煤灰种类等因素,在充分水化条件下, 砂浆体系中粉煤灰最佳掺量范围是20%-30%(质量分数)。
Ren Juanjuan〔34】等对水泥乳化沥青砂浆进行了研究,结果表示其独特性能与混凝土和 沥青作为混合材料水泥砂浆强度与沥青结合料的柔韧性。在预制件的关键部件板轨道及其 力学性能(如强度、刚度以及阻尼)对于平稳、安全的行驶起着重要作用。
马健生等[35]针对新型的装配式道路基层结构填缝所用的砂浆材料,通过复掺粉煤灰、 乳胶粉及复合外加剂等进行研究。试验数据显示复掺粉煤灰提高变形能力,同时乳胶粉的 掺入提高了材料的变形能力。李红英等阳通过研究不同复合体系,不同比例下砂浆强度、 收缩等性能。试验结果表明,当复合胶凝材料、掺入聚丙烯纤维等可明显提高胶砂抗压、 抗折强度,可配制出和易性好、强度高、凝结时间短的凝复合砂浆。聂法智等旳试验研究 结果表明配制砂浆时掺入部分粉煤灰、矿渣等矿物掺和料,改善了砂浆性能,减少了资源 消耗,降低了造价。
减水剂、速凝剂等外加剂已成为现代建筑材料中不可缺少的组成部分。聚合物乳液则 常用来改善水泥砂浆的力学性能、防水性等多种性能,称为聚合物改性砂浆/I。我国近些 年来随着对环境保护意识的增强,科学技术水平的提高,在1989年成功研制出TK-1型速 凝剂[39]。聂光临等[40]研究膨胀剂降低砂浆收缩率情况。黄天勇等的研究不同掺量的速凝剂 与石灰石粉对水泥浆体性能的影响,试验研究结果显示当速凝剂与石灰石粉掺量都为5% 时,水泥胶砂的凝结时间缩短、抗压强度略有提高。
装配式建筑物的材料与传统工艺用料有所不同,近些年对于装配式方面砂浆的研究有 着很大的进展。总的来说是从掺加矿物材料、外加剂、混合水泥、不同配比等角度进行研 究。针对不同用途,配置出符合构件需要的抗拉、抗压、和易性等要求的砂浆。除了关注 材料本身强度和体积等性能满足要求外,砂浆的环保、经济也作为研究一个方向。这也是 装配式建筑物大规模生产和应用的关键。
1.2.3装配式建筑物评价体系研究进展
装配式建筑的评价体系起源于日本,二战后日本政府出台系列装配式建筑的政策, 1965年制定了关于住宅五年计划,要求装配式的建筑占比要达到15%o于1969年出台文 件,展开材料、设备、制品标准各方面的研究调查,并依靠各有关协会,加强住宅的产品 化标准化工作M2]。从1970开始实施装配式住宅性能认定制度,由第三方评价机构定量化 评价住宅的性能。日本关于装配式建筑物的标准规范的主要内容包括:总则、性能要求、 部品材料、加工制造、脱模、储运、堆放、连接节点、现场施工、防水构造、施工验收和 质量控制等。
我国装配式建筑还处于初级阶段,近年来住房和城市建设部积极响应国家的政策,颁 布了诸多文件。2014年《装配式混凝土结构技术规程》首次将预制混凝土构件定义为装 配式结构,2015标准编制组颁布了《工业化建筑评价标准》〔43],提出了预制率、装配率 的计算方法。为适用装配式建筑更好的发展,2017年在此基础上重新修订发布了《装配 式建筑评价标准》Bl规范了全国各地对装配式建筑预制率、装配率、预制装配率等装配化 程度不同的衡量标准。2019年浙江省住建厅在《工业化建筑评价导则》的基础上修改, 批准《装配式建筑评价标准》为浙江省工程建设标准。
在装配式建筑发展过程中,评价标准体系作为政策制定和实施的参考依据,引导了装 配式建筑的发展方向。除住建部发布的一些文件标准外,一些学者从不同的角度对装配式 建筑物评价体系进行了一系列的研究。
朱百峰[45】以装配整体式建筑发展现状与绿色度为研究角度,对装配式建筑在生产、安 装、模具等各阶段出现的绿色性进行分析。赵为民等[46]对上海市装配式评价标准与国家装 配式标准进行了对比分析,并提出了适合上海市的装配式建筑评价体系构建的建议。黄佳 祯等[47]从装配式施工工艺角度,对装配式施工质量的评价进行了维度划分,利用粗糙集理 论对评价指标进行筛选并进行权重的确定,建立了装配式的建筑施工质量安全评价体系。
2015年以来,在产业改革和升级等政策支持下,装配式建筑物迅速发展,关于装配 式建筑物的产业标准、评价标准等文件相继颁布,但是大都关于房建和城市建设,农田水 利装配式建筑与房建影响因素不同,评价标准体系文件不能直接运用。现阶段装配式农田 水利方面的评价标准体系还基本没有,故应对此展开全面的研究。
1.3研究内容与技术路线
1.3.1研究内容
近年来关于渠系水利工程装配式建筑物研究卓有成效,但较多的是各种建筑物分别装 配,没有考虑到不同建筑物结构之间的相关关系,形状复杂,构件预制与施工不便;而且 同一渠系水利工程建筑物缺乏规范,施工质量不高,缺乏统一的评价指标体系等问题。
因此,研究和改进渠系水利工程装配式建筑物,提高装配式构件间的有效利用率,适 应现代农业发展要求。本文主要研究以下三个方面内容:
(1) 渠系水利装配式建筑物结构优化设计
构件拆分方式要合理,使之满足多种构件组装多种建筑物的要求;构件要轻巧,易于 运输,能够多次利用。选择合适的连接方法,以便于安装、结构稳定、止水防渗、持久耐 用;选取装配式农田水利装配式建筑物渠首为例,利用软件Abaqus,对其结构受力与整 体稳定分析。
(2) 装配式建筑物构件连接材料砂浆配合比试验
根据装配式建筑物的施工特点,从实用经济、便于推广角度出发,掺和粉煤灰和硅粉 改善砂浆性能,同时添加减水剂提高砂浆的和易性。通过正交试验,对试验结果进行数据 分析,综合考虑选出最优配合比。使其满足装配式建筑物的砌筑要求,同时能够节约材料、 快速施工、环保等综合效益都较好的砂浆配比。
(3) 渠系水利装配式建筑评价指标体系探讨
为装配式建筑物方案的综合评价和对比分析提供科学的方法依据。本文拟根据渠系水 利工程装配式建筑物从设计到投产过程中影响因素分析,制定其评价指标内容。利用层次 分析法求解评价指标的权重,结合权重对评价细则赋予合理的分值。将装配式项目评价分 过程分为设计评价、安装前评价与项目评价。每个评价阶段由各评审专家或监理工程师进 行打分,根据专家评价的分值来分析每个阶段是否需要整改。
1.3.2技术路线
本文所研究的内容分为三个部分,依次为小型渠系水利装配式建筑物结构优化设计与 渠首稳定分析、装配式建筑物构件连接材料砂浆配合比试验研究、渠系水利工程装配式建
筑评价指标体系探讨。具体的技术路线如图1-1。
小型渠系装配式建筑物的优化与评价
选题背景 国内外研究现状
 
总结
图i-i技术路线
第2章小型渠系装配式建筑结构优化设计
2.1小型渠系水利建筑物概述
渠系建筑物是指为了渠道能够正常运行,发挥其在渠道上各种功能而兴建的水工建筑 物。小型渠系水利基础设施包括控制、交差建筑物、泄水建筑物、落差建筑物、冲沙和沉 沙建筑物、量水建筑物以及专门建筑物和安全设备。具体的包括灌溉用的渠道及其田间建 筑物,排涝用的排水沟道、农田桥、涵、排水闸、排水站及抗旱用的水源设施等。水利枢 纽蓄水、引水等工程,只有与渠系工程建筑物配套,才能达到兴利目的。农田水利建筑物 具有施工作业条件复杂、施工季节性较强、管理维护制度不健全等特点,为适应农田水利 快速发展的需要,避免以往设计施工缺点,有必要针对渠系建筑结构特点,进行新型结构 方案设计。
2.2四种小型渠系水利建筑物装配式结构设计
2.2.1装配式建筑物构件拆分原则
根据装配式建筑物的特点,构件拆分的因素主要考虑其受力合理、构件制作与吊装方 便;连接和安装满足施工的要求;预制构件要标准化设计,最终达到构件“少规格、多组 合”的目的。装配式建筑物构件拆分原则主要可以分为以下几点:
1) 构件设计要便于工厂预制、运输和现场安装。根据现场实际构件满足预制、运输 和起重等条件,确定构件的最大尺寸和重量,一般农田水利预制构件长度不超过6m,宽 度不超过2.4 m。
2) 构件设计满足强度要求,构件连接接头应尽量设置在建筑受力较小处。
3) 构件设计接头满足应力要求,同时数量要尽可能的少,施工要方便,防渗性能好。
4) 构件的形状和尺寸应标准化,增强构件互换性,构件的种类应尽量减少,使得多 种构件组成多种建筑物。
5) 依据结构技术规程(JGJ1—2014)〔48〕,平面长宽比、高宽比(见表2-1),局部不 宜过大突出或凹入,质量、刚度分布均匀,平面形状宜简单、规则、对称。
 
表2-1构件平面尺度规定
装配整体式
剪力墙结构 非抗震地区 抗震地区设防烈度
6度 7度 8度
高宽比 <6 <6 <6 <5
长宽比 <6 <6 <6 <5
 
2.2.2四种小型渠系建筑物装配式结构拆分
本文根据涵闸、倒虹吸、涵洞、渠首的基本组成特点,并结合结构设计拆分原则,共 拆分为以下9种构件,选取其中几种构件,可以得到需要组装的建筑物。具体构件见图 2」〜图2-9o为便于连接,防止混凝土接触破坏,图2-1、图2-2.图2M的键槽内嵌不锈 钢埋件;图2-3与图2・1、图2-2、图2・4接触处外嵌不锈钢埋件。图厶2挡墙1预埋套筒, 以便于与图2-1底板的预埋钢筋连接。
 
 
图2-4挡墙2
图2-3翼墙
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图2-5平台
图2-6垫块
图2- 7涵管
图2-8弯管
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
组成建筑需要的具体构件见表2-2o
表2-2建筑物构件的组成
建筑物名称 组成构件
涵闸 底板、挡墙1、翼墙、平台、涵管、垫块、闸门、挡墙2
涵洞 底板、挡墙2、翼墙、涵管、垫块
倒虹吸 挡墙2、涵管、弯管、垫块
渠首 底板、挡墙1、翼墙、平台、涵管、垫块、闸门、挡墙2
 
