頂升原理

1 技術(shù)背景

     針對國內外頂升改造的應用與實(shí)踐中發(fā)現的問(wèn)題，有著(zhù)二十余年工程結構加固改造實(shí)踐經(jīng)驗的武大巨成結構股份有限公司組成了以高作平教授為核心的項目組，提出了鋼滑道頂升技術(shù)并開(kāi)展相關(guān)研究，研發(fā)了基于鋼滑道頂升技術(shù)的群控同步頂升系統及成套設備，可控制3萬(wàn)個(gè)千斤頂的同步頂升，誤差在0.3mm以?xún)取?/span>

     該項技術(shù)與傳統技術(shù)相比最大優(yōu)勢在于：①更加安全——鋼滑道與鋼支撐體系以及位移同步毫米級誤差保證頂升過(guò)程結構的安全；②更加經(jīng)濟——減少了大量廢料，降低了成本，使用的鋼牛腿、鋼支撐等構件均可重復使用；③更加快速——3萬(wàn)點(diǎn)位的位移同步控制自動(dòng)化及高早強的澆筑材料等保證了工期最短。

     該技術(shù)可應用于建筑物的頂升、糾偏、平移及旋轉等工程?？梢蚤_(kāi)展建筑物的頂升糾偏施工；可以為老舊小區新增空間，解決城市老舊小區停車(chē)難、空間不足等問(wèn)題，通過(guò)增層改造，實(shí)現老舊小區整體功能的提升，將老舊的小區改造成現代化的小區；可以為工業(yè)廠(chǎng)房等工業(yè)建筑物頂升空間，更換更先進(jìn)設備、擴大工業(yè)產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率；可以為文保建筑的保護中提供技術(shù)支撐和保障裝備；還可能使國際國內的瀕臨淹沒(méi)的重要建筑物如即將被海水淹沒(méi)的威尼斯水城等通過(guò)頂升而得到保護。

     巨成公司圍繞該技術(shù)申請和授權專(zhuān)利70余項，,正在主編湖北省地方標準《鋼滑道頂升技術(shù)規程》和中國工程建設標準化協(xié)會(huì )標準《鋼滑道頂升改造老舊小區技術(shù)規程》。

 

2 力學(xué)模型

     鋼滑道頂升技術(shù)，在截柱頂升時(shí)利用鋼滑道（圖1）、鋼牛腿和千斤頂與高強混凝土墊塊實(shí)現交替托換，每頂升一段需將鋼滑道與高強混凝土墊塊灌注成一段鋼管混凝土柱作為結構加長(cháng)的柱段。在交替頂升過(guò)程中，涉及兩個(gè)力學(xué)模型：頂升時(shí)的力學(xué)模型和頂升交替時(shí)的力學(xué)模型。

 

 

圖1  鋼滑道效果圖

 

    圖2為頂升時(shí)的力學(xué)模型示意圖，該力學(xué)模型的傳力途徑為：上柱——上牛腿——千斤頂——下牛腿——下柱，此時(shí)柱芯墊塊不受力。圖3為頂升交替時(shí)的力學(xué)模型示意圖，該力學(xué)模型的傳力途徑為：上柱——柱芯墊塊——下柱，此時(shí)鋼牛腿、鋼滑道不傳遞荷載。

 

 

圖2  頂升時(shí)的力學(xué)模型

 

 

圖3  頂升交替時(shí)的力學(xué)模型

 

 

3 試驗研究

3.1 集中控制同步頂升系統試驗

     2021年開(kāi)發(fā)基于鋼滑道技術(shù)的集中控制同步頂升系統（可同步控制500個(gè)千斤頂），并采用該系統開(kāi)展了結構同步頂升試驗，驗證了交替頂升原理。該試驗設計了一個(gè)單層單開(kāi)間的框架結構，并在框架頂部進(jìn)行不均勻堆載，總堆載是200噸（四個(gè)柱子折算荷載分別是20噸、40噸、60噸、80噸），通過(guò)試驗將該結構整體頂升了1.055m，如圖4。

 

圖4  結構整體頂升前后照片

 

3.2 群控同步頂升系統試驗

       在集中控制同步頂升系統的基礎上于2022年開(kāi)發(fā)了群控同步頂升系統，可控制60套集中控制同步頂升系統（即可同步控制30000個(gè)千斤頂），并開(kāi)展了同步頂升的模擬負載試驗和工程試驗。

（1）模擬負載試驗

      對群控同步頂升系統了模擬試驗，如圖5。實(shí)際試驗時(shí)，通過(guò)個(gè)群控系統控制三個(gè)集中控制系統，分別為：1#集控系統：6個(gè)數控泵站、24個(gè)千斤頂；2#集控系統：3個(gè)數控泵站，12個(gè)千斤頂；3#集控系統：6個(gè)數控泵站，24個(gè)千斤頂。模擬試驗結果表明：群控同步頂升系統可完成對多套集中控制同步頂升系統的穩定控制；實(shí)測同步頂升的位移誤差在±1mm范圍內，該同步率使結構的頂升過(guò)程安全可控。

 

圖5  群控同步頂升成套設備模擬試驗

 

（2）工程試驗

    由于巨成公司園區的檢測實(shí)驗樓面積不滿(mǎn)足資質(zhì)升級的要求，故對該實(shí)驗樓進(jìn)行頂升增層改造，如圖6。該檢測實(shí)驗樓為兩層砌體結構，平面布置為11.9m×30m，一層層高3.7m、二層層高3.1m。通過(guò)頂升增層改造后形成兩層底框和兩層砌體的混合結構，有效面積增加了一倍，滿(mǎn)足資質(zhì)升級的實(shí)驗室面積要求；且增層改造后首層層高5.4m、二層層高4.2m，新獲得的高空間也能更好進(jìn)行資源配置。

 

圖6  巨檢測實(shí)驗樓頂升工程試驗