Ingezonden persbericht

Het Olympisch stadion en de techniek van hydrauliek

Het Atheense olympische wonder is ook een technisch hoogstandje

ATHENE, 20040707 -- Wanneer in augustus het oog van de wereld is gericht op de opening van de olympische spelen in Athene zal een schitterend spektakel kunnen worden aanschouwd dat in een stadion plaatsvindt dat zelf al een technisch hoogstandje genoemd kan worden.


De zwevende, gebogen dakconstructie van het olympisch stadion van Athene, ontworpen door de beroemde Spaanse architect Santiago Calatrava, is in visueel opzicht zonder meer het opvallendste gedeelte van de totale verbouwing van het oorspronkelijke stadion en zal 95% van de zitplaatsen overkappen (dat was oorspronkelijk 35%).

Deze "parel op de kroon" zoals het dak van het stadion inmiddels bekend staat, is absoluut het visitekaartje van de olympisch spelen van 2004. De twee gigantische bogen hebben een totale spanwijdte van 304 meter en een maximale hoogte van 80 meter.

Aan elk van de bogen zijn kabels bevestigd die de polycarbonaat panelen die het dak dragen op hun plaats houden. De constructie weegt in totaal 17.000 ton, overkapt een oppervlakte van 10.000 vierkante meter en beschermt zowel de 75.000 toeschouwers als de atleten tegen de invloed van het weer.

Het zich elegant uitstrekkende dak is opgetrokken uit metaal en glas dat voorzien is van een speciale coating waardoor 60 % van het zonlicht gereflecteerd wordt (dit laatste is geen overbodige luxe in de Griekse zomer). De unieke architectuur en het bouwtechnisch ontwerp maken het tot een heel speciaal project, omdat de verbouwing van het stadion plaatsvond terwijl het dak en de bogen nog werden gemaakt en opgericht.

Het dak

De dakconstructie - het ontwerp van de overkapping bestaat uit een dubbele boog - is vlak naast het stadion opgebouwd. De bogen en het dak zijn als twee losse helften gemaakt en werden ieder op zeventig meter afstand, naast van het stadion, gebouwd. Op deze manier werd het werk aan het olympisch stadion niet gehinderd.

Deze wijze van bouwen, naast het stadion, vormde een belangrijke uitdaging voor de bouwkundigen: hoe verplaats en positioneer je twee dakhelften die ieder 8500 ton wegen?

Het 17.000 ton zware dak verplaatsen

Het gebogen dak is gebouwd op twee schoenen die worden ondersteund door vier Teflon-glijblokken.

Oorspronkelijk was het idee om ieder dakdeel stap voor stap en met behulp van lange kabels, spanklauwen en hydraulische cilinders met een korte slag te verplaatsen. Bij deze techniek glijden de schoenen van de constructie over dunne roestvast stalen platen die zijn gelast op speciale rails die weer op enorme betonnen balken rusten.

Bij computersimulaties bleek echter dat er problemen zouden kunnen optreden als bij het plaatsen van het dak kabels gebruikt zouden worden. Uit de berekeningen bleek dat vanwege de grote elastische energie die dan in de kabels wordt opgeslagen en door het verschil tussen de statische en dynamische wrijving tussen het teflon en het roestvast staal er schokken zouden kunnen optreden waarbij de constructie bij elke stap tijdens het positioneren afwisselend met een hoge versnelling beweegt en weer tot stilstand komt gedurende iedere stap van de positionering. Dit was onacceptabel voor de ontwerpers, die een andere oplossing zochten.

Geïntegreerde hydraulische oplossingen

Enerpac, de specialist op het gebied van geïntegreerde hydraulische oplossingen, werd gevraagd vanwege haar expertise op het gebied van grote bouwkundige projecten. Enerpac is op dit moment betrokken bij een aantal zeer innovatieve bouwprojecten zoals het 364 meter hoge viaduct van Millau in Frankrijk, de hoogste brug ter wereld.

Voor het stadion van Athene stelde Enerpac voor om trekcilinders met een lange slag te gebruiken die worden aangedreven door hydraulische pompen met PLC-besturing. Bij het stapsgewijze trekproces zouden deze nauwelijks invloed hebben op het bestaande ontwerp.

Voorgesteld werd om voor iedere schoen van de gebogen dakconstructie vier trekcilinders te gebruiken. Omdat iedere boog twee schoenen kende en iedere schoen weer vier glijblokken had, betekende dit dat in totaal acht hydraulische cilinders moesten worden gebruikt om elk dakhelft in de juiste positie te brengen.

Gekozen werd voor een tweetraps pomp met PLC-besturing om elke groep van vier cilinders aan te drijven. Met deze oplossing konden de snelheid, de versnelling en de vertraging tijdens de hydraulische bewegingen worden gestuurd. De PLC-besturing was ook nodig om de pompparameters digitaal beter te kunnen controleren. Het geïntegreerde hydraulische systeem was ontworpen voor een gemakkelijke beweging en positionering van de boog.

