譚健　李勇波　余昆　鎮(zhèn)順利

摘 要：在橋梁施工中，現(xiàn)澆梁施工通常采用支模架系統(tǒng)為承重結(jié)構(gòu)，并使用支架卸落系統(tǒng)調(diào)節(jié)標(biāo)高以及完成落架。為提高現(xiàn)有支架卸落系統(tǒng)的承載和卸落能力，增大支架卸落系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，基于TRIZ理論，從組件、功能、資源等方面進(jìn)行分析，對(duì)現(xiàn)有支架卸落系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提出了多種改進(jìn)方案。結(jié)果表明，TRIZ理論在橋梁施工領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，解決問題全面、快速、準(zhǔn)確，優(yōu)勢(shì)明顯。因此，通過引入和應(yīng)用TRIZ理論，可以提升橋梁施工的效率和效果，提高工程的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：支架卸落系統(tǒng)；TRIZ；承載能力

中圖分類號(hào)：TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Doi：10.3969/j.issn.1672-2272.202306092

Improved Design of Support Unloading System Based on TRIZ Theory

Tan Jian，Li Yongbo，Yu Kun，Zhen Shunli

（The 7th Engineering Co.， Ltd， China Railway Major Bridge Engineering Group， Wuhan 430056， China）

Abstract：In bridge construction， when the formwork support system is used as the load-bearing structure in cast-in-place beam construction， the support unloading system is generally used to adjust the elevation and complete the fall. In order to improve the bearing capacity and unloading capacity of the existing support unloading system， and increase the safety， reliability， flexibility and economy of the support unloading system， the TRIZ theory is used to analyze the components， functions and resources. The existing support unloading system is improved， and a variety of improvement schemes are put forward. The results show that the application of TRIZ theory in the field of bridge construction has broad prospects， comprehensive， rapid and accurate problem solving， and obvious advantages.

Key Words：Support Unloading System；TRIZ；Carrying Capacity

0 引言

1956年，阿奇舒勒提出了“發(fā)明問題解決理論”，即TRIZ理論，該理論不僅提高了技術(shù)問題的解決能力，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，還使企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向具有可預(yù)見性，從而降低了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)。目前，TRIZ理論不僅在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，成為企業(yè)創(chuàng)新的利器，而且已經(jīng)在自然科學(xué)等多領(lǐng)域得到了應(yīng)用[1]。

在橋梁施工中，支模架系統(tǒng)是現(xiàn)澆箱梁當(dāng)中經(jīng)常使用的一種用于澆筑混凝土的承重結(jié)構(gòu)，支模架在設(shè)計(jì)施工當(dāng)中需要考慮施工標(biāo)高的調(diào)節(jié)和控制，以及在澆筑完成混凝土主體結(jié)構(gòu)后支架拆除，而橋梁支架卸落系統(tǒng)是用于橋梁支架標(biāo)高調(diào)節(jié)與落架的工具，可循環(huán)使用，標(biāo)高調(diào)節(jié)方便、精度高、應(yīng)用廣泛。為提高現(xiàn)有支架卸落系統(tǒng)的承載和卸落能力，增大支架卸落系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)用TRIZ理論對(duì)現(xiàn)有支架卸落系統(tǒng)從組件、功能、資源等方面進(jìn)行分析并改進(jìn)。

1 支架卸落系統(tǒng)

支架卸落系統(tǒng)如圖1所示，由等腰梯形形狀的上支座、下支座、左支座、右支座組成，左支座和右支座均開有供穿插對(duì)拉螺桿的通孔，對(duì)拉螺桿貫穿左、右支座，通過對(duì)拉螺桿兩端鎖入螺母將左、右支座固定，對(duì)拉螺桿與兩端螺母共同組成對(duì)拉桿件。通過對(duì)拉桿件的松緊來調(diào)節(jié)上下支座的標(biāo)高，從而達(dá)到快速調(diào)節(jié)標(biāo)高和支架卸落的目的。支座的承載能力主要依靠承力坡及對(duì)拉桿件強(qiáng)度的確定[2]，可以分塊段現(xiàn)場(chǎng)拼裝，通過對(duì)拉桿件實(shí)現(xiàn)支座頂部標(biāo)高的調(diào)節(jié)。

2 利用TRIZ解決問題

2.1 工程系統(tǒng)及組件

工程系統(tǒng)是指能夠執(zhí)行一定功能的系統(tǒng)，一般來說，其指的是我們整體的研究對(duì)象[3]。根據(jù)工程系統(tǒng)定義，對(duì)內(nèi)部組件進(jìn)行分析，如表1所示，組件包括上支座、下支座、左支座、右支座、對(duì)拉螺桿、左螺母、右螺母，超系統(tǒng)組件為人、鋼管立柱、上部鋼梁。

