摘要：為解決傳統(tǒng)吊裝方案對大型鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面吊裝過程中存在的不穩(wěn)定和安全風(fēng)險，本文介紹新型液壓提升系統(tǒng)將工業(yè)廠房屋面提升至相應(yīng)標(biāo)高，運行穩(wěn)定、同步效果較好。
關(guān)鍵字： 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架 屋面 吊裝 工控機(jī) 液壓提升系統(tǒng) 同步
1. 引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展，越來越多的工業(yè)廠房如雨后春筍般涌現(xiàn)，而鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架也越來越多的運用到工業(yè)廠房的屋面之中。鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架具有抗震性、隔音性、耐久性及節(jié)能環(huán)保等等優(yōu)點，但其特殊的安裝方法（整體拼裝）和自身特性（自重較大等），讓其吊裝就位成為了施工過程中的一大重點和難點，尤其是隨著現(xiàn)代廠房規(guī)模的日益增大，廠房屋面也越來越讓傳統(tǒng)吊裝方法捉襟見肘，本文主要介紹采用新型液壓技術(shù)實現(xiàn)鋼網(wǎng)架屋面同步提升。
2. 液壓提升原理
“液壓同步提升技術(shù)”采用液壓提升器作為提升機(jī)具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，以鋼絞線作為提升索具，有著安全、可靠、承重件自身重量輕、運輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨特優(yōu)點。
液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用。當(dāng)錨具工作（緊）時，會自動鎖緊鋼絞線；錨具不工作（松）時，放開鋼絞線，鋼絞線可上下活動。
液壓提升過程見圖所示，一個流程為液壓提升器一個行程。當(dāng)液壓提升器周期重復(fù)動作時，被提升重物則一步步向上移動。
液壓提升原理圖
上升工況步序動作示意如下圖所示。
液壓提升器提升工作原理表
3. 液壓系統(tǒng)配置
液壓提升系統(tǒng)主要由液壓提升器、液壓泵源系統(tǒng)、傳感檢測及計算機(jī)同步控制系統(tǒng)組成。液壓提升系統(tǒng)的配置本著安全性、符合性和實用性的原則進(jìn)行。
3.1 液壓提升器配置
液壓提升器配置需滿足網(wǎng)架提升各吊點理論提升反力的要求，盡量使每臺提升設(shè)備受載均勻。
液壓提升器標(biāo)準(zhǔn)配置5根鋼絞線，額定提升能力從幾十噸至上百噸不等。鋼絞線作為柔性承重索具，采用多根高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，抗拉強(qiáng)度需滿足特定網(wǎng)架要求，破斷拉力總和應(yīng)滿足特定網(wǎng)架提升要求。
3.2 液壓泵源系統(tǒng)
液壓泵源系統(tǒng)為液壓提升器提供液壓動力，在各種液壓閥的控制下完成相應(yīng)動作。
在不同的工程使用中，由于吊點的布置和液壓提升器的配置都不盡相同，為了提高液壓提升設(shè)備的通用性和可靠性，泵源液壓系統(tǒng)的設(shè)計采用了模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)提升重物吊點的布置以及液壓提升器數(shù)量和液壓泵源流量，可進(jìn)行多個模塊的組合，每一套模塊以一套液壓泵源系統(tǒng)為核心，可獨立控制一組液壓提升器，同時可用比例閥塊箱進(jìn)行多吊點擴(kuò)展，以滿足各種類型提升工程的實際需要。
3.3 電氣同步控制系統(tǒng)
電氣同步控制系統(tǒng)由動力控制系統(tǒng)、功率驅(qū)動系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。
電氣控制系統(tǒng)主要完成以下兩個控制功能：
集群提升器作業(yè)時的動作協(xié)調(diào)控制。無論是提升器主油缸，還是上、下錨具油缸，在提升工作中都必須在計算機(jī)的控制下協(xié)調(diào)動作，為同步提升創(chuàng)造條件；
各點之間的同步控制是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的流量來控制提升器的運行速度，保持被提升構(gòu)件的各點同步運行，以保持其空中姿態(tài)。
液壓同步提升施工技術(shù)采用行程及位移傳感監(jiān)測和計算機(jī)控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。
操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓提升過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和（或）控制指令的發(fā)布。
3.4 提升速度及加速度
3.4.1 提升速度
液壓同步提升系統(tǒng)的提升速度取決于液壓泵源系統(tǒng)的流量、錨具切換、同步精度設(shè)定、其他輔助工作所占用的時間以及整個系統(tǒng)工作的狀況，系統(tǒng)理論提升速度約為12m/h（提升就位前降低提升速度）。
3.4.2 提升加速度
