佛山世纪莲体育中心位于佛山市顺德区乐从镇东平河畔, 该工程是一座拥有36 000个观众席位的体育场, 其看台屋盖为膜结构环索工程 (见图1) 。设计标高4 9 m, 提升张拉内环高度约为36m。建筑面积123 125m2, 索膜结构展开面积约为72 482m2。建成后将是世界体育建筑中最大的膜结构屋盖。

屋盖全封闭钢绞线内环直径为125m, 内环分为上下两层, 共10根索组成。内环上还附了40个锚夹, 单重12.5t。内环合计重量约315t。内环设计标高为36.2m, 外环设计标高为49m。外环与内环之间由40根脊索、40根谷索和720根联系索连接。脊索重约4.8t/根, 总重量约188.928t。谷索重量约4.35t/根, 总重量约170.796t。外环到内环沿半径水平距离约为92.5m。

我公司承接了地面拼装后总重量约315t内环的整体斜向提升张拉施工任务, 要求用工装索将内环从地面提升到38m高度, 高于脊索设计标高近2m, 以便脊索的安装和张拉。

1) 施工场地大、负载重、斜拉提升点多, 同步控制难。

2) 要求提升标高超过脊索设计标高近2m, 工装索斜拉角度小, 增加了液压千斤顶的负荷, 安全裕度降低。

3) 本工程的特殊条件要求提升系统受力的不均匀系数较小。80个千斤顶负载均衡控制难。

在钢结构、膜结构安装施工, 高空缆车钢缆架设施工中常遇到张拉悬索受力的实际工程问题, 有些情况需要施工单位考虑悬索自重对施工受力计算结果的影响。本工程设备能力验算尤为重要, 必须考虑工装索的自重因素, 取得较为精确的计算值, 提供分析依据。为此导出了一组简单实用、能满足施工计算精度要求的近似计算公式, 用于指导施工实践。

悬索近似计算公式是按抛物线数学模型导出简约公式, 然后将简约公式与悬链线方程进行比较, 得到偏差修正公式, 能提高计算精度。既简单方便, 又扩大了近似计算公式的适应范围 (公式略) 。

工装索提升拉力最初是按下式方法计算 (此法计算值偏于保守)

式中k—载荷不均匀系数, 取1.2;

M/40—内环分配到该组工装索的质量, 7.866t;

qL—工装索质量, 假设集中在下端, (q=0.001 1×6=0.006 6t/m) ;

β—工装索上端点到下端点连线与水平线的夹角 (°) ;

g—重力加速度, (m/s2) 。

千斤顶额定张拉力为392kN (40t) 。经计算, 内环提升标高在38m时最大张拉力为462kN, 千斤顶超载。而标高在36m时最大张拉力为391kN, 千斤顶未超载。为解决这一矛盾, 决定采用提高工装索上绞点的调整方案 (图2) 。工装索上绞点由外环内侧移到外环上侧, 上部提升绞点标高提高了1.12m。

按调整方案, 百富策略白菜网近似计算方法重新校核工装索拉力

式中m—千斤顶部分质量, (t) 。

计算结果见表1。

工装索上绞点提高1.12m, 相当于内环提升高度降低1.12m。表明在载荷不均匀系数为1.18时, 最大张拉载荷为392.48kN, 千斤顶不超载。只要加强施工技术管理, 及时调整80组千斤顶张拉顺序, 保持提升时的受力平衡, 此方案是可行的。

佛山世纪莲体育场看台屋盖膜结构内环采用千斤顶斜拉式提升, 共设40个提升点 (见图3) 。张拉时在每个提升点安装2台LSD40千斤顶;需要千斤顶共80台, 钢绞线480索。每10个千斤顶为1组, 由1台控制柜、1台泵站、1台启动柜控制。每个千斤顶额定拉力为392kN。内环环索由10根钢索组成, 40个点的索夹, 按图纸投影控制好轴线位置进行整体拼装, 在索夹中间的耳板上另外焊接一个耳板, 与提升千斤顶下锚点转换板相连。钢结构外环钢管上侧焊接耳板, 用来悬挂LSD40千斤顶。

1) 控制中心控制中心由总控箱和监控计算机组成, 执行8组、40个提升点的指令和监控任务, 总控箱由总控PLC、操作面板, 以及插座和接线端子等组成。操作面板上设控制方式旋钮, 作业方式旋钮, 启动、停止、暂停按钮, 输入、输出指示灯, 上下锚具提示灯等。监控计算机采用台式计算机。监控计算机具有运行显示、参数设置、故障检测、数据存储等界面。通过显示屏能同步观测每组某一油缸的行程。

2) 控制单元控制单元的控制箱称为单控箱, 单控箱由远程T/O、控制面板、开关电源, 以及中间继电器等组成。控制面板上设伸缸、缩缸、锚紧、锚松按钮, 紧急停止按钮, 运行指示灯、故障指示灯等。

3) 控制点控制点的电气元件主要是液压控制阀和传感器。液压控制阀采用单向液压锁, 防止溜缸并保证伸缸动作灵敏、安全。传感器包括千斤顶位置传感器、千斤顶上下锚具信号传感器等。

4) 油路满足并联油路等长原则。

液压提升步骤为:升缸→锁住下锚→缩缸→锁住上锚→再升缸的循环过程, 每次升缸位移约300mm。在环索提升过程中, 全部完成一次循环后再进行下一次循环。

提升过程中要求监测点人员与指挥提升人员密切保持联系, 按照施工方案执行。提升过程中要及时调整以保持内环在空中的姿态, 确保内环与外环保持同心, 平稳、同步的上升。各点监测人员要注意千斤顶群的出缸情况, 若发现出缸不均匀现象要及时通知控制中心提升人员, 提升人员根据情况对千斤顶群进行均载, 时刻保持千斤顶群的同步性。提升过程中还要时常观察工装索的挠度变化, 结合传感器显示值及时对千斤顶进行调整, 使80台千斤顶保持同步运行。

佛山世纪莲索膜结构内环整体提升工程已经顺利完成。内环提升高度37.8m, 内环位置精度小于0.6m, 完全满足脊索的安装要求。

1) 室内试验和本工程数据反馈证明利用近似计算方法计算的结果基本符合工程实际受力状态。实践表明近似计算方法能较简便地解决同类工程悬索受力计算问题, 值得推广。本计算方法适用于必须考虑张拉索自身重力影响的工况。初始角在0°<α0<45°范围内的计算精度, 一般能满足施工设计使用。

2) 本工程采用的控制系统以及在提升工程采取的调整控制措施得当, 确保提升的同步和荷载均衡。