专利名称：一种空间桁架结构的顶升方法
技术领域：
本发明提供一种空间桁架结构的顶升方法，属于大型结构组装技术领域。
背景技术：
平流层浮空器现已成为各国研究的热点，应用于通讯中继、高空侦察、预警、空中运输等方面，美国、加拿大、日本、韩国、英国、德国、以色列和中国等正在积极开展相关研究。由于平流层空气密度低，依靠净浮力驻空的飞艇一般体积均比较大，如美国的HAA长约 152米，直径49米，容积为14. 5万立方米，德国Cargolifter公司研制的CL-160超大型飞艇，长260米，直径65米，俄罗斯正在研制大荷载飞艇，该飞艇直径为58米，长290米，有效载荷200吨。由于浮空器结构尺寸超大所带来的结构整体装配问题非常突出，用常规的工艺和工装无法保证安装过程短、安全和精度。迫切需要研制出一种操作便捷、适合于超大轻质结构安装的技术，以进一步减少安装时间、保证装配精度、增强安装抗风能力和提高安装安全性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种空间桁架结构的顶升方法，主要是用升降设备平行顶升技术和地面辅助约束技术，通过标准模块间的并行快速装配来解决浮空器巨型结构的装配问题，同时该方法也能用于钢构等大型空间桁架结构的组装。本发明提出一种空间桁架结构顶升方法，根据升降台上升提升上部结构，安装下部结构，安装完后升降台下降，再次提升上部结构，安装下一个下部结构，直至整个结构安装完毕，每次安装的下部结构根据结构整体形式的不同而改变，具体包括以下几个步骤步骤一确定欲搭建的桁架结构中每个立柱的地面位置，在每个地面位置点分别放置一组升降设备，每组升降设备由两个升降设备单体组成；步骤二以每个立柱的地面位置点为角点，选取各个角点之间连线构成的多边形的中心，在多边形的中心与对应角点连线的延长线方向上分别设置卷扬机，卷场机与多边形角点之间的距离为H0, H0为桁架结构总高度，每个角点方向上分别设置有一个卷扬机，卷扬机的绳索牵拉方向对准多边形的中心；步骤三在每组升降设备的两个升降设备单体的中间放置一个纵横连接模块A， 并通过横向方框直模块A横向连接相邻的两个纵横连接模块A，形成以每个纵横连接模块A 为角点的顶层桁架结构；步骤四将纵横连接模块A与升降设备绑定连接，使顶层桁架结构固定，将卷扬机的钢丝绳与相对应的纵横连接模块A绑定连接，升降设备向上提升，卷扬机钢丝绳松弛；步骤五通过升降设备带动纵横连接模块A上升，当提升高度为距离地面6. 5米 6. 6米后停止，收紧卷扬机的钢丝绳，固定桁架结构顶部；步骤六在每个纵横连接模块A的向下的纵向方向上连接竖直桁架A，形成第一段竖直桁架；
步骤七升降设备降落至竖直方向桁架A的底端着地位置，通过竖直桁架A支撑顶部，解除纵横连接模块A与升降设备的绑定，然后使升降设备继续降落至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部；步骤八绑定升降设备和竖直桁架A的底部，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架A 底部距离地面6. 5 6. 6米，在第一段竖直桁架的竖直桁架A的底端竖直向下安装竖直桁架B，形成第二段竖直桁架；步骤九安装完成第二段竖直桁架后，升降设备下降至第二段竖直桁架底端着地， 支撑整个结构，解除升降设备和竖直桁架A底部的绑定，使升降设备下降至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部；步骤十将竖直桁架B的底部与升降设备绑定，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架 B底部距离地面6. 5 6. 6米，收紧卷扬机钢丝绳，约束桁架顶部；步骤十一在竖直桁架B底部分别安装纵横连接模块B，然后使升降设备下降至纵横连接模块B的底部着地，支撑整个结构，解除竖直桁架B与升降设备的约束后，使升降设备下降至最低点；步骤十二 在相邻两个纵横连接模块B之间横向连接横向方框直模块B，完成第一层桁架结构的搭建；步骤十三重复步骤四至步骤十二，顺次完成桁架结构其余的各层连接，最终完成整个空间桁架结构的搭建。