液壓同步提升作業(yè)過程中各點速度保持勻速、同步。在提升的啟動和制動時，其加速度取決于液壓泵源系統(tǒng)流量及液壓提升器的工作壓力，加速度極小，以至于可以忽略不計。這為提升過程中臨時措施的安全性增加了保證。
4 液壓系統(tǒng)同步控制
4.1 提升同步控制策略
控制系統(tǒng)根據(jù)一定的控制策略和算法實現(xiàn)對網(wǎng)架提升部分的整體提升（下降）的姿態(tài)控制和荷載控制。在提升（下降）過程中，從保證結(jié)構(gòu)吊裝安全角度來看，應(yīng)滿足以下要求：
1)應(yīng)盡量保證各個提升吊點的液壓提升設(shè)備配置系數(shù)基本一致；
2)應(yīng)保證提升（下降）結(jié)構(gòu)的空中穩(wěn)定，以便提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能正確就位，也即要求各個吊點在上升或下降過程中能夠保持一定的同步性。
根據(jù)以上要求，制定如下的控制策略：
集群的液壓提升器中的任意一臺提升速度和行程位移值設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值，作為同步控制策略中速度和位移的基準(zhǔn)。在計算機(jī)的控制下，其余液壓提升器分別以各自的位移量來跟蹤比對，根據(jù)兩點間位移量之差ΔL進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，保證各吊點在提升過程中始終保持同步。
4.2 同步控制原理
計算機(jī)控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，實現(xiàn)同步動作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、過程顯示和故障報警等多種功能。
4.3 壓力、位移不同步防控措施
(1) 提升過程按照實際壓力的110%-115%調(diào)節(jié)各個點的泵源壓力，保證個別或者部分點無法單獨完成整體網(wǎng)架的升降動作；
(2) 提升加載階段復(fù)核重量，如偏差較大需重新分析及設(shè)定泵源壓力；
(3) 所有提升器集群動作，每個提升行程實時進(jìn)行各點位移監(jiān)控，同步超差過大系統(tǒng)自動報警，停止提升，檢查復(fù)核后方能再次啟動，保證構(gòu)件不會在各點不同步超差的狀態(tài)下提升；
(4) 根據(jù)天氣預(yù)報，盡量選取小風(fēng)天氣提升，大于6級風(fēng)停止提升，采用臨時纜風(fēng)繩固定。
5 提升過程中的穩(wěn)定性控制
5.1 液壓提升的穩(wěn)定性
采用液壓提升整體同步提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與用卷揚機(jī)或吊機(jī)吊裝不同，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和流量，嚴(yán)格控制起動的加速度和制動加速度，使其接近于零以至于可以忽略不計，保證提升過程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和臨時支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
5.2 臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性控制
與整體提升有關(guān)的臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括加固措施，均應(yīng)充分考慮各種不利因素的影響，保證整體提升過程的穩(wěn)定性和絕對安全。
臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計除應(yīng)考慮荷載分布不均勻性、提升不同步性、施工荷載、風(fēng)荷載、動荷載等因素的影響，在計算模型的建立過程以及荷載分項系數(shù)選取時充分考慮以上因素，還應(yīng)該對相關(guān)永久結(jié)構(gòu)的加固以及臨時結(jié)構(gòu)與永久結(jié)構(gòu)的連接要求有充分的認(rèn)識。這樣才能夠保證提升過程中不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全隱患。
5.3 網(wǎng)架自身的穩(wěn)定性控制
通過對整體提升過程各種工況的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對提升安裝過程中的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整控制；網(wǎng)架中間及端部分段在組拼時、提升之前通過加設(shè)臨時支撐結(jié)構(gòu)、加固構(gòu)件/板件，臨時改變永久結(jié)構(gòu)的受力體系，達(dá)到控制局部變形和改善局部應(yīng)力狀態(tài)的目的，保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在提升安裝過程的穩(wěn)定性和安全。
5.4 液壓提升力的控制
通過預(yù)先分析計算得到的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升過程中各吊點提升反力數(shù)值，在液壓同步提升系統(tǒng)中，依據(jù)計算數(shù)據(jù)對每臺液壓提升器的最大提升力進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。
