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浅析钢结构工程中计算机液压同步提升技术的应用

作者: 来源: 论文栏目:建筑工程论文     更新时间:2018-09-17   浏览

作者:苏南,李群,张均床,柴广厚,胡凯。发表于:建筑科技与管理 2014年8期

【摘要】江苏·宿迁大剧院钢结构主体工程为桁架式钢结构,钢柱采用箱型柱,钢梁采用箱型和焊接H型,整体用钢量16000余吨,座椅数1500余套。大剧院中间部分屋面桁架采用“计算机控制液压同步提升法”进行整体吊装,在提升过程中不断的借鉴和总结经验,较好的完成了吊装作业。

关键词】桁架整体吊装;计算机同步控制;液压提升;质量控制

1. 工程概况

(1)宿迁大剧院钢结构工程,建筑面积47165.1平方米,地上31139.1平方米,地下 16026平方米,地上六层,地下一层,中间舞台部位地下两层。钢柱采用箱型柱,钢梁采用箱型梁或焊接 H 型钢,屋面采用螺栓球的网架结构,总用钢梁为16000余吨,座椅数1500余套。

(2)本工程采用的计算机控制“液压同步提升法”进行施工的桁架区域是屋面中间区域的三榀桁架(如图1)。该整体三榀桁架的跨度为33.6m,自身高度为6m,每两榀桁架间距为8.4m,提升高度24m,提升总重量约265吨。在提升过程中不断的借鉴和总结经验,较好的完成了吊装作业。

2. 工艺原理及施工流程

2.1工艺原理。

本工程的计算机液压同步提升技术采用的是穿芯式结构液压提升器作为提升机具,以柔性钢绞线作为提升承重索具和计算机同步控制的原理。工艺主要分为液压同步提升和计算机同步控制两大部分。

2.1.1液压同步提升。

该工艺环节设备主要由液压同步提升器组成,液压提升器是穿芯式千斤顶结构,两端的楔型锚具具有单向自锁作用。当锚具工作(紧)时,会自动锁紧钢绞线;锚具不工作(松)时,放开钢绞线,钢绞线可上下活动,一个流程为液压提升器一个行程(提升过程示意如图2所示)。当液压提升器(见图3)周期重复动作时,被提升重物则一步步向前移动。

2.1.2计算机同步控制

该工艺环节采用的是行程及位移传感监测和计算机控制(见图4),通过数据反馈和控制指令传递,可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和(或)控制指令的发布。

2.2工艺流程。

(1)将提升部位的桁架的杆件堆放在设计安装位置正下方,拼装胎架上散件拼装成整体;

(2)在框架柱上设置上吊点,在提升结构上设置下吊点。通过提升专用钢绞线将提升上吊点(液压提升器)与下吊点(提升地锚)连接锚固并调试设备;

(3)整体提升前现场全面检查并清除提升区域障碍物,严防桁架两侧与主体间预留障碍物;

(4)具备提升条件后,启动液压提升系统,各提升吊点同步分级加载直至桁架整体脱离拼装胎架,待桁架整体提升脱离胎架约250mm后,提升设备锁定、暂停,空中停留12小时全面观测、检查;

(5)全面检查确认提升临时设施(提升上吊点、提升下吊点)、提升系统以及桁架本体等均安全情况下或在可控范围之内,继续整体提升;

(6)继续整体提升桁架直至接近设计位置,各提升吊点通过计算机系统的“微调、点动”功能,使桁架精确达到设计位置;

(7)桁架提升到位后,暂停锁定,将提升部分与与两端的预留端部对口焊接;

(8)待桁架对口焊接、补杆等安装工作完毕后,液压提升系统各吊点同步分级缓慢卸载,使桁架受力转化至设计状态;

(9)拆除液压提升设备,桁架液压整体提升安装完成;

3. 关键工序及操作要点

该工艺的关键工序主要分为设备安装和提升吊点的设置:

3.1设备安装。

每台提升器内钢绞线孔应与提升梁的钢绞线孔中心对齐;

依液压锁方位来调整位置;

每台提升器底部采用3块压板固定。

提升地锚的加工及安装;

每个提升地锚内钢绞线孔应与地锚吊具的钢绞线孔中心对齐;