支架卸落系統(tǒng)改進(jìn)的目的為：提高現(xiàn)有支架卸落系統(tǒng)的承載和卸落能力，增大支架卸落系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。支架卸落系統(tǒng)現(xiàn)存的主要問題為：承載能力較低、安全性較低。對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)的要求為：能承受更大的豎向荷載、安全可靠、保證調(diào)節(jié)高度。

2.2 功能分析

功能分析是一種分析問題的工具，專用于識(shí)別系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的功能、特點(diǎn)及其成本。功能分析分為三部分，即組件分析、相互作用分析和功能模型[4]。針對(duì)支架卸落系統(tǒng)定義及描述對(duì)相互作用進(jìn)行分析，相互作用分析的輸出是一個(gè)相互作用的矩陣，如表2所示。對(duì)這些阻件進(jìn)行兩兩分析，看它們是否有相互作用，即是否有接觸，如果有相互接觸，則在矩陣單元中以“+”標(biāo)記，沒有則以“-”標(biāo)記。

分析完組件之間的相互作用之后，進(jìn)行功能建模，功能是指一個(gè)組件改變或保持另一個(gè)組件的某個(gè)參數(shù)的行為，功能存在的三個(gè)條件分別為：功能的載體和對(duì)象都是組件；功能載體和功能對(duì)象之間必須有相互作用，即兩者必須相互接觸；功能對(duì)象至少有一個(gè)參數(shù)由于相互作用發(fā)生了改變或保持。功能分為有用功能和有害功能，有用功能指與期望方向一致的功能，有害功能指與期望方向相反的功能。其中有用功能根據(jù)性能水平分為正常功能、不足功能、過量功能[5]。

功能分析時(shí)，對(duì)表2中每一個(gè)有“+”的單元進(jìn)行分析，并對(duì)分析出來的每個(gè)功能進(jìn)行判斷，判斷這個(gè)功能是有用的還是有害的，對(duì)每個(gè)功能分析完之后，進(jìn)行建模，其中超系統(tǒng)組件用六邊形框，目標(biāo)使用圓角方框，系統(tǒng)組件用直角方框，功能為有害則為曲線箭頭，性能水平正常則為直線箭頭，性能水平不足則用虛線箭頭，性能過量則用在直線箭頭上加多條與指向線垂直的短橫線的箭頭，功能模型如圖2所示。

在支架卸落系統(tǒng)功能模型中，系統(tǒng)內(nèi)組件與超系統(tǒng)組件之間的功能一般為支撐、限制、移動(dòng)、擠壓作用，具體為鋼管立柱對(duì)下支座、下支座對(duì)左右支座、左右支座對(duì)上支座、左右支座對(duì)對(duì)拉螺桿、上支座對(duì)上部鋼梁有支撐作用，左右螺母分別對(duì)左右支座有限制作用，對(duì)拉螺桿與左右螺母之間有限制作用，左右支座對(duì)左右螺母分別有擠壓作用，上部鋼梁對(duì)上部支座有擠壓作用，人通過旋轉(zhuǎn)螺母對(duì)左右螺母有移動(dòng)作用。按照改進(jìn)目的，可明確現(xiàn)有系統(tǒng)中上支座對(duì)上部鋼梁的支撐作用是不足的，對(duì)拉螺桿對(duì)左右螺母的限制作用是不足的，左右支座對(duì)螺母的擠壓作用是有害的，上部鋼梁對(duì)上支座的擠壓作用是有害的。

根據(jù)功能模型對(duì)功能缺點(diǎn)進(jìn)行匯總，并提出可能解決的方案，如表3所示。

根據(jù)功能模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行剪裁，裁剪左右支座，將左右支座對(duì)上支座的支撐作用分配給下支座，將左右支座對(duì)對(duì)拉螺桿和螺母的作用分配給上下支座，剪裁后的方案1如圖3所示，可通過對(duì)拉桿件的松緊使三角形塊產(chǎn)生相對(duì)位移，直接調(diào)節(jié)了上支座的標(biāo)高，從而達(dá)到快速調(diào)節(jié)標(biāo)高和支架卸落的目的。系統(tǒng)雖得到了簡(jiǎn)化，但是卸落能力和安全性并未得到提升。

