气动振动器在预应力混凝土T梁预制中的应用

摘　要：气动振动器主要适用于大型混凝土构件的预制,如公路、铁路、大坝、桥用大梁,以及涵洞、地铁、隧道混凝土的构筑。针对目前国内外振动器在大型混凝土构件预制应用中的实际情况,结合我国预应力混凝土T梁预制的工艺特性,阐述气动振动器在预应力混凝土T梁预制中的应用。
1 概述
      振动器是利用激振装置产生振动,并将振动通过预制模板传给混凝土使其密实的设备。混凝土振动器工作时,使混凝土内部颗粒之间的内摩擦力和黏着力急剧减小,混凝土呈重质液体状态,骨料相互滑动并重新排列,骨料之间的空隙被砂浆填充,气泡被挤出,从而达到密实的效果。最早出现的振动器是风动柱塞式,继之生产电动偏心式。20世纪30年代有了行星滚锥高频振动原理; 20世纪50年代末,电动行星滚锥型高频插入式振动器得到普及。
      振动器按工作方式分为插入式(内部)、附着式(外部)和平板式(表面);按动力分为电动式、风动式、气动式、内燃式和液压式;按振动频率分为中频、高频和复频式;按激振原理分为偏心式、行星式、往复式和电磁式等。振动器的基本技术参数是:振动频率、振幅、激振力和结构尺寸。近年来,为了适应混凝土材料和施工方法变化的需要,新型结构的振动器不断问世。
      选用振动器时,必须针对混凝土的性质和施工条件,合理选择振动器的振动参数和结构尺寸,才会达到理想的振动的效果。
      目前,我国大跨度预应力混凝土T型梁和箱梁预制生产过程中,使用电动振动器的企业远比使用气动振动器的企业多,而在欧美国家气动振动器已广泛应用;大跨度预应力混凝土T梁和箱梁生产过程中一般都有蒸汽养护工序,尤其在冬季施工,蒸汽养护工序必不可少。在蒸养潮湿的情况下,气动产品的优越性尤为显著。
      新建南昌西环线采用的桥梁是通桥(2005)2101后张法混凝土T梁,我公司承揽了其中520孔梁的任务。本工程质量要求高,工期要求也相当紧。经过方案论证和反复的试验,同时本着大胆使用新技术、新工艺、新材料,创造优质产品的目标,决定在南昌制梁项目部使用气动振动器。
2 气动振动器的应用
2. 1 技术保证措施
      目前国内外生产气动振动产品的企业比较多。经过长时间的调研、比较以及试验,决定选用了意大利进口的SOTAI牌SPV4000型附着式气动振动器。该振动器的技术参数:振动频率15 200 r/min、振幅2.96mm、离心力40 kN、耗气量1 800 L/min、质量14.5 kg;振动器的进气压力一般情况下在0.6~0.7MPa时振动器的工作效率为{bfb},当进气压力为0.5~0.6MPa时效率为80%左右,低于0.4MPa时不能发挥效率。因此,使用中进气压力一般控制在0.7MPa左右;应用中也可通过调节阀门的开闭大小调节振动器的振捣力。
      南昌制梁场的制梁台位由15个32m台位和2个24m台位组成,其中3行32m台座3组、2行32m台座3组、2行32m台座1组。为此设计了一套固定式压缩空气管道网络系统来驱动T梁模板上布置的气动振动器。网络布局为固定管道(浅埋)+1根移动分支管,固定管道使用一根 80mm无缝钢管作为主管;每列台座使用同一管径的无缝钢管作为分气管,并在每两个台座间安装一通气阀门作为与移动分支管的接口;移动分支管为一根长32m、管径50mm的无缝钢管,按照T梁模板上振动器的安装位置接16根Φ20mm无缝钢管并在其上安装控制球阀,以及连接振动器的软管,软管选择内径16mm,耐压等级1.0MPa的橡胶软管。制梁场制梁台座与压缩空气输送管道布置如图1所示。