本发明的优点在于1、本发明提供一种空间桁架结构的顶升方法，解决了浮空器巨型结构的安装难点，避免使用巨型和超高的提升安装设备；2、本发明提供一种空间桁架结构的顶升方法，安装速度快、效率高、安全性高；3、本发明提供一种空间桁架结构的顶升方法，对巨型工装系统的依赖性小；4、本发明提供一种空间桁架结构的顶升方法，所有结构组装操作均在近地面完成，降低了高空作业的风险。
图1 本发明中空间桁架结构的结构示意图； 图2 本发明中升降设备的安装位置示意图； 图3 本发明中升降设备的示意图； 图4 本发明中的安装位置示意图； 图5 本发明中安装横向方框直模块A示意图； 图6 本发明中提升纵横连接模块A的示意图； 图7 本发明中安装竖直桁架A的示意图； 图8 本发明中升降设备降落的示意图； 图9 本发明中提升竖直桁架A的示意图； 图10 本发明中安装竖直桁架B的示意图； 图11 本发明中安装纵横连接模块； 图12 本发明中安装横向方框直模块B的示意图； 图13 本发明中完成整体空间桁架模块的结构示意图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例对本发明进行进一步的说明。本发明提出一种空间桁架结构顶升方法可以完成搭建多层(大于等于2层)桁架结构，如图1所示，桁架结构可以为三棱柱桁架结构、四棱柱桁架结构、五棱柱桁架结构或六棱柱桁架结构，具体包括以下几个步骤步骤一确定欲搭建的桁架结构中每个立柱的地面位置，在每个地面位置点分别放置一组升降设备，如图2所示。所述的升降设备的承载力F满足F > 4G，G为欲搭建的桁架结构的总重量，升降设备的上升行程L满足L > (H+4米)，H为竖直模块的高度，每组升降设备由两个升降设备单体组成，如图3所示，两个单体之间的距离为2B，B为桁架结构中竖直桁架的截面边长。步骤二 以每个立柱的地面位置点为角点，选取各个角点之间连线构成的多边形的中心，在多边形的中心与对应角点连线的延长线方向上分别设置卷扬机，卷场机与多边形角点之间的距离为H0, Htl为桁架结构总高度，每个角点方向上分别设置有一个卷扬机，如图4所示，卷扬机的绳索牵拉方向对准多边形的中心。所述的卷扬机承载力F1满足 F1彡10000N，卷扬机钢丝绳收放长度L1满足L1彡2H。。步骤三在每组升降设备的两个升降设备单体的中间放置一个纵横连接模块A， 并通过横向方框直模块A横向连接相邻的两个纵横连接模块A，形成以每个纵横连接模块A 为角点的顶层桁架结构，如图5所示。步骤四将纵横连接模块A与升降设备绑定连接，使顶层桁架结构固定。将卷扬机的钢丝绳与相对应的纵横连接模块A绑定连接，升降设备向上提升，卷扬机钢丝绳松弛。步骤五通过升降设备带动纵横连接模块A上升，当提升高度为距离地面6. 5米 6. 6米后停止，提升过程中每组升降设备的提升高度应该相等，高差误差不超过0. 5米，如图6所示。提升结束后通过收紧卷扬机的钢丝绳，固定桁架结构顶部。步骤六在每个纵横连接模块A的向下的纵向方向上连接竖直桁架A，形成第一段竖直桁架，如图7所示。步骤七升降设备降落至竖直方向桁架A的底端着地位置，通过竖直桁架A支撑顶部，解除纵横连接模块A与升降设备的绑定，然后使升降设备继续降落至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部，如图8所示。步骤八绑定升降设备和竖直桁架A的底部，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架A 底部距离地面6. 5 6. 6米，在第一段竖直桁架的竖直桁架A的底端竖直向下安装竖直桁架B，形成第二段竖直桁架，如图9所示。