装配式涵闸整体示意图见图2-10〜图2-12»
 
 
 
图2-11涵闸平面图
 
 
图2-12涵闸进水口正视图
装配式涵洞整体示意图见图2-13〜图2-15o
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图2-13涵洞纵剖面图
 
 
图2-14涵洞平面图
 
 
 
图2-15涵洞进水口正视图
图2-17倒虹吸平面图
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图2-18倒虹吸进水口正视图
图2-20渠首平面图
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图2-21渠首进水口正视图
 
2.2.3装配式建筑物构件连接方式
连接节点是装配式建筑物设计与施工的重点和难点,国内外现有的节点连接方式有: 樺式接头、浆锚接头、焊接接头、型钢支撑连接、密封套管连接、齿槽连接、钢筋焊接接 头、无焊接的接头、螺栓连接等Bl。主要分为两类:干连接和湿连接。干连接主要借助于 金属连接,使用最多的方式是螺栓连接、焊接和搭接。湿连接是混凝土或水泥基浆料与钢 筋结合形成的连接,如套筒灌浆、锚浆搭接和后浇混凝土等网。本文从经济、易操作、安 全等方面综合考虑,综合选用套筒灌浆、螺栓连接、砌筑砂浆辅助的连接方式。
以装配式建筑物渠首为例,对其构件连接步骤阐述下:
(1) 构件预制
本次渠首结构设计共有9个构件组成,其底板在预制成型前,预留设计尺寸的键槽, 其宽度略大于与其连接的翼墙的宽度,键槽内嵌不锈钢埋件。挡墙在预制时,也预留与两 个翼墙连接的键槽,键槽槽内嵌不锈钢埋件。顶部预埋螺杆用于固定平台,底部预埋套筒, 侧边留有灌浆孔和出浆孔。构件平台在预制时中间留有控制闸门的螺栓孔。
(2) 连接顺序与方式
渠首地基在排水、开挖、平整、确定中轴线等工序后,利用机械设备起吊底板,放置 在设计位置。由于预制混凝土构件属于刚性材料,不易于直接安装操作,预留的键槽比实 际要安装的尺寸稍大一些。底板放置好后,再起吊挡墙1与翼墙。翼墙与底板、挡墙同时 安装操作稍复杂些,需要不断的调整位置,同时人工辅助,使得摆放的位置更精确。而后 起吊垫块,在垫块安放好后,再起吊涵管与下游挡墙2,同时使得挡墙2与垫块准确的拼 接。构件在吊装好后焊接角钢、拌合砂浆,将拌合好的砂浆浇筑于键槽的缝隙。具体操作 流程如图2-22所示。
准备工作 f 基坑排水 f 基坑开挖-> 底部平整
 
图2-22渠首装配流程图
 
2.3装配式渠首稳定分析
为了使结构设计能够进一步实用化,根据上一节结构设计,选取工程常用的C30混凝 土材料,以渠首为例计算其结构尺寸,对渠首进行整体稳定分析。利用有限元软件计算渠 首在各工况下的水平位移、垂直位移、各点的应力,判断其在此结构设计情况下,渠首的 稳定和各构件的强度是否满足实际工程需要。
2.3.1装配式渠首结构布・与尺寸确定
(1)主要技术参数的确定
农田水利工程装配式渠道断面采用水力最优断面,渠道断面设计采用明渠均匀流公 式。本次设计以灌溉面积300宙为例,混流泵在一端,采用续灌的方式。
①输水流量:根据灌溉面积及灌溉制度,。取0.15m3/s。
②流态选择:考虑到渠首不应有过高壅水,且土壤抗冲性能不高,故按无压流短洞进 行设计。
③洞型选择:渠首采用涵洞式,为方便施工,加快施工速度,采用预制钢筋混凝土圆 涵。
④渠首进出口高程和底坡的拟定:为减少工程开挖量,确保进出口水流平顺,渠首进 出口高程和底坡按自然进出口处的高程和底坡确定。
 
⑤进出口型式及流量系数的确定:进口型式采用八字型混凝土翼墙,下游连接段为一 字墙结构,流量系数加取0.36o
(2)尺寸的计算
①洞径求解:采用试算法求解洞径。假设d=0.6m,为自由出流,求相应渠首水深 看是否满足流态和壅水深度的要求。
临界函数:
 
 
 
式中:幺一动能改正系数,a = 1.05〜1.10;
。一农渠设计流量,n?/s;
〃一涵洞洞径,m。
由《公路桥涵设计手册涵洞》[刃表5-18,通过插值法查得对应充满度:
 
式中:淹没系数,自由出流取1.0;
加一流量系数,取0.36;
4 一过流断面的计算宽度,m;
一涵洞前全水头,mo
H0=0.35m<1.2d,满足无压流态和涵前水深要求,故选用①60承插式钢筋混凝土板预 制管满足要求。
②闸门及启闭机
闸门采用1.0X0.8m组装式平面铸铁闸门,配一台LQ-2t侧摇式手动螺杆启闭机。
③挡墙高度
挡墙的高度是由闸门的高度(1.0m)及闸门的安全提升高度(0.8m)组成,故挡墙高 度为1.8m。
④消能计算
因流量、水头差较小,经计算,下游不需设消力池。
经计算渠首尺寸图,如图2-23〜图2-25所示。
 
 
 
 
图2-24 ® 60cm X 6m渠首平面尺寸图
 
 
 
 
 
 
图2-25 O60cmX6m渠首侧视尺寸图
 
2.3.2装配式渠酋稳定分析
小型农田水利装配式渠首受力主要有土压力、水压力、扬压力、重力等。经计算,具
体的结构受力情况见表2-3 o
表2-3正常运行期荷载计算表
荷载名称 垂直力G (kN) 水平力P (kN)
1 T —> 4—
渠首自重 203
水重 34.8
上游水压力 4.14
下游水压力 1.84
浮托力 72.68
豫透压力 18.17
土自重 66.6
合计 304.4 90.85 4.14 1.84
213.5(1) 2.3 J)
 
(1)渠首抗滑稳定计算
土基上渠首稳定安全系数©可按式2-8计算。
 
 
式中:心一抗滑稳定安全系;
 
/—为渠首底面与建基面之间的滑动摩擦系数,/=0.4; 工G—竖向作用力的总和,kN; 工P—水平方向作用力的总和,kN;
[K」一为抗滑稳定安全系数,[瓦]=1.2。
 
 
 
 
 
式中:K/_抗滑稳定安全系数;
》G—铅直方向作用力的总和,kN;
作用在渠首基底面上的扬压力,kNo
 
因此,抗浮稳定满足要求。
2.3.3装配式渠首结构分析
(1) 渠首的结构分析
本文采用软件Abaqus在完建无水与正常运行两种情况下,对装配式渠首进行整体应 力分析,并对地基竖向位移和横向位移距离复核,判断渠首位移大小是否满足规范设计要 求。
(2) 渠首的模型计算
考虑到渠首地基的模型尺寸,地基采用全约束。其在软件中坐标系为:
x轴渠首顺水流指向下游的方向;
y轴渠首垂直水流的方向,面向下游指向左侧;
Z轴垂直地基指向上方。
在有限元软件中分别建模、赋予构件属性(1•本次由于只观察渠首在地基上的位移与 沉降,故采用无质量地基的分析方法,对地基不赋予密度。2.为更好的对渠首进行网格的
划分与应力分析,对渠首进行了一定的简化。)、装配、分析步、相互作用、荷载、网格(图
2- 26为渠首结构空间有限元网格图,其中地基单元总数为73821个,渠首单元总数为69213 个。)、优化、作业、可视化。
 
图2-26渠首有限元计算模型图
 
(3)各结构材料的性质及力学参数
渠首结构材料为C30的混凝土,其材料具体参数的取值见表2-4o
表2-4材料计算参数表
部位 材料名 弹性模量(MPa) 泊松比 容重(kN/n?) 内摩擦角(°)
底板 C30混凝土 3.0x104 0.167 24.0
挡墙 C30混凝土 3.0xl04 0.167 24.0
翼墙 C30混凝土 3.0x104 0.167 24.0
管涵 C30混凝土 3.0x104 0.167 24.0
垫块 C30混凝土 3.0x104 0.167 24.0
地基土 砂土 16.0 0.3 1&5
回填土 砂土 28
(3)基本荷载
包括完工无水工况和正常运行工况,其荷载如下:
完工无水工况:固定和回填土荷载为基本荷载。固定的荷载主要是结构的自重、墙后
以及涵管上方的回填土,荷载按照主动土压力及垂直土重来计算;其余按边荷载计算。
正常运行工况:基本荷载主要是固定荷载,结构自重;静水压力、水重、扬压力;挡 墙后及涵管上方填土按主动土压力和垂直土重计算;其他的荷载按照边荷载来计算。
 
2.3.4计算结果分析
根据Abaqus软件计算出渠首的模型和参数,对渠首两种运行工作情况下,有限元计 算分析。计算渠首结构,在添加荷载后的结构各部位的位移情况、应力大小,根据计算结 果对渠首的安全稳定性和强度安全性综合分析评价。
(1)渠首结构位移分析
根据软件计算结果,渠首位移云纹图无水工况和正常有水工况下,渠首的水平位移(顺 水流方向)云纹图,见图2-27、图2-28,渠首的竖向位移(沉降)云纹图,见图2-29> 图 2-30。
 
 
 
 
图2-30渠首U,(竖向)分布图(正常工况,单位:m)
两种工况下,渠首竖向(沉降)与水平位移计算结果见表2-5,表2-6o
表2-5渠首5 (竖向位移)
计算工况 竖向位移(沉降)(mm) 最大值/最小值
最大值 最小值 沉降差
完建期 9.6 3.8 5.8 2.53
正常使用 8.7 2.8 2」 3」1
 