每个提升地锚底部采用3块压板固定。

3.1.2导向架及钢绞线的安装。

(1)在提升器提升或下降过程中,提升器顶部肯定余留钢绞线,如果余留的钢绞线过多,对于提升或下降过程中钢绞线的运行及提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响,所以每台提升器必须做配置好导向架,方便提升器顶部余留过多钢绞线的导出顺畅。

(2)导向架安装于提升器上方,导向架的导出方向以方便安装油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。导向架横梁高度约3.5米并能承受1吨的坚向力为宜,安装应偏提升器边沿5~10cm。

(3)穿钢绞线采取由上至下穿法,即从提升器顶部穿入至底部穿出,穿出部分再穿入提升器正下方对应的提升地锚内,锁定(尽量使穿出的钢绞线底部持平)。每台提升器顶部余留的钢绞线应沿导向架导出。(详见图5)。

连接油管时,油管接头内的组合垫圈应取出,对应管接头或对接头上应有O形圈;

应先接低位置油管,防止油管中的油倒流出来。泵站与提升器间油管要一一对应,逐根连接;

依照方案制定的并联或窜连方式连接油管,确保正确,接完后进行全面复查。

3.1.4控制、动力线连接。

各类传感器的连接;

液压泵站与提升器之间的控制信号线连接;

液压泵站与计算机同步控制系统之间的连接;

液压泵站与配电箱之间的动力线连接。

3.1.5泵源系统的布置。

液压泵源系统为提升器提供液压动力,在各种液压阀的控制下完成相应动作。 ,由于吊点的布置和提升器安排都不尽相同,为了提高液压提升设备的通用性和可靠性,泵源液压系统的设计采用了模块化结构。根据提升重物吊点的布置以及提升器数量和泵源流量,可进行多个模块的组合,每一套模块以一套泵源系统为核心,可独立控制一组液压提升器,同时可用比例阀块箱进行多吊点扩展,以满足实际提升工程的需要。(如图6)。

3.1.6计算机同步控制系统的布置。

本过程配置了1台YT1型计算机同步控制系统,该系统体积小、重量轻(相同一个台式电脑的体积),为了提升控制操作及施工作业简便,同步控制系统可布置于屋面层上,即与提升器、泵源系统等布置位置相近,便于与提升器及泵源系统等连接。其周围需做好防雨工作。

3.2提升吊点设置。

3.2.1考虑提升过程中原结构受力体系尽量接近于设计状态,对应原结构每榀主桁架两端各设置一个提升吊点,三榀桁架工设置6个吊点,具体布置如图7。

3.2.2提升上、下吊点的设置。

(1)液压同步提升设备吊装构件,需要设置专用提升上吊点吗,进行布置液压提升器,提升器通过提升专用钢绞线与待提升构件上的对应下吊点地锚相连接。

(2)结合本工程实际情况,上吊点设计采用提升支架的形式,即在原结构框架柱顶设置提升支架;提升下吊点的设置以尽量不改变结构原有受力体系为原则,根据提升上吊点的设置,在垂直对应每一上吊点正下方的主桁架上弦上设置下吊具,吊具内放置地锚,通过钢绞线与上吊点液压提升器相连接。

(3)桁架提升时,拟在其两端框架柱顶分别布置一个提升吊点,提升上吊点设置在○Q、○W轴框架柱柱顶,提升吊点立面布置如图8、9、10:注:提升支架及下吊具设计详见附件中设计图纸。

3.3主桁架吊点处端部处理。

(1)为实现桁架从地面直接整体提升至安装位置,需先将主桁架在两端就位位置分别断开。主桁架端部结构可预先安装,待中部结构提升就位时对口焊接形成整体。

(2)主桁架断开时,需考虑尽量减小吊点悬挑距离,以减小原结构框架柱受力;同时,考虑提升结构的受力体系尽量接近于设计状态,以保证整体提升结构整体稳定性。综合以上原则,不改变原设计深化中的节点断开型式,提升吊点处主桁架端部断开如图11。

3.4提升支撑的验算。

3.4.1依据结构设计图纸,采用SAP2000进行建模计算分析。

边界条件:刚接;

3.4.2如上分析,提升架设计在强度(最大应力比0.666)及变形(吊点处下挠4.43mm,水平位移5.53mm)均满足提升要求,此方案的提升支架和吊点设计合理。