　　SOTAI牌SPV4000型附着式气动振动器的振动作用半径为2.5 m, 32 m预应力混凝土T梁长32.6m、高约2.5 m、底部厚度0.88 m、中间截面腹板厚度0.21m。在一片32m预应力混凝土T梁模板上布置16个气动振动器,即内、外侧模板各布置8个可满足振动要求。由于梁的端部腹板厚0.44m,即端部混凝土体积分布多。因此{dy}个振动器距模型端部约1.8m,其他振动器沿模型纵向方向间距均为4 m,并且振动器在内、外侧模型的布置沿模型纵向方向的位置应错开,沿模型高度方向位置均是距模型底部1m高处。如有需要,纵向和高度方向均可在0.5m范围内调整。
      安装时, SOTAI牌SPV4000型附着式气动振动器与振动器座子的接触面呈圆弧状,如图2所示。在制作振动器底座时,一定保证两圆弧面xx吻合,这样才能让振动力通过振动器底座{zd0}限度地传递给模板。除此之外,振动器在模板上的安装方式也有严格的要求,由于在梁的高度方向仅一排振动器,安装振动器的连接筋必须从模板底部贯通至模板顶部,这样可保证振动力在水平和垂直方向的有效传递。
2. 2 气动振动器应用中注意事项
      在实际应用中,由于压缩空气输送管道本身存在粘阻造成管道压力损失,此外还有管道阀门和弯道中的节流和气体改变方向的损失,这些损失转化为热量,造成压力下降。经计算,该方案中管道的压力损失为0.065MPa,所以选择空压机的额定工作压力在0.8MPa以上。
      压缩空气压力大于0.2MPa时,压力每变化0.1MPa,空气体积增加或减少1倍,因此实际使用时,储气管和管道有效容量应略高于同时使用振动器总耗气量的1/2。因此,选用2台容量为3m3,压力1.0MPa的储气罐进行储能。
      从图1可看出,压缩空气主输送管道约260 m长,在管道上开的阀门也比较多,每次使用之前需对管道进行检查,防止因漏气影响压缩空气的作用压力。振动器工作之前,需提前一定的时间启动空压机对两个储气罐储能。在使用过程中,要时刻关注空压机的工作压力是否控制在振动器的有效工作压力之上。
      在灌注过程中,既要保证混凝土密实性,同时要防止过振。振动时间和振动力要控制得恰到好处。灌注初始阶段,混凝土灌注部位的振动器气源阀门只需开至1/3大小,此时的振动主要帮助混凝土流动,同时也起到振实作用。当混凝土厚度达梁体下翼缘处时,需将振动器气源阀门全部打开。灌注结束时,在桥面和隔墙位置需用振动棒辅助振动。
      应用气动振动器时,振动力的大小和振动时间的长短直接影响梁体的外观质量。使用时需摸索最适合的振动工艺,必要时应随时进行调整,包括振动时间和振动力大小的调整。
3 技术和经济评价
      通过分析和实践应用,在大跨度的预应力混凝土T型梁生产中使用气动振动器有以下显著优点:
      (1)在潮湿的情况下,气动振动器是无电作业,安全可靠。　　
      (2)该气动振动器寿命至少达10年以上,能连续工作30 000 h。可避免出现目前每个预制梁场购置振动器数量多(给管理带来困难)且维修频率高的现象,节省了振动器的购置成本和维修成本。
      (3)高频振捣频率可达15 000 r/min以上,迅速排气,可增强混凝土密实度。直接提高桥梁产品内在及外观质量;同时振动器在灌注时运行时间将减短二分之一以上;也直接降低了运行成本。
      (4)振捣频率高,振幅小,减少了对模具的损坏,增加了模具使用寿命。
      (5)振动器使用压缩空气为动力,无污染,且自身结构简单,经久耐用,不会产生因修理造成的二次污染。
4 结束语
      在预应力混凝土T梁预制中运用气动振动器,无论在经济投入、维修保养、环境保护方面,还是在使用性能方面,都有相当的优越性。尤其在铁路建设快速发展的今天,为了节能降耗、节省投资、提高效率,气动振动器在预应力混凝土T梁和箱梁预制中尤其值得推广应用。
参考文献
[1]钱翼稷.空气动力学[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004
[2]GB50204—2002　混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
[3]TB/T3043—2005　预制后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁技术条件[S]
[4]TB10002·1—2005　铁路桥涵设计基本规范[S]

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