 
表2-6涵闸匕(水平位移)
计算工况 水平位移最大值(mm)
完建期 2.74
正常使用 1.98
由表2-5可知:
完建无水工况。渠首在静荷载的作用下,由表可知在下游涵管及挡墙,沿铅直方向沉 降9.6mm。渠首最小的沉降位移在上游底板处,最小沉降值为3.8mm。最大沉降量与最小 沉降量之差为5.8mm。产生此现象的原因是由于下游挡墙处结构设计有承受垂直方向的土 重,而上游挡墙没有,所以最大沉降处发生在下游。
正常使用工况,渠首在静荷载的作用下,最大的沉降位移,由表可知在下游挡墙及涵 管,整个后部结构发生向下的沉降,最大沉降量为&7mm。渠首最小的沉降量发生在上游 底板处,最小沉降量为2.8mm,最大沉降量与最小沉降量之差为2.1mm。对比正常使用工 况与完建工况,正常使用工况沉降量小于完建期。产生此现象的原因是在正常使用工况时, 上下游水位差产生的渗流压力及下游水深产生的浮托力,使得渠首沉降量稍有减少。
本次设计为小型农田水利渠首,根据设计规范,地基最大沉降量不宜超过30mm,相
邻部位的最大沉降差不宜超过20.0mm,综上述沉降位移,地基沉降满足要求。
由表2-6可知:
完建无水工况。渠首在静荷载作用下,顺水流方向位移都较小。渠首水平位移最大发 生在上游挡墙上部,最大值为Uxmax=2.74mm。渠首上游底部与下游挡墙发生逆水流方向 位移。渠首整体结构空间位移较小,所以渠首的整体稳定较好。
正常使用工况下,渠首在静荷载作用下,顺水流方向最大位移发生在上游挡墙上部, 最大值为Uxmax=1.98mm0渠首上游底部与下游挡墙发生逆水流方向的位移。渠首整体结 构在水平方向的位移都较小,所以渠首的整体稳定性较好,满足要求。
(2)应力分析
査看两种工况下渠首结构分析的可视化应力云图,min principal与max principal,渠 首整体结构的最大主拉应力如图2-31所示;最大主压应力如图2-32所示。
+ 1.868e+05 + 1.431e+05 +9,932e+04 +5.5S6e+04 + l.lB0e+04 -3.i96e+04 -7.572e+04
ODB: 0930-113.odb Abaqus/Standard 3DEXP£R1ENCE R2017x Tue Oct 01 00:07:09 GMT+-Q8:00 2019 分析 i►: step-2
Incwntnt 6; Step Time e 1,000
生?t: S, M«x. Prmdpai
图2-31渠首max principal分布图(宪建工况,单位:Pa)
 
 
S, Mm. Principal (平均:75%)
5.766e+05
6.325e+05
+3.869e+04 -1.72化+04 -7 318e+04 -1.2$>le+0S
3.528e+05
4.OB0C+O5
4.647e+05 5.206e+05
 
 
 
 
 
 
 
00B: 0930-113.odb Abaqus/Gt^ndard 3DEXP6R1ENCE R2017x Tu« Oct 01 00:07:09 GMT+08:00 201$ 獅■: Step-2
lncr«ment 6: step Time e 1.000
生?1: S, Min. Pnnapal
图2-32渠首min principa分布图(宪建工况,单位:Pa)
正常使用情况,渠首整体结构的最大主拉应力如图2-33所示;最大主压应力如图
 
 
2-34所示。
S, Max. Principal (平均:75%)
43.987*4-05 +3.5996+05 +3.2126+05 +2.825e+05 +2.437e+05 +2,050e+05 + 1.662e+05 +1 275e+05 +8.876e+04 +5.003e+04 + 1 129e+04 -2,745e+04 -6 61Be+04
ODB: 0930-114.odt> Abtqut/SUndard 3DEXPeRlENC6 R2017x
Tue Oct 01 00:36;46 GMT+08:00 2019
分析欽St«p-2
inclement 6: Step Time •
S, Mix. Pnndpil
1.000
图2-33渠首max principal分布图(正常工况,单位:Pa)
S. Min, Prtnapal (平约:75%)
—+3 458e+04
■-1.7420+04 碑-6 94弘+04 卜4 -1 21*e+05
Ld -1.734«+05
■-2.254e+05
■-2.775e+05
■-3.295e+05
■-3.B15C+05
■-4.3350+05
■-4.655e+05
■-5.375e+05 ■■ -5 8950+05
ODB: 0>30-114,0d0 Ab«qus/S«ndard 3OEXPeRIENCE R2017X
TUfi OCt 01 00:36:46 QW+OB OO 2019
乃析怡:Step-2 lno^ment fi; Sup Time •• 主Hl S, Min. PrtndM
1.000
图2-34渠首minprincipa分布图(正常工况,单位;Pa)
两种情况下,渠首结构应力计算成果见表2-7、表2-8o
表2-7集首最大主拉应力计算表
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表2-8渠首最大主压应力计算表
计算工况 最大主压应力(MPa)
底板 挡墙1 挡墙2 翼墙 平台 垫块 涵管
完建期 0.13 0.24 0」8 0.35 0.04 0.53 0.47
正常使用 0.17 0.27 0.12 0.32 0.03 0.58 0.54
根据应力云图、表2-7及表2-8可知,完建无水工况,渠首最大拉应力主要分布在翼 墙与挡墙的连接处,最大值为0.32MPao最大拉应力分布在翼墙与挡墙连接处的原因是完 工无水时,翼墙承受背面的土荷载,使其在连接处有较大的弯矩。渠首最大压应力出现在 涵管顶端及垫块底部,最大值为0.53MPa o根据《水工混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010), C30混凝土容许拉应力为0.57N/mm2,容许压应力为9.3N/mm2,底板、 挡墙、翼墙、平台、垫块、涵管均在容许范围内,所以底板、挡墙、翼墙、平台、垫块、 涵管结构构件在完建工况下,C30混凝土受拉、受压均满足强度要求。
根据应力云图、表2-7及表2-8可知,正常运行时,渠首最大拉应力分布翼墙与挡墙 连接处,最大拉应力为0.21MPao最大压应力分布在垫块及涵管处,最大值为0.58MPa。 根据《水工混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),底板、挡墙、翼墙、平台、垫块、涵 管均在容许范围内,所以底板、挡墙、翼墙、平台、垫块、涵管结构构件在正常运行期, C30混凝土受拉、受压均满足强度要求。
(3)结论
总结以上所述:在荷载作用下渠首地基沉降值和渠首整体结构稳定性均满足要求。渠 首底板、挡墙、翼墙、平台、垫块、涵管等结构构件,构件抗压与抗拉强度满足规范要求。
2.4本章小结
本章先对多种小型水工建筑物进行了简单的概述,然后介绍了装配式结构设计、拆分 的原则、构件连接方式。根据建筑物结构特点及设计拆分原则,以四种农田水利工程建筑 物为拆分对象,最终将建筑物拆分为9个构件:底板、挡墙1、挡墙2、翼墙、涵管、垫 块、平台、弯管、闸门。由设计的9个构件可以组成涵闸、倒虹吸、涵洞、渠首等建筑物。
以装配式渠首为例,根据设计标准与原则计算了构件的尺寸,以及其所承受的水压力、 扬压力、重力、土压力等,并对其进行了稳定分析,利用Abaqus软件对结构稳定复核, 结果显示本次结构设计及材料强度均满足规范。
第3章渠系装配式建筑连接材料砂浆的性能试验
3.1试验目的
传统的砌筑砂浆稠度高,早期强度较低,不适应于装配式建筑物快速施工的要求。为 提高装配式建筑物的装配效率,改善农田水利工程施工受季节影响的程度,本文研究两种 不同掺量的矿物掺合料与不同掺量的减水剂对水泥砂浆的力学性能与稠度的影响,采用正 交的试验方法,对比分析试验结果。寻找满足装配式建筑物的强度要求,同时也能够满足 施工需求的最优配合比。
本次试验拟设计出稠度在60mm〜80mm之间,Id设计强度在lOMPa的小型水利装 配式建筑物构建连接砂浆。
3.2试验方案
3.2.1试验材料
粉煤灰和硅粉是混凝土工程中最常用的矿物质掺合材料,复掺具有良好的流动性和稳 定性,但同时也会带来强度和稠度等一些不相容性di。如何来保证这些掺合料同水泥、复 合掺合料相互之间有效的相容性,叠加效应等都需要进一步研究。本次试验的原材料有: 水泥、砂、粉煤灰、减水剂、硅粉、水。
3.2.1.1 水泥
水泥选用的是扬州绿杨水泥发展有限公司生产的绿杨牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥, 其主要性能试验检测见表3-E
表3-1水泥性能试验检测表
4/口 标准稠度
用水量
/% 凝结时间 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa
品种 安定性 初凝/min 终凝/h 3d 28d 3d 28d
P.O42.5 合格 26 78 7.5 3.9 8.5 24.8 53
3.2.1.2 砂
本次试验采用的砂为江砂,中砂,级配良好,各项物理力学性能试验结果见表3-2o
表3-2砂子试验结果表
检测项目 堆积密度 饱和面干吸水率 含泥量 细度模数
检测结果 1450Kg/m3 4」% 0.6% 2.7
 
3.2.1.3粉煤灰
本次试验采用的是II级粉煤灰,其主要化学成分见表3-3o
表3-3粉煤灰试验检测成分表
SiO2 Na2O CaO AI2O3 Fe2()3 K2O SO3
93.4% 0.28% 0.52% 0.38% 0.09% 1.26% 0.32%
 
3.2.1.4减水剂
本次试验选用的是聚竣酸高性能减水剂,无色透明胶装液体,减水率达30%。
3.2.1.5 水
砂浆拌合的用水为试验室自来水,符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》阿的要求。
3.2.2试验因素
3.2.2.1试验因素水平设计
如果影响试验结果的因素水平较多,对每个因素进行试验分析,在人力物力资源上都 是很大的浪费,由于诸多现实因素,对于试验者也可能很难顺利完成试验。正交试验是指 研究多因素多水平的一种试验设计方法,从所有可能试验组合中,选取具有代表性的试验 组合,根据选取的试验组合试验结果,利用极差分析推出各因素对试验结果的影响。试验 根据正交试验的原理,以三因素、三水平为例,试验方案组合有27种,如图3-1圆点所
 
7J\ ©
图中 A、B、C 为三因素,Al、A2、A3; Bl、B2、B3; Cl、C2、C3 为三水平。
A|
 
 
 
图3-1三因素三水平组合试验
A1
 
如图3-1所示,对应于A有Al、A2、A3三个平面,对应于B、C也各有三个平面, 共九个平面。每个面试验点数一样多,也需同等对每个因素的每个水平进行分析。具体来 说,每个面都有三行、三列,要求在每行、每列的点数一样的多。我们可以看到如果采用 图3-2的设计,在9个平面中每个平面上都恰好有三个点,而每个平面的每行每列都有一 个点,也就是任一因素的任一水平仅相遇一次,在图中显示只有一点,总共九个点。这样 试验方案的试验点分布很均匀,试验次数也会不多。
根据正交试验的特点,本文通过在所有因素离散的水平组合中挑选合理的部分组合方 式进行试验。通过试验结果分析,就可以确定影响砂浆性能的主次因素,还可以利用方差
分析方法对试验数据进行处理,计算出每个因素对砂浆性能的影响程度。此方法减轻了试 验者的工作量,能够经济、快速高效的得出合理的试验结果。
3.2.2.2正交表
表3-4正交试验均衡搭配表
试验号 因素
A B C D
1 Al Bl Cl DI
2 Al B2 C2 D2
3 Al B3 C3 D3
4 A2 Bl C2 D4
5 A2 B2 C3 D5
6 A2 B3 Cl D6
7 A3 Bl C3 D7
8 A3 B2 Cl D8
9 A3 B3 C2 D9
 
