上海旗忠网球中心钢结构旋转顶推控制技术研究.docVIP

上海旗忠网球中心钢结构旋转顶推 控制技术若干问题研究 上海市机械施工有限公司 王云飞 1 工程概况和工艺简介 上海旗忠森林体育城网球中心是亚洲最大的网球中心，占地面积508亩，拥有15000个座位的主赛场和40个室内外两用网球场。主赛场的面积26684平方米，高41米，其屋顶钢结构由钢环梁和8个钢叶瓣合成的钢屋盖组成。8个钢叶瓣通过转动装置支承在钢环梁上，可以在计算机控制下同步转动，实现钢屋盖的开启和关闭，尤如上海市花白玉兰的绽放和闭合，造型新颖，别具一格。 主赛场屋顶钢结构总重约4100吨，其中环梁重1780吨，8个叶瓣总重1312吨，8个转动装置总重1020吨。由于工程特点、场地限制，以及进度要求等因素，钢结构的安装采用“定区域吊装，钢环梁旋转”的新颖工艺，即起重机只在主赛场园周外沿的固定区域作业，将地面胎架上拼装的结构件吊到屋顶上，然后应用液压顶推系统旋转顶推钢环梁，腾出下一步吊装的位置，继续吊装、旋转、吊装…。就象给餐桌转盘上菜那样，上一个菜，转盘转一下，再上一个菜，再转一下，这样上菜者不用挪位，就可以将所有菜端上餐桌转盘。这一新工艺的好处在于，拼装胎架和起重机作业固定于局部区域，不影响主赛场及其周边其他施工的同时进行，有效地缩短了工程总工期，而且，钢结构的地面拼装、高空吊装和旋转顶推交叉进行，有利于提高工效、加快进度，综合效益显著。 (图1 钢结构安装施工中的旗忠网球中心) 主赛场钢结构的安装分为三个阶段。第一阶段吊装钢环梁。钢环梁的投影是一个外径144m，内径96m的圆环。每吊装1/4园周的环梁旋转顶推一次，旋转三次钢环梁合拢完成。第二阶段将叶瓣转动设备吊装到钢环梁上，每吊装2台，钢环梁整体旋转顶推90°。第三阶段将叶瓣吊装到钢环梁上，每安装1个，钢环梁整体旋转顶推一次。整个工程前后共需旋转顶推14次，每次顶推角度45°～180°, 距离48.3～193.2M，累计顶推1125°，距离1207M。第一阶段顶推重量445t～1780t, 第二阶段顶推重量2035t～2545t, 第三阶段顶推重量2964t～4100t,累计顶推重量33732t（如算上附带的钢脚手架和其他附件则重量更大）。 (图2 1/4圆周的钢环梁正在旋转滑移) (图3 第二个钢叶瓣吊装后正在旋转顶推) 2 旋转顶推技术原理 主赛场屋顶的钢环梁位于砼环梁之上。为使钢环梁能在砼环梁上旋转滑移，在砼环梁上设置两道环形砼滑道，直径分别为120M和126M。钢环梁通过滑块支承在砼滑道上，滑块采用减摩材料制作，以减小滑移阻力。在两道砼滑道之间，设置直径123M的环状钢轨作为导轨，供液压顶推器在其上爬行，既承受顶推反力，又为顶推导向。因此滑道、滑块起承重作用，导轨起反力和导向作用。 承担旋转顶推的是12台液压顶推器和6台泵站，均匀布置在钢导轨圆周上。液压顶推器由液压千斤顶和自动夹轨器组成。液压千斤顶的前端与钢环梁连接，后端与夹轨器连接，夹轨器骑在钢轨上。液压千斤顶伸缸时，夹轨器自动夹住钢轨提供顶推反力，液压千斤顶的后端顶着夹轨器，前端就徐徐伸出推动钢环梁旋转滑移。液压千斤顶缩缸时，夹轨器自动松开钢轨，随千斤顶缩回，到达下一个行程位置。因此在顶推作业中，液压顶推器是自动在钢轨上爬行的。液压泵站为液压顶推器提供动力，每两台千斤顶配置一台泵站。 (图4 骑在钢轨上的液压顶推器正在顶推钢结构) (图5 1/2圆周的钢环梁在砼滑道上旋转滑移) 旋转顶推的控制系统包括计算机控制和电气控制。电气控制电路主要是液压驱动电路和传感检测电路。计算机通过液压驱动电路，对液压系统进行驱动和控制，同时通过传感检测电路采集液压系统的工作数据、支承系统和钢环梁的状态信息，经过运算分析后对控制进行修正和调节，确保顶推作业的同步、稳定和安全可靠。 控制系统的功能，首先是控制液压千斤顶集群的同步作业，简称集群控制，包括行程控制、时序控制和启停控制；其次是控制顶推施工中可能发生的各项偏差，简称偏差控制，主要是姿态偏差控制、负载偏差控制、定位偏差控制等；再次是运行状态和工作数据显示、控制参数设置等，简称操作控制。控制系统还必须具有安全控制功能，主要是故障的检测与处理、防止误操作措施、抗干扰措施、备份和备用设施，等等。 控制系统由1个总控箱、12个单控箱、12套传感器、控制阀等组成。总控箱主要由控制计算机、监控计算机，以及控制面板等组成。每个单控箱控制一台液压顶推器。总控箱与各单控箱之间采用远程输入输出和数据总线方式通讯，只需一根双绞线就可将总控箱和所有单控箱连接，通讯可靠，成本低。 (图6 旋转顶推控制系统的监控计算机) 3 旋转顶推的姿态控制问题 钢结构顶推滑移的关键问题是要保持顶推的平稳安全，控制施工中的结构变形、结构内应力，以及顶推到达时的精确定位。我公司在钢结构整体安装技术领域经过十年的技术开