再次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行剪裁，裁剪掉螺母、對(duì)拉螺桿，讓系統(tǒng)外新組件調(diào)整塊實(shí)現(xiàn)螺母與對(duì)拉螺桿相互組合的限制上下支座位移的功能，形成的方案2如圖4所示。通過調(diào)整上支座和下支座之間的調(diào)整塊的數(shù)量，使上下支座之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而調(diào)整上支座的標(biāo)高，且拆除全部調(diào)整塊后，上支座與下支座的接觸面構(gòu)成自鎖結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，較好地提高了支架卸落系統(tǒng)的承載和卸落能力，安全性也有了較大提升。

2.3 因果鏈分析

因果分析法可以形象、直觀地將問題以及原因串聯(lián)起來，從而根據(jù)因果分析圖，發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的根本原因[6]，進(jìn)而尋找解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)和突破口。在支架卸落系統(tǒng)中，限制承載和卸落能力并影響安全性的主要原因是螺桿與螺母連接的破壞，設(shè)定初始缺點(diǎn)為螺栓連接損壞，然后進(jìn)行分析，因果鏈分析模型如圖5所示。

根據(jù)因果鏈分析模型和支架卸落系統(tǒng)的實(shí)際情況得知，關(guān)鍵缺點(diǎn)為螺桿與螺母的強(qiáng)度、硬度不夠、受力過大。通過將關(guān)鍵缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵問題，并從關(guān)鍵問題出發(fā)挖掘存在的矛盾形成解決方案，形成的對(duì)應(yīng)解決方案如表4所示。方案6如圖6所示，方案6通過將上下左右支座的接觸面處處理成圓弧階梯狀，改變了原有支座內(nèi)部受力形式，將上支座的力直接傳遞到下支座，使對(duì)拉桿件受力減少，增加了支架卸落系統(tǒng)的承載與卸落能力，安全性也得到了保證。

2.4 矛盾分析

通過前面的分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，為了提高螺桿和螺母的強(qiáng)度，會(huì)提高制造精度，增加成本，這在 TRIZ理論中是一個(gè)技術(shù)矛盾，根據(jù)矛盾矩陣，推薦使用局部質(zhì)量原理進(jìn)行求解，可以通過增加螺母與螺桿的連接處的局部強(qiáng)度，采用表面淬火或者局部采用優(yōu)質(zhì)的合金材料來解決（方案7）。螺母與螺桿的數(shù)目需要增加，因?yàn)橐獪p少單個(gè)螺母與螺桿受力以提高系統(tǒng)承載能力，但是螺栓與螺桿的數(shù)目需要減少，因?yàn)樵黾訑?shù)量會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)螺桿與螺母的“數(shù)量”參數(shù)而言，這是既要“多”又要“少”，形成了物理矛盾，基于條件分離中的合并原理，可以通過方案3解決。

2.5 方案分析與評(píng)價(jià)

通過對(duì)支架卸落系統(tǒng)組件、功能、因果鏈、矛盾等進(jìn)行分析，得到了7種解決方案，此外還可通過資源分析、物場(chǎng)分析等得到相關(guān)的解決方案，比如在螺母與螺桿之間加入鋼絲螺套以消除螺紋制造誤差，提高連接強(qiáng)度。通過運(yùn)用TRIZ理論得到的7種方案，不僅可以單獨(dú)應(yīng)用還可以組合使用，比如方案3與方案4組合，方案3與方案5組合，方案3與方案4與方案5組合等，形成更多的方案。在上述方案中，方案2、方案3、方案4、方案5、方案6的適用性比較廣泛，部分已在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，方案2和方案6的具體應(yīng)用案例較少，但理論效果較好，實(shí)際適用性還需要加以驗(yàn)證。

3 結(jié)語

通過運(yùn)用TRIZ理論，對(duì)支架卸落系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，得到了多個(gè)可行性方案，對(duì)提升支架卸落系統(tǒng)的承載和卸落能力，提高支架卸落系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性有積極的作用和一定的創(chuàng)新性。通過系統(tǒng)的分析，能在較短時(shí)間內(nèi)提出多個(gè)解決方案，體現(xiàn)了TRIZ理論在解決問題上具有快速、準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，除達(dá)到改進(jìn)目的外，還應(yīng)注意方案的適用性與經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況綜合考慮進(jìn)行比選，選擇最優(yōu)方案，方能增強(qiáng)創(chuàng)新方法在橋梁施工及智能建造領(lǐng)域施工中的生命力。

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（責(zé)任編輯：張雙鈺）

基金項(xiàng)目：湖北省創(chuàng)新方法推廣應(yīng)用基地服務(wù)能力建設(shè)項(xiàng)目（2020IM020800）

作者簡(jiǎn)介：譚健（1996-），男，中鐵大橋局第七工程有限公司助理工程師，研究方向：橋梁工程。