3.2.2.3各因素试验水平
根据规范《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ 28-1986)[列、《砌筑砂浆配 合比设计规程》(JGJT 98-2010)阿、《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100-2014)昭, 以及参考大量文献中水泥砂浆试验等,三种试验因素的试验水平离散见表3-5o
表3-5试验因素和水平表
水平 因素
硅粉 粉煤灰 减水剂
1 3% 5% 0.3%
2 5% 10% 0.5%
3 7% 15% 0.7%
3.2.3配合比设计
根据砌筑砂浆规范[旳,预用强度为42.5水泥配制强度为M20的砂浆,采用内掺法, 每立方米材料用量应按照3-1式计算。
(1)砂浆的试配强度按下式确定:
fm.o =时2
式中:人一砂浆的试配强度,精确至O.IMPa; f2 —砂浆强度等级值,精确至O.IMPa; k —调整系数,其值列按表3-6取值。
表3-6砂浆强度标准差b及丘值
砂浆强度等级
施工水平 强度标准差b (MPa) k
M5 M7.5 M10 M15 M20 M25 M30
优良 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 1」5
一般 1.25 1.88 2.50 3.75 5.00 6.25 7.50 1.20
较差 1.50 2.25 3.00 4.50 6.00 7.50 9.00 1.25
(2)每立方米砂浆中不掺粉煤灰水泥用量Qc0:
 
(3-2)
式中:2。一每立方米砂浆水泥用量,精确至lkg;
九.o-砂浆的试配强度,精确至O.IMPa; .几一水泥的实测强度,精确至O.IMPa;
a、0—砂浆的特征系数,其中a =3.03, 0=-15.09。
当无法取得水泥实测强度值时,可按式3-3计算£°: fce=Yc*fce.k (3-3)
式中:嘛一水泥强度等级对应的强度值;
乙一水泥强度等级值富余系数,根据实际统计资料确定。无统计资料时人可取
l.Oo
(3)每立方米砂浆中水泥用量:
Qc=QcoQ 一臨一 0m2) (3-4)
式中:0ml—粉煤灰取代水泥率;
“渤一硅粉取代水泥率。
(4) 每立方米砂浆中硅粉用量:
Qg=Qc^Pmi (3-5)
(5) 每立方米砂浆中粉煤灰用量:
Qf=3m(Qc.-Qc-Qg) (3-6)
式中:粉煤灰超量系数。
(6) 每立方米砂浆的砂用量:
2 =(Oc+2+0/)x3 (3-7)
本设计采用灰砂比为1:3。
(7) 每立方米减水剂的用量:
0=(2+2+0)x0m3 (3-8)
式中:0加一减水剂的用量系数;
(8) 每立方米水的用量(270〜330kg)。
表3-7砂浆用水量参考
水泥种类 砂子细度 用水量kg/m3
粗砂 270
普通硅酸盐水泥 中砂 280
细砂 310
注:砂浆稠度4-6cm,稠度每增减lcm,用水量增减8-10kg/m3
 
(9)本试验具体配合比计算数据如表3-8。
表3-8砂浆试验配比表(Inf砂浆材料理论用量)
\项目
试验号 水泥
a
(kg) 硅粉
0
(kg) 粉煤灰
0
(kg) 减水剂
2
(kg)
a
(kg)
一组 279.68 9.12 15.2 0.912 912
 
 
\项目
试验号\ 水泥
Q
(kg) 硅粉
(kg) 粉煤灰
0
(kg) 减水剂
0
(kg)
Q
(kg)
二组 264.48 9」2 30.4 1.52 912
三组 249.28 9」2 45.6 2.128 912
四组 273.60 15.2 15.2 1.52 912
五组 258.40 15.2 30.4 2.128 912
六组 243.20 15.2 45.6 0.912 912
七组 267.52 21.28 15.2 2.128 912
八组 252.32 2L28 30.4 0.912 912
九组 237.12 21.28 45.6 1.52 912
 
3.2.4水泥砂浆的拌合与装横
考虑到减水剂较少,不易与胶凝材料拌合,故在称量所需水量后预留10ml与减水剂 混合拌匀。先在UJZ-151型砂浆搅拌机中加入称量好的水及减水剂,依次加入水泥、粉煤 灰、硅粉,设置搅拌时间180s并开始搅拌,此时缓慢加入称量好的砂,以此达到更均匀 拌合的目的。待搅拌完成后,将一部分砂浆装入YD-3500型砂浆稠度仪的容器中,测量 砂浆的稠度。同时将剩余材料装入40mmx40mmx 160mm的试模中,待砂浆成型后拆模放
入标养室养护。如图3-3和图3-4所示。
 
 
3.2.5水泥砂浆基本性能检测
本次试验的目的是寻找满足设计强度、和易性且具有一定的耐久性、防渗等作用的水 泥砂浆最优配合比。其主要的基本性能检测包括砂浆的和易性(流动性、保水性)、硬化 砂浆的抗压强度(Id、3d、7d)值。按照JGJ.T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 [勿操作步骤依次测量砂浆性能。
3.2.5.1和易性
砂浆的和易性包括流动性和保水性,流动性是表示砂浆在重力或外力作用下产生流动 的性质,以沉入度(mm)表示,保水性是指新拌砂浆保持内部水分不泌出流失能力。流 动性不好的砂浆不易施工,对于灌浆的建筑物更是会严重影响其质量,保水性不好的砂浆 在运输、施工等过程中容易产生离析和泌水的现象,水分容易被基面吸走,从而使砂浆干 涩影响胶凝材料的正常水化硬化,降低砂浆的强度与粘结力。本文是在满足砂浆保水性的 基础上进行试验方案设计,故此次砂浆性能检验只需对流动性进行记录对比分析。具体操 作步骤如下:
1) 试验仪器:砂浆稠度测量仪、钢制振捣棒、计时秒表等。
2) 先用湿布擦净盛浆的容器和试锥的表面,将拌合好的砂浆,低于容器口大约10mm 左右,一次装入容器内。用捣棒从容器中心,向四周均匀插捣约25次,然后轻轻地敲击 容器边缘或者摇晃5至6下,使容器内的砂浆表面平整,然后将容器置于稠度测量仪器的 底部。
3) 松拧制动的螺丝,使滑杆向下移动,保持试锥同砂浆表面处于刚接触的状态,并调 零。
4) 拧松仪器制动螺丝,开始计时,10s时拧紧仪器上的螺丝,读出刻度(精确至1mm), 记录。如图3-5所示。
 
 
图3-5砂浆稠度值测定
5)重复步骤2、步骤3和步骤4,两次读数取平均值。(若两次读数差大于10mm, 则应重新取样)
表3-9砂浆稠度测定值
组号 一组 二组 三组 四组 五组 六组 七组 八组 九组
稠度(mm) 31 42 73 49 64 43 67 42 53
 
3.2.5.2砂浆抗压强度
砌筑砂浆的强度用强度等级来表示,在标准养护条件下,测得养护28d龄期的抗压强 度值,按照抗压强度分为M30、M25、M20、M15、MIO、M7.5、M5等七个强度等级阿。 本次试验设计强度等级为M20,根据农田水利工程建筑物装配式施工的特点,此次试验主 要以砂浆拌合装模成型后Id、3d、7d的抗压强度值为控制龄期。又因为试验的目的是想 要让装配式建筑物快速组装,尽早回填土,所以主要分析Id的抗压强度值。具体操作步 骤如下:
1) 试验仪器:试模(40mmx40mmx 160mm)、振动台、压力试验机等。
2) 用机油薄涂试模内,将拌合好的砂浆分层插捣装入试模内,放到振动台振动时间 不超过60s,不可以过振,刮去并磨平高出试模部分的砂浆,待成型后脱模编号,放到标 准养室进行养护。养护室温度在(20±2) °C左右,相对湿度为90%,养护期间,彼此间隔 不小于10mm。
 
3)将试件安放在试验机的下压板上,试件的承压面与成型面垂直,试件中心与试验 机下压板中心对准。试验机力清零,开始试验,记录试件破坏时最大压力值与抗压强度。
如图3-6所示。
 
图3-6砂浆抗压强度测定
 
4)测量三个试块的强度值,并取其平均值,作为该龄期的抗压强度值(精确至 0.01 MPa)0若三个测值中最大值或最小值中有一个数值与中间值差15%时,则该龄期取中 间值为此抗压强度值,若最大值与最小值同时与中间值相差15%时,则此组试验值无效。
表3-10各龄期抗压强度试验结果
试验 Id抗压强度(MPa) 3d抗压强度(MPa) 7d抗压强度(MPa)
一组 1L05 19.18 26.61
二组 10.72 22.26 29.95
三组 &93 19.46 29.41
四组 12.36 23.97 33.57
五组 11.21 22.51 31.86
六组 939 19.38 29.9
七组 10.84 23.74 34.09
八组 9.19 20.81 28.84
九组 7.71 18.79 26.54
3・3结果分析
3.3.1极墓分析
正交试验设计和数据分析方法总的来说分为两种:一是极差分析法(直观分析法); 二是方差分析法(统计分析法)。在工农业生产中被广泛运用的是简单易懂的极差分析法。 极差分析法分为计算和判断两个步骤少】,具体操作流程如图3-7所示。
► Kjm» K Im 1
► 1.计算-
—H 力•—
R法
►因素主次<―
► 2.判断_ ►优水平
►最优组合
图3-7极差分析流程图
图中,K/m表示第j列的因素m水平所对应的试验指标和,K/m的大小抗压判断j因素 的优水平和各因素的水平组合,即最优组合。©为第j列因素的极差,即第j列因素各水 平下破解指标值的最大值与最小值之差。/?/反映了第j列因素的水平变动时,试验指标的 变动幅度。d越大,说明该因素对试验指标的影响越大,因此也就越重要。故以此可以判 断因素的主次。
3.3.2砂浆稠度与扰压强度极套分析结果
(1)极差分析表计算
根据极差分析的步骤,表中K川、J、K肿分别是彳因素1、2、3水平三次试验结 果之和,即
Kax =31 + 42 + 73 = 146 ; KA2 =49 + 64 + 43 = 156; K肋=67 + 42+53 = 162。 表中石、石、石分别是/因素1、2、3水平三次试验结果之和平均值,即
石=牛罟“8.7;瓦>孚=罟=52;石今晋= 54。
R表示因素A的极差,即max(石,乔石)-min(石瓦■瓦')=54-48.7 = 5.3 其它各因素的K、丘、/?值计算与虫因素相同。计算结果见表3-11和表3・12。
 
