Stadiondak in Chinese Nantong opent en sluit met hulp van hydrauliek
Een dak op wielen
NANTONG, 20060828 -- Het nieuwe stadion van Nantong in de Chinese provincie Jiangsu is China's eerste grote stadion met een dak dat kan worden geopend en gesloten. Bijzonder is dat voor het eerst in de geschiedenis de aandrijving en stabilisatie van de beweegbare dakdelen hydraulisch gebeurt. Enerpac tekende voor de ontwikkeling en installatie van het geavanceerde aandrijf- en besturingssysteem waarbij trolleys een belangrijke functie vervullen.
Foto bijschrift: 30056_2.jpg
Geavanceerde Enerpac hydrauliek zorgt voor veilig en gecontroleerd openen en sluiten van het dak van het Nantong Stadion.
Onder het stadiondak bevindt zich een voetbalveld, een 400 meter atletiekbaan en diverse accommodaties. In totaal beslaat het stadion een oppervlakte van 48.000 m2. Het stadion maakt deel uit van een veel groter complex met onder meer een tentoonstellingscentrum. In totaal beslaat dit complex een oppervlakte van 150.000 m2. Daarmee is het complex, dat wel wordt vergeleken met het Olympische Stadion in Peking, het grootste en meest multifunctionele in geschiedenis van de provincie Jiangsu. Met de bouw was een investering gemoeid van 1,1 miljard RMB (China Yuan Renminbi) ofwel bijna 107 miljoen euro.
Half-sferische schalen
fotobijschrift: 30056_3.jpg
2200 ton stalen beweegbare dakconstructie van het Nantong Stadium.
De constructie is imposant om te zien. Het beweegbare dakdeel bestaat uit twee enorme half-sferische schalen van staal en glas die letterlijk over het halfopen, bolvormige stadiondak rijden dat eveneens bestaat uit een complexe staalconstructie.
Elk van de twee schalen weegt ruim 1.100 ton en bij het openen en sluiten overbrugt elke schaal een afstand van circa 60 meter. Om deze zware staalconstructie soepel en zonder overmatige torsiekrachten te kunnen verplaatsen, ontwikkelde Enerpac, een krachtig hydraulisch aandrijfsysteem met daarbij een geavanceerd elektronisch controle- en besturingssysteem. Het is voor het eerst dat hydrauliek wordt toegepast bij het openen en sluiten van een beweegbaar dak.
Hydraulische lieren
fotobijschrift: 30056_5.jpg
8 hydraulische lieren maken het mogelijk om het dak open en dicht te schuiven over rails.
Het verplaatsen van de beweegbare dakschalen gebeurt met in totaal 16 staalkabels met een dikte van 64 mm via acht zware lieren (vier per dakschaal) met elk 136 ton trekkracht. Voor het sluiten van het stadiondak worden de dakschalen synchroon en via een kabelschijf in de top van het dak door de kabels omhoog getrokken. Het openen gebeurt eenvoudig door gebruik te maken van de zwaartekracht. De dakschalen zakken als het ware geleidelijk over het dak naar beneden in hun uitgangspositie, waarbij de kabels het gewicht van de schaal tegenhouden.
Foto: 30056_6.jpg
De kabeltrommel van elke lier wordt aangedreven door een combinatie van zes hydromotoren en planeetwiel-reductiekasten met laag toerental en een hoog koppel. Door dit aantal is de systeembetrouwbaarheid en dus de veiligheid gewaarborgd. Zelfs als twee van de motorcombinaties tegelijkertijd zouden uitvallen, is een normale operatie nog mogelijk.
Trolleys over rails
Foto: 30056_4.jpg
De half-sferische schalen worden ondersteund door in totaal 44 trolleys; 22 per dakdeel. Deze trolleys rijden over rails welke een onderdeel vormen van de dakconstructie en fungeren zo als de wielen van de dakschalen. Door de ondersteuning met trolleys, vormt het complete dak een zogenoemd `superstatisch ruimtelijk mechanisme'.
Fotobijschrift: 30056_7.jpg
44 trolleys lopen over rails en zorgen voor de ondersteuning van het beweegbare dak van het Nan Tong Stadion.
Als oplossing voor de ingewikkelde meerpuntsaandrijving van de beweegbare dakschalen, heeft elke trolley een eigen hydraulische unit. Deze unit bestaat uit een pomp en verschillende correctiecilinders waarmee tijdens het openen en sluiten elke steunpunt van de beweegbare dakschalen in drie richtingen kan worden gecorrigeerd. Via druk- en verplaatsingssensoren wordt voortdurend gecontroleerd op een mogelijke (rail)blokkering van de trolley, hetzij als gevolg van een installatiefout van de hoofdboog dan wel van een afwijkende beweging tijdens het openen of sluiten. Met de gegevens van de sensoren wordt de hydraulische druk en de slag van de correctiecilinders aangestuurd en kan de trekkracht van de staalkabel worden aangepast.
Verticale en horizontale correctie
Met de verticale correctiecilinder op de trolley kan een eventueel hoogteverschil tussen de dakschalen en het vaste dak worden gecompenseerd. Zo'n verschil kan optreden door vervormingen in de staalconstructie van het vaste dak en de beweegbare dakschalen. Het besturingssysteem meet hiertoe de cilinderslag en de oliedruk in de correctiecilinder. Aan de hand van de gemeten waarden berekent het besturingssysteem tijdens het openen en sluiten van de dakschalen de belasting van de trolley. Op basis van een bepaalde strategie en algoritmes, stuurt het systeem een proportionele servoklep aan om zo de druk en de verplaatsing van de hefcilinder aan te passen. Op deze manier kan de belasting van elke trolley in principe hetzelfde worden gehouden en wordt overbelasting vermeden.
De verticale cilinders op de trolleys hebben verder ook een functie gehad tijdens de installatie en in bedrijf stellen. Zo werd de verticale hydraulische cilinder gebruikt om de installatiehoogte van de trolley te controleren en eventuele fouten te corrigeren welke bij de productie en de installatie van de staalconstructie waren gemaakt. Verder werd de verticale hydraulische cilinder gebruikt om bij het verminderen van de lasspanning in de staalconstructie, de belasting van de trolley opnieuw aan te passen.
Fotobijschrift: 30056_8.jpg
Hydraulische cilinders compenseren horizontale slingerbewegingen van de trolleys en voorkomen ontsporing.
De twee dwarscilinders op de trolley compenseren de onvermijdelijke horizontale slingerbeweging van de trolley over de rail en voorkomen een `ontsporing' in de dwarsrichting. Hiervoor worden de krachten op de geleidewielen gedurende het gehele opening- en sluitproces van de dakdelen realtime gecontroleerd met behulp van sensoren. Als de kracht op het geleidewiel te groot wordt, zal het besturingsysteem onmiddellijk de dwarscilinders (zijdelings correctie) aansturen om de kracht op het geleidewiel te verminderen en zo een te grote zijdelingse kracht op de boogconstructie te vermijden.
Geavanceerd en veilig, gecontroleerd hydraulisch bewegen
De hydraulische aandrijving van het beweegbare stadiondak zoals die door Enerpac is ontwikkeld en geïnstalleerd, is een duidelijke primeur voor zowel China als ook in de stadionbouw. Een belangrijk voordeel van het hydraulische systeem is de hoge betrouwbaarheid en daarmee de grote veiligheid. Daarnaast biedt het toepassen van hydrauliek het grote voordeel dat het openen en sluiten van de dakschalen zeer geleidelijk, soepel, synchroon en vooral zonder grote torsiekrachten kan plaatsvinden.