當(dāng)遇到某吊點實際提升力有超出設(shè)定值趨勢時，液壓提升系統(tǒng)自動采取溢流卸載，使得該吊點提升反力控制在設(shè)定值之內(nèi)，以防止出現(xiàn)各吊點提升反力分布嚴(yán)重不均，造成對永久結(jié)構(gòu)及臨時設(shè)施的破壞。
5.5 空中停留的穩(wěn)定性控制
由于網(wǎng)架工程所配套的安裝工程需要，為保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在暫停提升時的穩(wěn)定性，主要從以下幾個方面考慮。
1）液壓提升器自身獨有的機(jī)械和液壓自鎖裝置，保證了網(wǎng)架在整體提升過程中能夠長時間的在空中停留。
2）網(wǎng)架提升離地之前，應(yīng)在其立柱附近，將水平限位所需的鋼絲繩、卸扣和導(dǎo)鏈等預(yù)先掛好，方便隨時使用。
5.6 提升過程同步控制措施
網(wǎng)架整體同步提升過程中，液壓提升系統(tǒng)的同步性控制是穩(wěn)定性控制的一個重要環(huán)節(jié)。
首先是液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備自身設(shè)計的安全性保障。通過液壓回路中設(shè)置的液壓自鎖裝置以及機(jī)械自鎖系統(tǒng)，在液壓提升器停止工作或遇到停電、油管爆裂等意外情況時，液壓提升器能夠長時間鎖緊鋼絞線，確保被提升結(jié)構(gòu)的安全。
其次是保證液壓提升系統(tǒng)設(shè)備的完好性，在正式提升之前進(jìn)行充分的調(diào)試，以確保其在整個提升過程中能夠?qū)⑼骄瓤刂圃陬A(yù)先設(shè)定的安全范圍之內(nèi)。
6 提升過程的實現(xiàn)
6.1 提升分級加載
通過試提升過程中對網(wǎng)架、提升設(shè)施、提升設(shè)備系統(tǒng)的觀察和監(jiān)測，確認(rèn)符合模擬工況計算和設(shè)計條件，保證提升過程的安全。
以計算機(jī)仿真計算的各提升吊點反力值為依據(jù)，對網(wǎng)架進(jìn)行分級加載（試提升），各吊點處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力應(yīng)緩慢分級增加，依次為20%、40％、60％、70%、80％；在確認(rèn)各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載到90％、95％、100％，直至網(wǎng)架全部脫離拼裝胎架。
在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，均應(yīng)暫停并檢查如：上吊點、下吊點結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等加載前后的變形情況，以及主樓結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等情況。一切正常情況下，繼續(xù)下一步分級加載。
當(dāng)分級加載至網(wǎng)架即將離開拼裝胎架時，可能存在各點不同時離地，此時應(yīng)降低提升速度，并密切觀察各點離地情況，必要時做“單點動”提升。確保網(wǎng)架離地平穩(wěn)，各點同步。
6.2 結(jié)構(gòu)離地檢查
網(wǎng)架離開拼裝胎架約200mm后，利用液壓提升系統(tǒng)設(shè)備鎖定，空中停留6-12小時作全面檢查（包括吊點結(jié)構(gòu)，承重體系和提升設(shè)備等），并將檢查結(jié)果以書面形式報告現(xiàn)場總指揮部。各項檢查正常無誤，再進(jìn)行正式提升。
6.3 姿態(tài)檢測調(diào)整
用測量儀器檢測各吊點的離地距離，計算出各吊點相對高差。通過液壓提升系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整各吊點高度，使網(wǎng)架達(dá)到水平姿態(tài)。
6.4 整體同步提升
以調(diào)整后的各吊點高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器。在網(wǎng)架整體提升過程中，保持該姿態(tài)直至提升到設(shè)計標(biāo)高附近。
6.5 提升過程的微調(diào)
網(wǎng)架在提升及下降過程中，因為空中姿態(tài)調(diào)整和桿件對口等需要進(jìn)行高度微調(diào)。在微調(diào)開始前，將計算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動模式切換成手動模式。根據(jù)需要，對整個液壓提升系統(tǒng)中各個吊點的液壓提升器進(jìn)行同步微動（上升或下降），或者對單臺液壓提升器進(jìn)行微動調(diào)整。微動即點動調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級，完全可以滿足網(wǎng)架安裝的精度需要。
6.6 提升就位
網(wǎng)架提升至設(shè)計位置后，暫停；各吊點微調(diào)使各弦桿精確提升到達(dá)設(shè)計位置；液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作，保持網(wǎng)架的空中姿態(tài)，后裝桿件安裝，使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系。
液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步卸載，至鋼絞線完全松弛；拆除液壓提升系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)臨時措施，完成網(wǎng)架的整體提升安裝。