表3-11砂浆稠度试验结果分析
试验号 因素 试验结果
A
硅粉 B
粉煤灰 C
减水剂 稠度(mm)
1 1 (3%) 1 (5%) 1 (0.3%) 31
2 1 2 (10%) 2 (0.5%) 42
3 1 3 (15%) 3 (0.7) 73
4 2 (5%) 1 2 49
5 2 2 3 64
6 2 3 1 43
7 3 (7%) 1 3 67
8 3 2 1 42
9 3 3 2 53
K, 146 147 116
k2 156 148 144
162 169 204
4&7 49 3&7 工464
52 49.3 48
54 56.3 68
R 5.3 7.3 29.3
由表3-11砂浆稠度试验结果分析,考察因素/三个水平的试验(KQ,因素B和C每 个水平的试验都仅出现一次,由于因素B和C之间无相互作用,所以因素B和C各组合对 玄因素三水平试验结果无影响,虫因素的三水平试验结果应一样,但&因素三水平试验结 果石和瓦;和石不同,则说明是&因素水平变化引起的。那么石和斤匚和石三个试验 结果的值,可以表示/因素水平变化对试验指标影响的大小。由于试验结果的稠度都在合 理的范围内,故此时砂浆的稠度越大越好,石〉瓦〉石则说明厶是C因素的优水平。 同理可以得屁是B因素的优水平,C3是C因素的优水平。比较三因素的试验结果的极差 R3>R2>R},初步判断三因素的对试验指标的影响主次顺序为CB4 o
 
表3-12砂浆抗压强度试验结果分析
试验号 因素 试验结果
A
硅粉 B
粉煤灰 C
减水剂 Id 3d 7d
1 1 (3%) 1(5%) 1 (0.3%) 11.05 19.18 26.61
2 1 2( 10%) 2 (0.5%) 10.72 22.26 29.95
3 1 3(15%) 3(0.7%) 8.93 19.46 29.41
4 2 (5%) 1 2 12.36 23.97 33.57
5 2 2 3 11.21 22.51 31.86
6 2 3 1 9.39 19.38 29.90
7 3(7%) 1 3 10.84 23.74 34.09
8 3 2 1 9.19 20.81 28.84
9 3 3 2 7.71 16.79 26.54
Id
4 30.70 34.25 29.63 工 91.4
32.96 31」2 30.79
27.74 26.03 30.98
10.23 11.42 9.88
10.99 10.37 10.26
9.25 8.68 10.33
R 1.74 2.74 0.45
3d
60.90 66.89 59.37 工188.1
65.86 65.58 63.02
61.34 55.63 65.71
20.30 22.30 19.79
21.95 21.86 21.01
20.45 18.54 21.90
R 1.65 3.76 2.11
 
 
试验号 因素 试验结果
A
硅粉 B
粉煤灰 C
减水剂 Id 3d 7d
K, 85.97 94.27 85.35
7d & 95.33 90.65 90.06
89.47 85.85 95.36
28.66 31.42 28.45 三 270.77
31.78 30.22 30.02
29.82 28.62 31.79
R 3.12 2.80 3.34
同砂浆稠度极差分析步骤一样,Id的抗压强度三因素优水平分别是妁、色、C3,影 响主次顺序为BACf 3d的抗压强度三因素优水平分别是心、耳、C3,影响主次顺序为 BCA, 7d的抗压强度三因素优水平分别是CAB。
(2)趋势分析
为了使试验数据分析更加直观,以因素做为横坐标,试验指标的均值斤做为纵坐标, 画趋势图,如图3-8〜图3-11所示。
 
图3-8 Id抗压强度K均值与各因素掺量的关系
 
由图3-8所示,硅粉的掺量从3%—5%时,Id的抗压强度提高了 7,4%;掺量从5%— 7%时,Id抗压强度降低了 15.8%。粉煤灰掺量从5%—10%时,Id强度降低了 9.2%;掺 量从10%—15%时,Id强度降低了 16.3%。减水剂掺量从0.3%—0.5%, Id抗压强度提高 了 3.9%;掺量从0.5%—0.7%时,Id抗压强度提高了 0.7%。
 
 
图3-9 3d抗压强度K均值与各因素掺量的关系
由图3-9所示,硅粉的掺量从3%—5%时,3d的抗压强度提高了 &1%;掺量从5%- 7%时,3d抗压强度降低了 6.8%。粉煤灰掺量从5%增—10%时,3d强度降低了 2.0%;掺 量从10%—15%时,3d强度降低T 15.2%,减水剂掺量从0.3%—0.5%, 3d抗压强度提高 T 6.2%;掺量从0.5%—0.7%时,3d抗压强度提高了 4.2%。
 
 
 
图3-10 7d抗压强度K均值与各因素掺量的关系
由图3-10所示,硅粉的掺量从3%—5%时,7d的抗压强度提高了 10.9%;掺量从5% —7%时,7d抗压强度降低了 6.2%。粉煤灰掺量从5%—10%时,7d强度降低了 3.8%;掺 量从10%增—15%时,Id强度降低了 5.3%。减水剂掺量从0.3%—0.5%, 7d抗压强度提高 了 5.5%;掺量从0.5%—0.7%时,7d抗压强度提高了 5.9%。
 
 
 
图3-11砂浆稠度与各因素掺量的关系
由图3-11所示,硅粉的掺量从3%—5%时,砂浆稠度提高了 6.8%;掺量从5%—7% 时,砂浆稠度提高了 3.8%。粉煤灰掺量从5%—10%时,砂浆稠度提高了 0.6%;掺量从 10%—15%时,砂浆稠度提高了 14.2%。减水剂掺量从0.3%—0.5%,砂浆稠度提高了 24.0%; 掺量从0.5%—0.7%时,砂浆稠度提高了 41.7%0
(3)各因素主次顺序由极差R的大小确定,为了更直观的确定个因素的主次,以极 差R为纵坐标,各因素为横坐标画趋势图,如图3-12〜图3-15所示。
 
 
 
图3-12 Id抗压强度极差分析R值
由图3-12可知,对砂浆Id抗压强度的影响因素主次顺序为B>A>C,即影响砂浆
Id的抗压强度的主要因素是粉煤灰掺量,重要因素是硅粉掺量,次要因素是减水剂掺量。
4
3.5
 
 
 
1.5
1
ABC
图3-13 3d抗压强度极差分析R值
由图3-13可知,对砂浆3d抗压强度的影响因素主次顺序为B>C>A,即影响砂浆 3d的抗压强度的主要因素是粉煤灰掺量,重要因素是减水剂掺量,次要因素是硅粉掺量。
3.5
 
 
 
 
 
图3-14 7d抗压强度极差分析R值
由图3-14可知,对砂浆7d抗压强度的影响因素主次顺序为C>A>B,即影响砂浆
7d的抗压强度的主要因素是减水剂掺量,重要因素是硅粉掺量,次要因素是粉煤灰掺量。
 