De hydraulische bewegingen controleren

Tijdens de operatie in mei en juni, bij de daadwerkelijke positionering van het dak, werden de hydraulische pompen met PLC-besturing aan de zijden van elke boog geplaatst en gedurende het hele trekproces meegevoerd. Elke pomp zorgde voor dezelfde hydraulisch druk bij alle vier cilinders en dezelfde trekkracht terwijl de slag werd gesynchroniseerd door de constructiesterkte van de schoenen. Beide pompen kunnen aan een 400 meter lange kabel worden bevestigd en worden gesynchroniseerd met de PLC-besturing die het begin en einde van de hydraulische bewegingen van het 8500 ton zware dak aanstuurt.

Met een microprocessor-gestuurde wisselstroom motoraandrijving met een variabele frequentie werden zeer gelijkmatig verlopende start- en stopbewegingen bereikt terwijl een zeer acceptabele snelheid werd behouden. Deze eenheid controleerde de snelheid van de elektromotor en daarmee de olieopbrengst van de pompen en dus de snelheid waarmee de trekcilinders werden ingetrokken.

De PLC-besturing werd gebruikt om de snelheid van de motor (rpm) lineair te variëren binnen zelfgedefinieerde tijdsintervallen van minimum naar maximum en omgekeerd.
Op deze manier werden zeer lage werksnelheden bereikt zodra het verplaatsen van de overkapping van start ging. De snelheid werd een tijdlang laag gehouden om het systeem te stabiliseren.

Bij de volgende stap werd de olieopbrengst van de pomp lineair verhoogd (versnellingscurve) om een constante en zorgvuldig gestuurde versnelling te garanderen tot de treksnelheid was bereikt zoals deze was vastgesteld door het ontwerpteam.

Vervolgens werd het trekproces voortgezet met de cilinderslag op een constante snelheid. Zodra de microschakelaar op de cilinder het einde van de plunjerslag waarnam, reduceerde het hydraulische systeem automatisch lineair de snelheid (vertragingscurve). Daarmee werd de terugtreksnelheid van de cilinder tot een minimum teruggebracht en kwam het hele trekproces uiteindelijk tot stilstand.

Het proces startte opnieuw nadat alle cilinders met hoge snelheid opnieuw uitgetrokken werden.

Systeemspecificaties:

Trekcilinder: 8x
Maximale trekkracht: 150 ton elk
Werkdruk: 600 bar
Slag 2000 mm
Gewicht 1300 kg (inclusief scharnierogen)

Pompen: 2x
Maximale werkdruk 630 bar
Max. werkdruk tijdens 1e stap 80 bar
Max. opbrengst bij hoge druk 8 l/min
Min. opbrengst bij hoge druk 2,6 l/min
Opbrengst bij lage druk 29 l/min


Algemeen:
Duur van het trekproces 22 min
Tijd voor uittrekken cilinder 13 min
Totale tijd trekstap 35 min


De voordelen van geïntegreerde hydraulische oplossingen

Volgens Enerpac laat het project voor het olympisch stadion van Athene zien hoe de integratie van hydraulische oplossingen en elektronica binnen een systeem voor gecontroleerde hydraulische bewegingen belangrijke problemen kan oplossen op die momenten waarop de conventionele en traditionele methodes tekortschieten. Door het gebruik van systemen met PLC-besturing worden hydraulisch bewegingen eenvoudig, betrouwbaar en veilig gemaakt. Iedere stap in het proces kan op ieder moment worden gecontroleerd.
De belangrijkste voordelen van deze geïntegreerde hydraulische oplossing zijn:

* De toepassing van dubbelwerkende trekcilinders met lange slag zorgt in vergelijking met het gebruik van kabels voor een belangrijke toename van de stabiliteit van het systeem. Hierdoor wordt de elastische energie verminderd die wordt opgebouwd wanneer de constructie in beweging wordt gezet. Daarnaast verbeteren de dubbelwerkende cilinders de controle over de zware last in geval van onverwachte externe factoren zoals wind of traagheid als gevolg van een noodstop.
* De toepassing van een geprogrammeerde PLC maakt de synchronisatie van de bewegingen en ook van de snelheid eenvoudiger en nauwkeuriger. Bovendien wordt het risico van extra belasting op de constructie gereduceerd.
* Door te trekken in plaats van te duwen zijn de bewegingen veel stabieler, verdwijnt het risico op knikken en zijn kleinere cilinders nodig.
* Tweetraps pompen met een hoge olieopbrengst zorgen voor een snelle ijlgang van de cilinders.




Ingezonden persbericht