論正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)下的建筑鋼材質(zhì)量?jī)?yōu)化

摘要: 隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，建筑業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展的黃金時(shí)期。鋼材作為最重要的建筑結(jié)構(gòu)材料之一，優(yōu)化和提高鋼材質(zhì)量的前提是科學(xué)合理的評(píng)價(jià)和量化鋼材質(zhì)量。它的質(zhì)量直接影響到建筑質(zhì)量，構(gòu)建建筑鋼材質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，用科學(xué)手段優(yōu)化和提高鋼材整體性能質(zhì)量，能夠有效地提高鋼材質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：建筑鋼材 優(yōu)化 正交試驗(yàn)

建筑鋼材是指用于建筑工程中的各種型鋼、鋼板、鋼筋、鋼絲等， 在建筑設(shè)計(jì)中，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來改進(jìn)企業(yè)的建筑鋼材質(zhì)量，能使產(chǎn)品的質(zhì)量得到很大的提升。

一、相關(guān)理論及方法

質(zhì)量問題關(guān)系到廣大消費(fèi)者的權(quán)益，質(zhì)量要從符合性、適用性和價(jià)值性角度，結(jié)合生產(chǎn)者和消費(fèi)者利益進(jìn)行研究，產(chǎn)品質(zhì)量通常可以從六個(gè)方面衡量，即性能、壽命、可信性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間性。性能是指產(chǎn)品滿足一定使用要求所具有的功能；壽命是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下，滿足規(guī)定功能要求的所能達(dá)到的工作期限；可信性是指產(chǎn)品的可用性及其影響因素:可靠性、維修性和維修保障等性能；安全性是指產(chǎn)品在制造、貯存、流通和使用過程中，對(duì)傷害或損壞的風(fēng)險(xiǎn)按可接受的水平加以限制的狀態(tài)；適應(yīng)性是指產(chǎn)品適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力；經(jīng)濟(jì)性是指合理的產(chǎn)品壽命周期費(fèi)用。

建筑鋼材必須具有如下的質(zhì)量特征:

可靠性。鋼材產(chǎn)品必須具有堅(jiān)實(shí)可靠的能力，足以承擔(dān)它所負(fù)載的人和物的重量，風(fēng)、雨、雪和地震等自然災(zāi)害的侵襲；

適用性。在保證可靠性的前提下，鋼材產(chǎn)品應(yīng)滿足對(duì)它的使用要求；

耐久性。這是指建筑鋼材的使用價(jià)值越高，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益就越高。

經(jīng)濟(jì)性。在滿足各種特征的前提下，杜絕大的浪費(fèi)，從而使生產(chǎn)成本下降。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。它是利用正交表來安排與分析多因素試驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法。它是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)的，通過對(duì)這部分試驗(yàn)結(jié)果的分析了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組合。正交表的類別分為等水平正交表和混合水平正交表。其基本性質(zhì)為：

正交性。任一列中，各水平都出現(xiàn)，且出現(xiàn)的次數(shù)相等；任兩列之間各種不同水平的所有可能組合都出現(xiàn)，且對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)相等；任兩列之間各種不同水平的所有可能組合都出現(xiàn)，且對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)相等。

代表性。任一列的各水平都出現(xiàn)，使得部分試驗(yàn)中包括了所有因素的所有水平；兩列的所有水平組合都出現(xiàn)，使任意兩因素間的試驗(yàn)組合為全面試驗(yàn)。

綜合可比性。任一列的各水平出現(xiàn)的次數(shù)相等；任兩列間所有水平組合出現(xiàn)次數(shù)相等，使得任一因素各水平的試驗(yàn)條件相同。

多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。指從多個(gè)方面和角度對(duì)某一個(gè)或某一些特定事物、行為、認(rèn)識(shí)、態(tài)度進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)。其主要過程為確定評(píng)價(jià)目標(biāo)、評(píng)價(jià)主體和評(píng)價(jià)客體；評(píng)價(jià)對(duì)象表征框架模型構(gòu)建；確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及指標(biāo)賦值規(guī)范；確定評(píng)價(jià)模型；實(shí)施最終的評(píng)價(jià)工作。