 
图3-15砂浆稠度极差分析R值
由图3J5可知,对砂浆稠度影响因素主次顺序为C>B>A,即影响砂浆稠度的主 要因素是减水剂掺量,重要因素是粉煤灰掺量,次要因素是硅粉掺量。
综上所述,各因素主次顺序见表3-13o
表3-13各因素主次顺序表
试验指标 主T次
Id BAC
3d BCA
7d CAB
稠度 CBA
(4) 初选最优水平组合
Id抗压强度(MPa):砂心 3d 抗压强度(MPa) : A2BtC3 7d 抗压强度(MPa) : A2BtC3 砂浆稠度值(mm) : A3B3C3
(5) 综合平衡确定最优水平组合 (强度值越大越好) (强度值越大越好) (强度值越大越好) (稠度值越大越好)
Id、3d、7d三个试验指标的最优水平组合结果是一样的,其排列顺序与稠度的最优 水平组合不一致,故本次试验根据Id抗压强度主次顺序和稠度主次顺序综合考虑确定最 优水平组合。
对虫因素:从主次顺序来看对稠度的指标影响排在第三位,对Id抗压强度指标影响 排在第二位,故应该以Id抗压强度这一指标来考虑选仏。从定量的角度来看,选禺时, 
Id抗压强度比&3提高15.8%,即(10.99-9.25) /10.99=15.8%(有利),稠度比厶减少3.8%, 即(52-54) /52=-3.8% (不利),从有利百分数与不利的百分数来看选&?的较好。综合考 虑选择力2。
表3-14综合平衡
因素& 有利 不利
4 15.8% 3.8%
4 3.7% 18.9%
对B因素:从主次顺序来看对Id抗压强度的指标影响排在第一位为主要因素,对稠 度的指标影响排在第二位为次要影响,故还应当以Id的抗压强度排列顺序选定色。从定 量的角度考虑,选场有利百分数大于禺,不利百分数小于场,故综合考虑选耳。
表3-15综合平衡
因素B 有利 不利
Bi 24.0% 14.9%
b3 13.0% 31.6%
对C因素:两指标都是C3较优,故C因素选
综上所述,本次试验最优水平组合为A2BlC3,即硅粉掺量为5%,粉煤灰掺量为5%, 减水剂掺量为0.7% o
3.4试验验证
由正交试验结果得到的最优水平组合,在本次的试验组合中并没有进行试验,所以要 进一步的进行验证试验。采用与之前试验同种材料,取硅粉掺量5%,粉煤灰掺量5%,减 水剂掺量为0.7%。具体试验操作步骤同前,试验最终测得数据结果见表3-16。
表3-16验证试验结果
配合比 Id抗压强
度(MPa) 稠度(mm) 普通42.5硅酸盐水泥 强度提升
(%) 稠度提高
(mm)
Id抗压强
度(MPa) 稠度(mm)
11.79 56 8.03 41 46.8% 36.6%
由正交试验得到的最优水平组合,Id抗压强度提高了 46.8%,砂浆稠度值提高了 36.6%。砌筑砂浆一天的强度达到lOMPa以上,满足装配式建筑物快速安装后压力需要; 砂浆稠度在56mm左右,使得砌筑装配式某一节点时,更容易施工操作,同时砂浆保水性 能优良。总得来说砂浆和易性提高,同时强度也有所提高,达到了装配式建筑物砌筑的要 求。
3.5试验结果分析
本次试验通过查阅文献及相关资料了解了水泥砂浆的性能,掺合料和外加剂对水泥性 能的改变。根据装配式建筑物施工特点及相关标准的规定,选定硅粉、粉煤灰为掺合料, 减水剂为外掺剂调整水泥砂浆的和易性。
根据正交试验得到的数据,绘制图3-8〜图3-10,观察可知随着硅粉掺量的增加,对 砂浆Id、3d、7d的抗压强度都是先提高再降低,说明硅粉在本次试验配合比设计中的最 优掺量在5%附近。硅粉的粒径是水泥的20〜100倍,能够填充水泥颗粒间的缝隙,有良 好的分散作用,从而提高水泥砂浆的强度。另一方面硅粉中含有大量活性的SiO2,能与水 泥水化反应产生的Ca(OH)2二次水化反应,生成具有胶凝性的低碱性水化硅酸钙和水化铝 酸钙,故能提高水泥砂浆的强度a】。硅粉的掺入使早期强度高,且早期使得强度增长速度 快,后期增长速度慢,故硅粉对前期强度影响较大。本次试验硅粉在掺入7%时,砂浆强 度降低一部分原因是粉煤灰的掺入。
观察砂浆的抗压强度,随着粉煤灰的掺量增加呈下降趋势。说明在此配合比下,粉煤 灰对砂浆强度的影响是不利的,但是砂浆Id、3d、7d的抗压强度在其他掺料和外加剂的 影响下强度满足设计要求。从图3-11中可以了解到,随着粉煤灰的掺量增加,砂浆的稠 度值时呈上升趋势,这是因为粉煤灰代替水泥掺入,前期水化反应较低结构松散。其次, 粉煤灰中含有细微颗粒和玻璃滚珠,可以降低砂浆中颗粒的摩擦和碰撞,从而改善了砂浆 的流动性⑹]。故在本次试验设计中,粉煤灰的掺量在5%左右较为合适。
由图3-8至图3-10可知随着减水剂的掺量增加,砂浆的抗压强度也逐渐提高,砂浆 3d和7d抗压强度增长速度较快。本次试验采用的聚竣酸高性能减水剂,具有梳型分子结 构,能够吸附于水泥颗粒的表面,形成牢固的吸附层。减水剂的加入减少了用水量,加速 了早期水泥的水化反应。减水剂的掺量是有一定的范围,当达到饱和的掺量后,砂浆的强 度会随之降低。故应根据减水剂的减水效果在合理的范围内添加减水剂,本次试验配合比 设计中,掺量在0.7%左右较为合适。
3.6本章小结
本章通过添加掺合料粉煤灰、硅粉,聚竣酸高性能减水剂来改善砂浆性能。其中粉煤 灰掺量为5%、10%、15%;硅粉掺量为3%、5%、7%;减水剂掺量为0.3%、0.5%、0.7%。 利用正交试验,以砂浆稠度与强度为指标,确定符合装配式建筑物砂浆性能要求的最优配 合比。试验结果显示,本试验硅粉掺量对砂浆前期强度影响较大;粉煤灰掺量增加,砂浆 强度降低,砂浆稠度值增加;减水剂在一定范围内增加砂浆强度。综合考虑当硅粉掺量为 5%,粉煤灰掺量为5%,减水剂掺量为0.7%时,砂浆的性能指标满足装配式建筑物的要 求。
第4章小型渠系装配式建筑物评价指标体系
本章在己有的评价标准体系基础上,根据小型渠系建筑物的工程特点,运用层次分析 法对小型渠系装配式建筑物规划设计阶段、生产安装、管理与效益三个方面进行评价指标 权重的建立与分析,为更科学的、系统的对农田水利工程装配式建筑物评价提供参考依据, 提高工程质量和效率,促进装配式建筑物健康迅速的发展。
建立评价指标体系一般需要三个阶段:1)功能、因素分析。对评价项目特点、影响 因素等进行全面的分析。2)拟定评价指标。根据项目特点以及各影响因素之间的逻辑关 系,对其进行层次的划分。3)确定权重。通过专家调查问卷的方式,对评价指标之间的 关系进行打分,利用Matlab、excel对数据进行处理,计算出各指标的权重。
4.1小型渠系装配式建筑物影响因素分析
4.1.1小型渠系装配式建筑物规划设计阶段形响因素分析
小型渠系水利工程是一项综合性、专业性、政策性的综合活动,规划设计阶段不仅影 响着工程建设的质量,也影响着工程投资、后期运营、管理与效益等。设计单位设计的图 纸是施工单位施工的依据,而装配式建筑物结构设计与传统现浇结构有很大的区别,故设 计阶段需要考虑更多影响因素。规划设计过程一般分为三个阶段:可行性研究、初步设计 和施工图设计。对此,我们针对规划设计阶段的资料分析影响因素,为更全面的评价做准 备。
(1) 前期工作不到位。有时候一些项目往往会因为费用少时间短,基础的资料收集 不全,导致深度达不到国家标准的要求。出现设计中选用装配式建筑物失误或不比选采用, 平面布局不合理,设计主体结构不能满足实际工程需要等问题。
(2) 设计专业人员缺少。设计单位业务多,而专业的水利工程装配式建筑物设计人 员少,会造成许多不专业的的人士参与到设计中。也有很多设计单位的设计人员,从未参 与过实际工程的施工装配过程,不熟悉装配式建筑物的理论知识,不能很好地应用装配式 建筑物。
(3) 设计深度不够。设计部门比较重视技术的可行性,但是对资源的有效利用、经 济、高效的施工重视不够,会存在设计上的保守现象,提高安全系数,导致结构截面,尺 寸比工程正常所需偏大;或图省事,不追求创新,不积极采用装配式建筑物等。
4.1.2小型渠系装配式建筑物生产安装影响因素分析
影响小型渠系水利工程装配式建筑物生产安装的因素有很多,如施工工艺、施工人员 素质、技术措施、机械器材、施工材料、前期设计、决策与管理等,直接或者间接影响工 程生产安装过程。总结归纳为六个方面:构件设计、生产运输、装配施工、施工安全、施 工进度、工程质量。
构件拆分方面,构件拆分是装配式建筑物成功使用的关键,直接会影响到建筑物构件 的连接、运输及工程安装质量,进而影响装配式建筑物的质量、进度与成本。因此,施工 单位中标后应进一步在设计图纸的基础上进行构件拆分的深化设计,如构件不同拆分方案 的比选、构件拆分后的结构稳定性、构件间的连接方案等。
生产运输方面,首先是生产厂家是否合格,部品构件在生产过程中使用的材料,配合 比设计若不符合国家标准规定,会严重影响建筑物的质量。装配式构件生产时应具有相应 的技术标准、工艺流程和作业指导要求。生产完成进出场时应具有完整的质量检测报告和 验收记录。在运输过程中,应有合理的组织方案,包括运输的时间、次序、路径,且在达 到施工地时,要做好堆放与支垫的保护措施,减少对构件的二次破坏。
装配施工方面,施工的组织方案、施工队伍、施工器械、施工工艺和技术标准都会影 响装配式建筑物的建设。所以,在施工前应具有完整的施工组织方案,包括构件安装方案、 进度、场地、材料、人员、机械的组织。由于水利工程建设工种繁多,装配式建筑物构件 的连接要求较高,各工序与其他工程过程又有紧密的联系,故专业的工程总承包与专业施 工队伍会大大提高水利工程装配式建筑物的建设质量。机械设备又分为两类:一是组成工 程实体及配套的工艺设备和各类器具,如水泵、电机、闸门等,作为工程的一部分,与工 程形成完整的使用功能。二是施工过程中使用的器械设备,如大型垂直与横向的运输设备、 土方压实、测量仪器、安全设备等安全、准确、有效施工的施工器械。总之施工器械类型 是否符合设计工程需要,操作是否便利等,都会影响工程的质量。
施工安全方面,施工过程中不安全的影响因素会导致工程延期、人财物的损失、工程 效率下降等不良影响。建筑安全工作贯穿于项目建设的全过程,其主要涉及到人、物、环 境等方面的安全。人是工程建设过程中的主体,操作人员的技术不熟练,不遵守规章制度, 安全重视程度和管理机制不完善,都是建设过程中的不安全因素。物是工程建设过程中的 工具,能提高生产效率,但是若施工器械,尤其是吊装机械存在缺陷,个人防护工具缺少, 有害物品堆放等都会给施工带来安全隐患。施工作业的环境不仅是保障施工质量的前提, 也是保障施工作业人员安全的重要因素。在施工场地应具有符合安全技术标准的作业措 施,工作危险区域有明显的警示牌,有良好的照明、通风、排水等设施。
施工进度方面,影响工程进度的不利因素有很多,从施工准备(包括招标设计)、建 设实施、生产准备、竣工验收等各阶段di都需要各部门人员的组织协调,每一个环节都影 响着施工的进度。具体的工程建设过程中主要有反常的天气、暴风雨雪等恶劣复杂的自然 因素,公共卫生安全等影响健康的因素。还有材料设备供用不及时,勘察设计工作没有做 好、业主资金不到位、场地不到位等。具体来说可以分为勘察设计质量、设备供应、施工 及材料、监理单位、业主、自然环境、社会等因素。
工程质量方面,影响水利工程装配式建筑物工程质量的因素有很多,总结归纳起来为 五个方面:人、材、机、环境与方法。人是生产活动的主体,从规划设计、施工图设计、 建设施工等,都离不开人的参与。设计人员的专业水平、组织管理人员的组织水平、施工 人员的教育与专业水平、生产人员的制造水平、检测人员的检测水平等对工程质量都有着 重要的影响。装配式建筑物所使用的材料,水泥、黄砂、石子、钢筋等影响着装配式构件 质量的好坏。构件存放、运输过程、特殊节点的保护等对建筑物的质量也有着重要的影响。 装配过程需要使用吊机、大型垂直和运输设备,若机械设备不到位,装配式施工会受到严 重的影响,从而影响工程质量。装配式建筑物施工方法与传统方式有所不同,装配式建筑 物施工重要的是构件组装的顺序、节点的连接方式方法、止水片的安装、伸缩缝的填装等, 考验着施工队伍人员的专业性,也影响着建筑物的工程质量。
4.1.3小型渠系装配式建筑物管理与效益影响因素分析
建设项目竣工验收后,进入管理与投产运营阶段,影响此阶段评价结果的因素有很多, 如:组织管理、项目投资、项目影响等。
组织管理方面,装配式建筑物与传统现浇式建筑物的结构设计不同,在组织管理方式 上会发生相应的改变。设计阶段对结构型式的合理设计;构件拆分阶段对构件尺寸、形状、 节点等进行编号信息化处理,有利于对构件信息的掌握。生产阶段对构件建立信息数据库, 记录构件生产数据信息,有利于对构件的生产质量、生产进度进行调控。施工阶段建立构 件施工管理系统,记录装配施工的时间、顺序、操作人员等信息,对监控施工质量、施工 进度提供有效的资料。
项目投资方面,水利工程投资是一项综合性、专业性、政策性的活动,建设周期长, 不确定因素多,故影响工程投资的因素有很多。设计阶段,设计人员专业水平不高,设计 结构不合理,不能经济适用;施工阶段构件组装不便捷,构件与各建筑物之间没有综合考 虑,会造成经济浪费,投资偏大的影响。前期工作不扎实,也会造成设计变更大,投资加 大。由于装配式建筑物与传统现浇方式有所不同,故施工队伍、施工机械要求也会有所不 同,故水利工程装配式施工成本、人工费的涨落等也会影响投资。总得来说装配式建筑物 工程总投资在结构设备及安装工程方面与传统的现浇方式投资相比会稍有提高,但在临时 工程方面会有所降低,独立费用方面基本持平。
效益与影响方面,小型渠系工程装配式建筑物构件在建造过程中,釆用工厂化生产方 式,减少了预拌混凝土的损耗,也减少了现场加工的钢筋损耗率。减少了能源资源的消耗, 另一方面也提高了环保的效益。装配式建筑物的设计及施工一方面促进了现代化专业队伍 的产生,对行业技术进步也起到了促进的作用。农田水利工程项目在竣工后,运行1至2 年后应进行系统的项目后评价,技术进步、国民经济和规模效益等经济评价,还有建设过 程中的设计施工、建设管理、竣工投产、生产运营等全过程进行评价。为以后工作提出好 的建议,不断的提高项目决策和投资水平,总结经验,吸取教训。
4.2小型渠系装配式建筑物评价权萱的确定一层次分析法
4.2.1层次分析的基本方法和步骤
层次分析法最早由美国兹堡大学教授萨蒂提出,是一种层次权重决策分析方法。
(1) 建立递阶层次结构模型。首先分析系统中各因素之间的关系,把系统问题条理 化、层次化,拟定指标、划分层次结构、构造出一个层次分析的结构模型。层次可分为三 层分别为:最高层、中间层、最底层,也叫做目标层、准则层、措施层(方案层)。
(2) 构建层次判断矩阵。对同一层次的各元素关于上一层中某一准则的重要性进行 两两比较,构造两两比较的判断矩阵。为了使各因素之间进行两两比较,得到优化的判断 矩阵,引入1—9的标度,见表4-1 o
 
