(一)、上世纪九十年代液压同步提升技术的发展
从1994年上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆整体提升到前不久的上海大剧院钢屋架整体提升,是液压同步提升技术大规模工程应用并取得辉煌成就的时期,与此同时,该项技术本身也在各项重大工程应用中不断完善,日趋成熟。
上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆全长118m,总重450t,采用地面组装,整体提升的技术方案,并为此专门研制了一套液压提升设备。以φ15.2mm柔性钢绞线作为承重索具,120根钢绞线从标高350m的混凝土塔顶平台挂到地面,20只400kN的液压提升器分别布置在钢天线桅杆根部段四侧,托着一百多米的天线桅杆,沿着120根钢绞线同步向上攀升。在这一工程中,柔性钢绞线的采用使电视塔天线桅杆的长距离高空整体提升成为可能,钢绞线平均负载为每根3.75t;计算机控制系统采用MCS一96系列单片机与FX一2可编程控制器组成的控制网络,同时控制天线桅杆的垂直度和钢绞线的负载均衡,这一多目标控制策略了庞大天线桅杆的平稳提升。又由于提升器契形夹片的逆向运动自锁作用,使提升过程;锚具的主动松紧,又解决了提升器带载下降问题。在解决了这一系列技术关键之后,钢天线桅杆经80余小时、350m的连续提升,于1994年5月1日顺利到达预定安装位置,使其尾端达到468m的高度。
之后,该项技术又应用于北京西客站主站房钢门楼整体提升和北京都机场四机位库大型钢屋架提升等工程。西客站钢门楼长45m,宽28.5m,在地面整体拼装后,总重1800t。采用8吊点24只提升器(2000kN提升器16只,500kN提升器8只),336根钢绞线,钢绞线平均负载为每根5.35t,净提升高度43.5m,于1994年12月25日提升到位。
都机场四机位库全长300m,宽90m,钢结构屋架分为南、北大梁(各重1200t,跨度132m),中梁(重400t)及四片网架结构(每片重630t,80mx75m)等部分,分七次提升,钢绞线平均负载为每根4.3t和5.6t,提升高度为24m,于1995年10月全部完成。
在这两个工程中,次采用了多级计算机主从控制方式,以适应多吊点远距离同步控制的需要;特别是根据“东方明珠”工程的实践经验,并经理论分析和实验验证,证实了钢绞线的负载自动均衡特性,从而免除了每根钢绞线上的引伸传感器,使传感检测系统了很大简化;同时,在研制的二代提升设备上,对液压系统和计算机控制系统作了进一步改进,使之简单、方便灵活。
较近,采用液压同步提升技术又对上海大剧院钢屋架实施整体提升。钢屋架长100m,宽90m,高11m,总重6075t,采用4吊点44只2000kN提升器,792根钢绞线,钢绞线平均负载又提高到每根7.67t,提升高度26.5m,于1996年7月2日提升到位。这是迄今为止整体提升的较大较重构件之一在这一工程中,进一步提高了第三代提升设备的模块化、标准化程度,使之成为可扩展系统。
液压同步提升技术正是在诸多重大工程的应用中,解决了一个又一个技术关键,逐步发展成为新颖和完整的成套施工技术—型构件液压同步提升技术。
(二)、大型建筑物顶升评议装备特点
综观大型建筑物顶升、平移装备在现代工程中的应用,装备应具备如下特点:
(1)能够提供足够的承载能力,均采用液压系统。液压系统具有功率密度易于实现直线运动和获得大推力、大力矩、可实现无级变速、速度刚性大、防止过载容易等突出优点,同时随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、系列化和通用化,使得液压提升装置广泛应用。
尤其是电液控制技术的出现,电液技术的融合,使控制精度不断提高,元件体积的不断减小,进一步推动了液压系统的应用发展。
(2)既具有协调多点运动关系的整体控制能力,又能采用各种的控制算法分别对各点处的执行机构进行控制,并能自行解决在工程实际中遇到的各种不确定因素,避免对建筑物造成损害,达到施工要求的智能型自动控制设备。采用分布式控制系统是一种必然的选择。
基于分布式控制液压系统的建筑物顶升、平移工程装备具有如下几方面的要求:
(1)分散布置
建筑物一般体积庞大,要对其进行顶升,工程装备执行机构满足分散布置的特点,使大型液压缸能够分散布置在建筑物下任意指定的顶升点。
(2)集中操作
分散布置在大范围内的液压缸执行机构,不能要求操作人员去现场对每个液压缸进行直接控制,那样将需要大量的人员,且需考虑问题。操作人员应能在控制室内对液压缸进行操作,且能检测现场各液压缸的工作参数。
(3)同步升降
由于建筑物质量分布不均,分散布置在建筑物下的顶升液压缸受力也不相同,液压顶升设备应能各顶升液压缸出力不均的情况下同步升降,避免在升降过程中建筑物因变形过大出现开裂现象。
(4)实时监控
由于操作人员要在控制室内对各液压缸进行操作,因此,在控制室内,操作人员不仅能够实时监控各液压缸的压力、位移大小,而且还能够检测压力、位移的变化趋势、历史纪录等;对于泵站各阀件的工作状态也能够实时监控,便于故障的排除。
(5)智能管理
建筑物顶升、平移工程装备通用性强,能够在不改变硬件系统的基础上满足液压缸的任意分组布置,分组同步,以及液压缸和位移传感器的任意关联;同时,该系统既能满足液压缸的同步动作,也能满足液压缸的单独动作;操作人员在控制室只需与电脑进行简单的人机交互便可完成所有操作。