步骤九安装完成第二段竖直桁架后，升降设备下降至第二段竖直桁架底端着地， 支撑整个结构，如图10所示，解除升降设备和竖直桁架A底部的绑定，使升降设备下降至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部。步骤十将竖直桁架B的底部与升降设备绑定，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架 B底部距离地面6. 5 6. 6米，收紧卷扬机钢丝绳，约束桁架顶部。步骤十一在竖直桁架B底部分别安装纵横连接模块B，然后使升降设备下降至纵横连接模块B的底部着地，支撑整个结构，如图11所示，解除竖直桁架B与升降设备的约束后，使升降设备下降至最低点。步骤十二 在相邻两个纵横连接模块B之间横向连接横向方框直模块B，如图12 所示，完成第一层桁架结构的搭建。步骤十三重复步骤四至步骤十二，顺次完成桁架结构顶部的各层连接，如图13 所示，最终完成整个空间桁架结构的搭建。^MMl^本实施例中欲搭建的桁架结构为三棱柱桁架结构，桁架共6层，每层高为18米，18米由2个6米的竖直桁架和2个3米的纵横连接模块组成，竖直桁架截面为正三角形。大型三棱柱桁架水平截面为正三角形，边长为50米，如图1所示。步骤一定位欲搭建的三棱柱桁架的每个立柱第地面位置，在每个立柱的地面位置处分别放置升降设备，一个立柱位置放置一组升降设备，如图3所示。步骤二 以三棱柱三个立柱中心在地面的投影点组成三角形，以三角形的角点为基准点，在三角形的中心与角点连线的延长线方向设置卷扬机，卷场机与三角形角点之间的距离为H。，三个方向共设置三个卷扬机；步骤三在每组升降设备顶部放置一个纵横连接模块A，纵横连接模块A设置在每组升降设备中的两个升降设备单体的中间，以三个纵横连接模块A为角点，通过横向方框直模块A连接形成顶层横向三角形方框，如图5所示。步骤四将三个纵横连接模块A与升降设备绑定连接卷扬机的钢丝绳与相对应的纵横连接模块A绑定连接，当升降设备提升时，卷扬机钢丝绳松弛。步骤五通过升降设备带动纵横连接模块A上升，进而提升顶层横向三角形方框， 提升高度为距离地面6. 5米-6. 6米后停止，提升过程中三组升降设备的提升高度应该相等，高差误差不超过0. 5米，如图6所示。提升结束后通过收紧卷扬机的钢丝绳，固定桁架结构顶部。步骤六在每个三个角点位置的纵横连接模块A的纵向桁架上分别向下(即地面方向)连接竖直桁架A，形成第一段竖直桁架，如图7所示。步骤七升降设备降落至竖直桁架A的底端着地位置，通过竖直桁架A支撑顶部横向三角形方框，解除纵横连接模块A和升降设备的绑定，然后使升降设备继续降落至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束顶层竖直桁架顶部如图8所示。步骤八绑定升降设备和竖直桁架A的底部，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架A 距离地面6. 5米-6. 6米，在竖直桁架A的底端竖直向下安装竖直桁架B，形成第二段竖直桁架，如图9所示。步骤九安装完成第二段竖直桁架后，升降设备下降至竖直桁架B底端着地，支撑整个结构，如图10所示。解除升降设备和竖直桁架B底部的绑定后，升降设备下降至最低处。卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部。步骤十将竖直桁架B的底部与升降设备绑定。放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架 B6. 5米-6. 6米，收紧卷扬机钢丝绳，约束桁架顶部。步骤十一在竖直桁架B底部安装纵横连接模块B。升降设备下降至纵横连接模块B的底部着地，支撑整个结构，如图11所示。解除竖直桁架B与升降设备的约束，升降设备下降至最低点。步骤十二 在相邻两个纵横连接模块B之间横向连接横向方框直模块B，如图12所示，完成第一层桁架结构的搭建。 步骤十三重复步骤四至步骤十三，顺次完成桁架结构顶部的第二至第六层的连接，如图13所示。