表4-1标度
标度 含义
1 表示两个元素相比,具有同样重要性
3 表示两个元素相比,前者比后者稍重要
5 表示两个元素相比,前者比后者明显重要
7 表示两个元素相比,前者比后者强烈重要
9 表示两个元素相比,前者比后者极端重要
2, 4, 6, 8 表示上述相邻判断的中间值
若元素Z与丿的重要性之比为q,,那么元素丿与元素Z重
倒数 要性之比为a” = 1/ a” a” = 1
注:本文考虑表格设计问题,所以不设计2, 4, 6, 8这四个中间评价等级。
 
(3)权重求解一根法(即几何平均法)。设影响装配式建筑物评价结果的指标有〃个
人,&,•••,&;它们的影响因素分别为嗎,叫,…,叫。若将它们两两的比较重要性,其比值
 
 
 
w”/ W”/ ... W”/
_ /»'! /"i /w”_
显然在判断矩阵A中,aij>0, a”=l,州=1/a”(jj = 1,2,。
1)对矩阵A中各行元素进行相乘,后对每项开n次方,得到一新的向量
(4-1)
得到W =(函,函,…丽
2)将所得向量归一化即得指标的权重w
wi = W, , i = \,2,--,n (4-2)
Z=1
得到可=(%叫,…,w”)『即为特征向量的近似值,这也是各因素的相对权重。
3)求判断矩阵相对应最大的特征值
(4-3)
4)计算一致性指标 C.L (consistency index)
以其平均值作为检验判断矩阵一致性指标(CI)
 
5)查找相应的平均随机一致性指标R.I. (random index)
判断矩阵的维数"越大,判断的一致性将越差,故应放宽对高维判断矩阵一致性的要 求,于是引入修正值并取更为合理的CJ?.为衡量判断矩阵一致性的指标。表4-2给 出了 1〜15阶正互反矩阵计算1000次得到的平均随机一致性指标
表4-2平均随机一致性指标R.I.参考值
矩阵阶数 1 2 3 4 5 6 7 8
R.L. 0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41
矩阵阶数 9 10 11 12 13 14 15
R.L. 1.46 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58 1.59
 
6)计算一致性比例
C.R. = (4-5)
R.I.
当= 为完全一致;C.Z.的值越大,判断矩阵的完全一致性越差。一般
只要CJ.<0.1,认为判断矩阵的一致性可以接受,否则重新进行两两比较判断。
4.2.2小型渠系装配式建筑物层次结构模型
根据水利工程基础建设程序,结合装配式建筑物特点,对小型渠系水利工程装配式建 筑物评价指标进行有效性、可靠性、敏感性和特异性进行分析,共选出三个指标一规划设 计、生产安装、管理与效益。具体评价体系见表4-3。
 
表4-3小型渠系装配式建筑物评价指标体系
小型渠系装 配式建筑物 综合评价指 标内容/ 一级指标 二级指标
规划设计色 可行性研究G 初步设计C2
施工图设计C3
生产安装场 生产运输C4 构件设计C5 装配施工Ce 施工安全C? 施工进度c8 工程质量C9
管理与效益场 组织管理Go
项目投资Gi
环境影响cl2
 
4.2.3小型渠系装配式建筑物评价权萱计算结果
(1)构建判断矩阵
按照标度对指标体系中的各个指标重要性程度进行赋值,在预调查的基础上,应用德 尔菲专家问卷法。邀请数位相关领域的专家对指标体系相关性进行打分,对有效问卷打分 结果进行统计处理。在这里我们将有效的问卷评价结果进行数据处理后,对数位专家评价 结果的权重取平均值,得出两两比较的判断矩阵:
1)在元素集A中,构建判断矩阵如表4-4o
表4-4元素集A的判断矩阵
A Bl B2 B3
Bl 1 1/3 1
B2 3 1 3
B3 1 1/3 1
 
2)在元素集B1中,构建判断矩阵如表4-5o
 
表4-5规划设计(B1)为准则的判断矩阵
B1 C1 C2 C3
C1 1 1/3 1/3
C2 3 1 1/3
C3 3 3 1
 
3)在元素集B2中,构建判断矩阵如表4-6o
表4-6生产安装(B2)为准则的判断矩阵
B2 C4 C5 C6 C7 C8 C9
C4 1 3 5 3 5 5
C5 1/3 1 1/3 3 5 3
C6 1/5 3 1 5 5 5
C7 1/5 1/3 1/5 1 5 1
C8 1/5 1/5 1/5 1/5 1 1/3
C9 1/5 1/3 1/5 1 3 1
 
4)在元素集B3中,构建判断矩阵如表4-7。
表4-7管理与效益(B3)为准则层的判断矩阵
C3 C10 C11 C12
C10 1 1 3
C11 1 1 3
C12 1/3 1/3 1
 
(2)权重求解
1) A的元素按行相乘;
2) 将行成所得向量开三次方,得另一新的向量;
3) 将新向量的每个元素除以新向量列的和,所得向量即为权重;
4) 一致性检验,C.R.V0.1,说明层次判断矩阵经过计算,满足一致性检验。
各层次判断矩阵计算结果如表4-8o
a、以元素A为准则的权重
 
表4-8以元素A为准则的权重和一致性检验
A 行内连乘 开N次方 权重 一致性检验
Bl 1/3 0.693 0.200 〈max =3
B2 9 2.080 0.600 C.I-0
B3 1/3 0.693 0.200 R.I=0
C.R.=O
 
b、以元素Bl为准则的权重
表4-9以元素B1为准则的权重和一致性检验
Bl 行内连乘 开N次方 权重 一致性检验
Cl 1/9 0.481 0.135 心=3.1
C2 1 1.000 0.281 C.I =0.05
C3 1/9 2.080 0,584 RJ=0.52
C.R=0.09
 
c、以元素B2为准则的权重
表4-10以元素B2为准则的权重和一致性检验
B2 行内连乘 开N次方 权重 一致性检验
C4 1125 3.225 0.396 4ax=6-7
C5 5 1.308 0.160 C.I= 0」4
C6 75 2.054 0.252 R.I=1.26
C7 0」11 0.693 0.085 C.R=0.1
C8 0.001 0.285 0.035
C9 0.040 0.585 0.072
 
d、以元素B3为准则的权重
表4-11以元素B3为准则的权重和一致性检验
B3 行内连乘 开N次方 权重 一致性检验
CIO 3 1.442 0.429 'max =3
Cll 3 1.442 0.429 C.I=0
 
 
B3 行内连乘 开N次方 权重 一致性检验
C12 1/9 0.481 0.142 R.IF52
C.R=0
 
经过判断矩阵的计算,CR的值均小于0.10,说明满足一致性检验,即评价指标及专 家评价意见满足合理性。
(2)计算底层每个支干指标占总的评价指标的权重,结果见表4-12。
表4-12农田水利工程装配式建筑物评价指标总权重
指标 A 总权重
Bl (0.2) B2 (0.6) B3 (0.2)
C1 0.135 0.027
C2 0.281 0.056
C3 0.584 0.117
c4 0.396 0.238
c5 0.160 0.096
c6 0.252 0.151
c7 0.085 0.051
c8 0.035 0.021
c9 0.072 0.043
Cio 0.429 0.086
Cn 0.429 0.086
C12 0.143 0.029
 
4.3小型渠系装配式建筑物评价指标
根据影响渠系水利工程装配式建筑物建设过程中的因素,制定了评分细则见表4-13 -
表 4-15o
表4-13规划设计阶段评分细则
序号 评价项目 评价指标及要求 评价分值 评价方法
1 可行性研究 (3分) 技术上和经济上合理的科学分 析和论证装配式建筑物 1 查阅资料
可行性研究报告符合《水利水电 工程初步设计报告编制规程》 2
2 初步设计
(6分) 设计人员专业水平(资质、经验) 符合合同规定 1 查阅资料
工程地质资料齐全、满足设计需 要 1
水利规划布局完善、科学合理 2
装配式建筑物典型设计结构合 理,符合装配式结构要求 2
3 施工图设计 (11 分) 设计建筑物规模分级与规格选 用满足实际工程需要 4 查阅资料
施工图设计符合规划要求 3
装配式施建筑物施工图设计做 到标准化 4
 
