1 技術(shù)背景

     針對(duì)國(guó)內(nèi)外頂升改造的應(yīng)用與實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，有著二十余年工程結(jié)構(gòu)加固改造實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的武大巨成結(jié)構(gòu)股份有限公司組成了以高作平教授為核心的項(xiàng)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(tǒng)及成套設(shè)備，可控制3萬(wàn)個(gè)千斤頂?shù)耐巾斏?，誤差在0.3mm以?xún)?nèi)。

     該項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比最大優(yōu)勢(shì)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(jí)誤差保證頂升過(guò)程結(jié)構(gòu)的安全；②更加經(jīng)濟(jì)——減少了大量廢料，降低了成本，使用的鋼牛腿、鋼支撐等構(gòu)件均可重復(fù)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(qiáng)的澆筑材料等保證了工期最短。

     該技術(shù)可應(yīng)用于建筑物的頂升、糾偏、平移及旋轉(zhuǎn)等工程?？梢蚤_(kāi)展建筑物的頂升糾偏施工；可以為老舊小區(qū)新增空間，解決城市老舊小區(qū)停車(chē)難、空間不足等問(wèn)題，通過(guò)增層改造，實(shí)現(xiàn)老舊小區(qū)整體功能的提升，將老舊的小區(qū)改造成現(xiàn)代化的小區(qū)；可以為工業(yè)廠房等工業(yè)建筑物頂升空間，更換更先進(jìn)設(shè)備、擴(kuò)大工業(yè)產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率；可以為文保建筑的保護(hù)中提供技術(shù)支撐和保障裝備；還可能使國(guó)際國(guó)內(nèi)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(hù)。

     巨成公司圍繞該技術(shù)申請(qǐng)和授權(quán)專(zhuān)利70余項(xiàng)，,正在主編湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《鋼滑道頂升技術(shù)規(guī)程》和中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼滑道頂升改造老舊小區(qū)技術(shù)規(guī)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(qiáng)混凝土墊塊實(shí)現(xiàn)交替托換，每頂升一段需將鋼滑道與高強(qiáng)混凝土墊塊灌注成一段鋼管混凝土柱作為結(jié)構(gòu)加長(zhǎng)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(yàn)研究

3.1 集中控制同步頂升系統(tǒng)試驗(yàn)

     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(tǒng)（可同步控制500個(gè)千斤頂），并采用該系統(tǒng)開(kāi)展了結(jié)構(gòu)同步頂升試驗(yàn)，驗(yàn)證了交替頂升原理。該試驗(yàn)設(shè)計(jì)了一個(gè)單層單開(kāi)間的框架結(jié)構(gòu)，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(yàn)將該結(jié)構(gòu)整體頂升了1.055m，如圖4。

 

圖4  結(jié)構(gòu)整體頂升前后照片

 

3.2 群控同步頂升系統(tǒng)試驗(yàn)

       在集中控制同步頂升系統(tǒng)的基礎(chǔ)上于2022年開(kāi)發(fā)了群控同步頂升系統(tǒng)，可控制60套集中控制同步頂升系統(tǒng)（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(fù)載試驗(yàn)和工程試驗(yàn)。

（1）模擬負(fù)載試驗(yàn)

      對(duì)群控同步頂升系統(tǒng)了模擬試驗(yàn)，如圖5。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)個(gè)群控系統(tǒng)控制三個(gè)集中控制系統(tǒng)，分別為：1#集控系統(tǒng)：6個(gè)數(shù)控泵站、24個(gè)千斤頂；2#集控系統(tǒng)：3個(gè)數(shù)控泵站，12個(gè)千斤頂；3#集控系統(tǒng)：6個(gè)數(shù)控泵站，24個(gè)千斤頂。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：群控同步頂升系統(tǒng)可完成對(duì)多套集中控制同步頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定控制；實(shí)測(cè)同步頂升的位移誤差在±1mm范圍內(nèi)，該同步率使結(jié)構(gòu)的頂升過(guò)程安全可控。

 

圖5  群控同步頂升成套設(shè)備模擬試驗(yàn)

 

（2）工程試驗(yàn)

    由于巨成公司園區(qū)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)樓面積不滿(mǎn)足資質(zhì)升級(jí)的要求，故對(duì)該實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行頂升增層改造，如圖6。該檢測(cè)實(shí)驗(yàn)樓為兩層砌體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，有效面積增加了一倍，滿(mǎn)足資質(zhì)升級(jí)的實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)樓頂升工程試驗(yàn)