4. 提升过程质量控制措施

4.1液压系统同步质量控制。

4.1.1提升同步控制措施。

4.1.1.1〖JP2〗为确保桁架在提升过程的安全,根据提升吊点的布置,拟采用“吊点油压均衡,结构姿态调整,位移同步控制,分级卸载就位”的同步提升和卸载就位控制措施。控制系统根据上述控制策略和实现对桁架的提升姿态控制和荷载控制。在提升过程中,从保证结构吊装安全角度来看,应满足以下两点要求:

(1)保证各个吊点提升过程中受载均匀;

(2)保证各个吊点在提升过程中能够保持同步。

4.1.1.2根据以上要求,制定如下的控制措施:

将一个泵站设为主令点Ⅰ,另一台泵站设为从令点Ⅱ。将主令点A侧液压提升器的速度设定为标准值,作为同步控制策略中速度和位移的基准。在计算机的控制下从令点B以位移量来动态跟踪比对主令点A,保证各提升吊点在桁架整体液压提升过程中始终保持同步。通过三点确定一个平面的几何原理,保证整体结构在整个提升过程中的平稳。

4.2提升过程质量控制。

试提升。

(1)通过试提升过程中桁架、提升设施、提升设备系统的观察和监测,确认符合模拟工况计算和设计条件,保证提升过程的安全。

(2)以主体结构理论载荷为依据,各提升吊点处的提升设备进行分级加载,依次为20%,40%,60%,80%。每次分级加载必需保证提升上吊点位移始终在设计控制范围之内。确认各部分无异常的情况下,可继续加载到90%,100%,直至桁架全部离地。

(3)每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态,并通过经纬仪跟踪监测门架顶中心的偏移。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。

(4)当分级加载至桁架即将离开拼装胎架时,可能存在各点不同时离地,此时应降低提升速度,并密切观查各点离地情况,必要时做“单点动”提升。确保桁架离地平稳,各点同步。

(5)分级加载完毕桁架提升离开拼装胎架约250mm后暂停,停留12小时作全面检查各设备运行及构件的正常情况。停留期间组织专业人员对桁架、提升吊具、连接部件、及各提升设备进行专项检查。

(6)停留期间完毕后,各专业组对检查结果进行汇总,并经起吊指挥部审核确认无任何隐患和问题后,由总指挥下达正式提升命令。

4.3正式提升。

4.3.1试提升阶段一切正常情况下开始正式提升。在整个同步提升过程中应随时检查:

每一吊点提升器受载均匀情况;

仪器监测提升柱稳定情况;

上吊点平台的整体稳定情况;

桁架提升过程的整体稳定性;

计算机控制各吊点的同步性;

提升承重系统监视。

4.3.2提升承重系统是提升工程的关键部件,务必做到认真检查,仔细观察。重点检查:

锚具(脱锚情况,锚片及其松锚螺钉);

钢绞线从提升器顶部穿出顺畅;

主油缸及上、下锚具油缸(是否有泄漏及其它异常情况);

液压锁(液控单向阀)、软管及管接头;

行程传感器和锚具传感器及其导线。

4.3.3液压动力系统监视:

系统压力变化情况;

油路泄漏情况;

油温变化情况;

油泵、电机、电磁阀线圈温度变化情况;

系统噪音情况。

4.3.4提升就位。

结构同步提升至设计位置附近后,暂停,各吊点微调使结构精确提升到达设计位置,提升设备暂停、锁定,保持结构的空中姿态稳定不变。最后集中对口焊接。

4.4分级卸载就位。

相同于提升工况,卸载时也为同步分级卸载,依次为20%,40%,60%,80%,在确认各部分无异常的情况下,可继续卸载至100%,即提升器钢绞线不再受力,结构载荷完全转移至对接结 ,结构受力形式转化为设计工况。

5. 应用实例及总结

通过对 “计算机液压同步提升技术”的应用和总结,可大幅度减少塔吊或汽车吊的使用,在节约施工成本的同时,实现了大跨度桁架的一次吊装到位,提高了施工质量。

本工艺的应用实例是江苏省宿迁大剧院看台梁顶部的屋顶结构(265t),如图16、17、18、19。图16提升前准备就绪,图17桁架开始提升,图18桁架提升到位,进行就位调整,图19桁架提升完成,可进行螺栓紧固和焊接。

参考文献

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[2]《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ 81-2002) 建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行 2002年9月27日.

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[4]《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行 2003年4月25日.

[5]《重型结构(设备)整体提升》技术规程J11400-2009 .

[6]《柳州九洲大厦空中连廊拼装及提升方案》.

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