 
序号 评价项目 评价指标及要求 评价分值 评价方法
序、构件固定的要求、堆放支垫 及成品保护措施,且减少二次倒 运和现场堆放
。对于特殊的构件,大型构件、 节点需要特别保护的构件,运输 过程中有明确的运输和存放措 施 1.5
3 装配施工 (15 分) 。该项目具有总承包管理资质和 合理的施工组织方案 3 现场观察 查阅资料
。该项目的施工队伍经过专业化 的培训 3
。构件连接技术施工简便、安全 可靠 3
该项目具有完整的装配式技术 过程记录 3
建筑物构件干连接达50%以上 3
4 施工安全
(5分) 装配施工人员定期进行安全培 训与考核,安全意识强 1.5 现场观察 查阅资料
装配人员配齐安全器具 1.5
施工现场具有符合现行有关标 准的安全防护措施,操作方法符 合安全规范要求 2
5 施工进度
(3分) 单个建筑物装配进度比现浇进 度提高80%、60%、40%,以上 得分分别为1.5、1、0.5分 1.5 现场观察 查阅资料
 
0.5
整个项目装配施工完成总工期 减少程度40%、30%、20%,以 上得分分别为1.5、1、0.5分 1.5
 
0.5
6 工程质量
(4分) 构件强度、抗渗、抗冻指标,外 观质量、连接质量符合规范规定 1 现场观察 查阅资料
单个建筑物装配施工质量检测 数据与传统方式施工质量相比, 有所提高 1
总体项目工程使用年限与传统 施工方式增加幅度15%、10%、 5%分别得分2、1.5、1分 2
1.5
1
 
表4-15管理与效益评分规则
序号 评价项目 评价指标及要求 评价分值 评价方法
1 组织管理
(8) 设计阶段做到建筑物设计标准 化,建立标准化信息库 2 査阅资料
建立构件生产信息数据库,用于 记录构件生产信息,方便管理构 件生产进度与质量,每个构件设 计信息可以随时调用 3
施工阶段建立信息管理系统,方 便组织施工顺序,了解施工进 度,检査施工质量,及时调整施 工工作计划 3
2 项目投资
(8) 该项目装配式建造成本与同等 条件下现浇建造方式相比,费用 增加不高于25% 4 查阅资料
环保效益明显提高,减少了材料 浪费,节省了人力的投入 2
该项目有详细的资料记录和经 济分析报告 2
3 项目影响
(4) 该项目构件设计、施工组织、运 营管理等方面对行业技术进度 起到促进作用 2 査阅资料
该项目在设计、建造过程中对生 态影响起到积极作用 2
 
注:带“O”的指标为安装前要评定的指标。
小型渠系水利工程装配式建筑物规划设计、生产安装、管理与效益三个评价项目的总 分为100,具体的评分项根据工程实际进行调整,并符合相关文件规定。小型渠系水利工 程装配式建筑物评价项目总得分见式4-1 o
0 = 0+02+2 (4-1)
式中:0—装配式建筑物评价项目总得分;
Q —规划设计评价的实际得分值;
Q2 —生产安装评价的实际得分值;
幺一管理与效益评价的实际得分值。
评价过程分为三个步骤:设计评价、安装前评价与项目评价,三个步骤的计算方式见 式 4-2、4-3、4-4 o
设计评价得分为:
安装前评价得分为:
0安=工2 (4-3)
式中:0。一带“O”的指标得分。
项目评价得分为:
Q^=Q (4-4)
在项目设计完成后需进行设计评价,设计评价由设计评审专家在设计审查时进行打 分,其得分值不应低于设计阶段标准值的60%,否则应完善或重新设计;在构件安装前需 对构件标准进行评价,安装前的评价指标主要指生产安装评价规则表4-14中带“O”的指 标,由监理工程师在构件现场安装前进行打分,其评价得分值不应低于这些指标标准值的 60%,否则应进行整改;项目评价由项目竣工验收委员会在进行竣工验收进行打分,并根 据得分进行划分为A、AA、AAA级,60分〜74分为A级、75分〜89分为AA级、90 分以上AAA级,此等级可作为施工单位以后承接装配式建筑物施工的重要依据。
4.4本章小结
本章根据小型渠系水利工程装配式建筑物基础建设程序各阶段的特点,通过调查研究 并查阅相关文献资料,做了如下几个方面的工作:
(1) 分析小型渠系水利工程装配式建筑物的影响因素,根据指标的有效性、可靠性 和敏感性,对指标进行筛选,最后以规划设计、生产安装、管理与效益三个阶段作为三个 主要影响指标。
(2) 搜集查阅小型渠系水利工程装配式建筑物的相关资料、国家标准以及参考工业 化建筑物的评价标准,对三个指标进一步分析影响因素。依据影响因素分析,确定评价指 标内容,建立评价内容层次结构模型。釆用德尔菲专家问卷法邀请数位专家对评价内容进 行打分,收集整理问卷调查结果,构造两两比较的判断矩阵,利用层次分析法得到各级指 标权重。根据各级指标权重,结合工程实际情况,得到各级评价指标分值。
(3) 为确保装配式建筑物推广的质量与成效,将装配式项目评价过程分为设计评价、 安装前评价与项目评价。在装配式项目各阶段完成时相应的专家进行评价,评价结果低于 设计指标60%时应进行整改。其项目评价等级也可作为施工单位日后承接装配式建筑物施 工的重要依据。
第5章结论与展望
5.1结论
装配式建筑物的原始出发点在于构件能够批量生产,各结构能够尽可能多的使用同种 部件,使得工作效率加快的同时带来更多的效益。本文主要在总结小型渠系水利工程建筑 物特点,结合前人对装配式构件的拆分方法,对结构进行了拆分与优化设计。然后对砂浆 的力学性能进行了试验研究,得到符合设计要求的砂浆最优配合比。评价标准作为政策制 定和参考、评价质量的依据,引导了装配式建筑物的健康发展。为弥补水利工程装配式建 筑物在评价标准方面存在的缺失,文章对小型渠系水利工程装配式建筑物的建设施工过程 影响因素进行分析,根据各阶段建设特点制定了详细的评价指标内容,为装配式建筑物建 设过程提供了有效的控制指标,项目评价等级也可做为建设施工单位以后承接装配式建筑 物施工的重要依据。总得来说研究结果分为三部分,具体的内容如下:
(1) 小型渠系水利工程装配式建筑物的优化设计与稳定分析。根据小型渠系水利工 程建筑物的特点,最终将建筑物拆分为9个构件:底板、挡墙1、挡墙2、翼墙、涵管、 垫块、平台、弯管、闸门。由设计的9个构件可以组成:涵闸、倒虹吸、涵洞、渠首等建 筑物。为使装配式结构设计能够进一步实用化,以装配式渠首为例,计算了各构件的尺寸, 以及其所承受的水压力、扬压力、重力、土压力等,并对其进行了稳定分析,满足规范要 求。利用有限元软件Abaqus对渠首各工况的应力复核,得到最大拉应力与最大压应力满 足设计要求,其水平位移及沉降也满足规范要求,渠首整体稳定性较好。
(2) 装配式构件砂浆连接的最优配合比设计。普通的砌筑砂浆不能满足装配式建筑 物的要求,本文在查找相关研究文献后,通过添加掺合料粉煤灰、硅粉、聚竣酸高性能减 水剂来改善砂浆性能。其中粉煤灰掺量为5%、10%、15%;硅粉掺量为3%、5%、7%; 减水剂掺量为0.3%、0.5%、0.7%o利用正交试验,采用三水平因素,以砂浆稠度与强度 为指标,确定符合装配式建筑物砂浆性能要求的最优配合比。
根据试验结果:硅粉的掺入使早期强度高,且早期使得强度增长速度快,后期增长速 度慢,故硅粉对前期强度影响较大;在此配合比下随着粉煤灰的加入强度是降低的,砂浆 的稠度值时是提高的;减水剂的加入减少了用水量,加速了早期水泥的水化反应,减水剂 的掺量是有一定的范围,当达到饱和的掺量后,砂浆的强度会随之降低。综合考虑当硅粉 掺量为5%,粉煤灰掺量为5%,减水剂掺量为0.7%时,砂浆的性能指标最满足装配式建 筑物的要求。
(3) 小型渠系水利工程装配式建筑物的评价指标探讨。本文根据小型渠系水利工程 建设程序,将小型渠系水利工程装配式建筑物分为规划设计、生产安装、管理与效益三个 一级指标。规划设计阶段又分为三个二级指标分别是:可行性研究、初步设计、施工图设 计。生产安装的二级指标是:构件设计、构件运输、装配施工、施工安全、施工进度、工 程质量。管理与效益的二级指标是:组织管理、项目投资、环境影响。采用问卷调查的方 式,请专家对指标两两之间重要性进行打分,利用层次分析法计算得出各级指标的权重。 其中一级指标的权重分别为0.2、0.6、0.2o根据小型渠系水利工程装配式建筑物实际建设 施工过程影响因素,分别对各阶段详细指标内容进行确定,结合权重赋予每项指标的评价 分值。为有效的监督控制装配式项目质量,将装配式项目评价过程分为设计评价、安装前 评价与项目评价,每个评价阶段评价分值不应低于设计指标标准值的60%,否则应进行整 改。项目评价结果也可作为施工单位日后承接装配式建筑物施工的重要依据。
5.2展望
装配式建筑物的发展就像建筑物的高度没有止境一样,始终在不断地打破着记录,提 高装配式建筑物材料强度和节点连接方式的研究也没有止境。本人能力水平有限,仅有一 些初步的研究成果,对于未来还有许多问题值得探讨。
(1)装配式建筑物的建设理念是大规模、标准化、工厂化生产方式,且能够满足时 代的要求组成新型结构型式和施工体系。本文仅对于涵闸、渠首、涵洞、倒虹吸建筑物进 行构件的拆分设计,未来可以考虑更多的建筑物,如农桥、渡槽、量水设施、泵站等。对 于装配式构件的设计、节点的设计、连接方式等还有待进一步的研究。
(2)装配式建筑物还可以与3Dmax模型进行联系,利用软件对其进行建模,模拟实 际工程情况,利用3Dmax打印出装配式构件,有针对性的对出现的问题进行解决改善, 可以减少实际投产过程中出现问题。
(3)对于本文研究的装配式砌筑砂浆,只从两个方面对其进行了试验研究,影响砂 浆性能的因素还有很多,未来可以对其粘结强度、收缩值、膨胀等性能进行进一步的研究, 使其更能符合装配式建筑的需求。
(4)装配式建筑物评价标准应具有科学性、系统性和导向性,有利于促进传统建造 方式向现代化建造方式转变,推动装配式建筑物的现代化发展。文章对评价指标的制定还 不尽科学,对于每项评价内容缺少定量的衡量指标,希望未来可以增加更详细的关于水利 工程方面的评价。
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