权利要求
1.一种空间桁架结构顶升方法，其特征在于具体包括以下几个步骤步骤一确定欲搭建的桁架结构中每个立柱的地面位置，在每个地面位置点分别放置一组升降设备，每组升降设备由两个升降设备单体组成；步骤二 以每个立柱的地面位置点为角点，选取各个角点之间连线构成的多边形的中心，在多边形的中心与对应角点连线的延长线方向上分别设置卷扬机，卷场机与多边形角点之间的距离为H0, H0为桁架结构总高度，每个角点方向上分别设置有一个卷扬机，卷扬机的绳索牵拉方向对准多边形的中心；步骤三在每组升降设备的两个升降设备单体的中间放置一个纵横连接模块A，并通过横向方框直模块A横向连接相邻的两个纵横连接模块A，形成以每个纵横连接模块A为角点的顶层桁架结构；步骤四将纵横连接模块A与升降设备绑定连接，使顶层桁架结构固定，将卷扬机的钢丝绳与相对应的纵横连接模块A绑定连接，升降设备向上提升，卷扬机钢丝绳松弛；步骤五通过升降设备带动纵横连接模块A上升，当提升高度为距离地面6. 5米 6. 6 米后停止，收紧卷扬机的钢丝绳，固定桁架结构顶部；步骤六在每个纵横连接模块A的向下的纵向方向上连接竖直桁架A，形成第一段竖直桁架；步骤七升降设备降落至竖直方向桁架A的底端着地位置，通过竖直桁架A支撑顶部， 解除纵横连接模块A与升降设备的绑定，然后使升降设备继续降落至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部；步骤八绑定升降设备和竖直桁架A的底部，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架A底部距离地面6. 5 6. 6米，在第一段竖直桁架的竖直桁架A的底端竖直向下安装竖直桁架B， 形成第二段竖直桁架；步骤九安装完成第二段竖直桁架后，升降设备下降至第二段竖直桁架底端着地，支撑整个结构，解除升降设备和竖直桁架A底部的绑定，使升降设备下降至最低处，卷扬机收紧钢丝绳，约束桁架顶部；步骤十将竖直桁架B的底部与升降设备绑定，放松卷扬机钢丝绳，提升竖直桁架B底部距离地面6. 5 6. 6米，收紧卷扬机钢丝绳，约束桁架顶部；步骤十一在竖直桁架B底部分别安装纵横连接模块B，然后使升降设备下降至纵横连接模块B的底部着地，支撑整个结构，解除竖直桁架B与升降设备的约束后，使升降设备下降至最低点；步骤十二 在相邻两个纵横连接模块B之间横向连接横向方框直模块B，完成第一层桁架结构的搭建；步骤十三重复步骤四至步骤十二，顺次完成桁架结构其余的各层连接，最终完成整个空间桁架结构的搭建。
2.根据权利要求1所述的一种空间桁架结构顶升方法，其特征在于步骤一中升降设备的承载力F满足F > 4G，G为欲搭建的桁架结构的总重量，升降设备的上升行程L满足 L≥H+4米，H为竖直模块的高度。
3.根据权利要求1所述的一种空间桁架结构顶升方法，其特征在于步骤一中每组升降设备的两个升降设备单体之间的距离为2B，B为桁架结构中竖直桁架的截面边长。
4.根据权利要求1所述的一种空间桁架结构顶升方法，其特征在于步骤二中卷扬机承载力F1满足F1 ^ 10000N，卷扬机钢丝绳收放长度L1满足L1 ^ 2H。。
全文摘要
本发明公开了一种空间桁架结构顶升方法，包括安装升降设备、设置卷扬机、设置纵横连接模块A、将纵横连接模块A与升降设备绑定连接、通过升降设备带动纵横连接模块A上升、在每个纵横连接模块A的向下的纵向方向上连接竖直桁架A等步骤。本发明提出的一种空间桁架结构的顶升方法，解决了浮空器巨型结构的安装难点，避免使用巨型和超高的提升安装设备，且本发明的安装速度快、效率高、安全性高，对巨型工装系统的依赖性小。
文档编号E04B1/35GK102304943SQ201110182339
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者胡龙, 陈思思, 陶国权, 马云鹏, 黄雨霓 申请人:北京航空航天大学