二、建筑鋼材質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型

建筑鋼材按用途建筑結(jié)構(gòu)和分類為鋼筋混凝土用鋼和鋼結(jié)構(gòu)建筑用鋼；按鋼種強(qiáng)度分類為普通鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和鋼筋。建筑鋼材質(zhì)量指標(biāo)體現(xiàn)在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷裂延伸率、焊接性能和彎曲試驗(yàn)等。

影響建筑鋼材質(zhì)量的因素歸納為：

化學(xué)成分: 碳、硅、錳、磷。

冶金工藝：冶煉方法為電爐鋼、平爐鋼和氧氣轉(zhuǎn)爐鋼。

冷加工硬化和時(shí)效硬化：時(shí)效將提高鋼材的強(qiáng)度，降低塑性、韌性。

溫度：溫度不超過200℃，鋼材的性能備有很大的變化

應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力：應(yīng)力集中越嚴(yán)重，鋼材塑性越差。

建筑鋼材質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)選取，應(yīng)當(dāng)遵循以下基本原則:

獨(dú)立性原則。每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)要避免指標(biāo)之間信息、重疊，必須緊緊圍繞著綜合評(píng)價(jià)目的層層展開。

目標(biāo)導(dǎo)向原則。評(píng)價(jià)的目的有著非常明確的導(dǎo)向性，應(yīng)針對(duì)評(píng)價(jià)任務(wù)的需要，與評(píng)價(jià)目的保持一致。

重要性原則。選取那些最能夠反映鋼材綜合性能與質(zhì)量的重要指標(biāo)。

實(shí)用性和可操作性原則。實(shí)用性原則指的是選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)用可行，操作簡(jiǎn)易，方法簡(jiǎn)便;易于理解:數(shù)據(jù)要易于獲取;嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的效益取值越大越好，成本取值越小越好，區(qū)間取值越接近某個(gè)固定區(qū)間越好。

三、建筑鋼材質(zhì)量?jī)?yōu)化

建筑鋼材質(zhì)量是一種綜合質(zhì)量體現(xiàn)，根據(jù)專業(yè)知識(shí)和企業(yè)實(shí)際情況，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是優(yōu)化與改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的一種方法，基于以上內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。在安排試驗(yàn)時(shí)應(yīng)明確試驗(yàn)?zāi)康模鞔_試驗(yàn)指標(biāo)，確定因素與水平，選用正交表；進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果；計(jì)算綜合指數(shù)。

試驗(yàn)結(jié)果分析。計(jì)算T值。T為同一水平響應(yīng)之和；計(jì)算各因素同一水平的平均值; 計(jì)算各因素的極差；根據(jù)極差大小，判斷因素的主次影響順序。以各因素水平為橫坐標(biāo)，響應(yīng)指標(biāo)的平均值為縱坐標(biāo)，繪制各個(gè)因素與指標(biāo)趨勢(shì)圖，可反映因素與響應(yīng)指標(biāo)之間的變化趨勢(shì)，可為進(jìn)一步試驗(yàn)指明方向；響應(yīng)指標(biāo)信噪比的極差分析。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)以信噪比反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)健性。信噪比值越大，表示該質(zhì)量指標(biāo)越穩(wěn)定，造成的質(zhì)量損失越小。鋼材產(chǎn)品綜合質(zhì)量穩(wěn)定性隨著碳含量的增加出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)；方差分析。主要步驟為偏差平方和分解、自由度分解；方差；構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量，列方差分析表，做檢驗(yàn)，計(jì)算值。

經(jīng)過因素水平優(yōu)選，對(duì)鋼材產(chǎn)品綜合質(zhì)量水平及穩(wěn)健性有顯著影響的因素為錳和碳、錳的加入能顯著提高鋼材的整體性能。硅含量取第一個(gè)水平，即0.3有助于提升鋼材質(zhì)量綜合水平，且硅含量的降低有利于降低生產(chǎn)成本。根據(jù)該條件進(jìn)行試驗(yàn)和生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)鋼材綜合質(zhì)量有了較大提升，對(duì)企業(yè)今后生產(chǎn)具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊忠民.建筑用鋼品種開發(fā)和技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì).鋼鐵，2009.44