PLC同步顶升（共7篇）
PLC同步顶升 篇1
0 引言
我国目前有大量的桥梁支座需要更换。如何在不中断交通、保证运营安全的条件下,以较低的成本,实现快速在役桥梁的支座更换,成为桥梁工作者予以研究的问题。
桥梁同步顶升系统采用液压同步顶升控制技术,是建立在力和位移双闭环的精确控制基础上,在不改变既有桥梁形态和结构性能的前提下,以最短的施工期、较少的工程造价完成对桥梁的顶升和调坡等工作。
1 桥梁顶升技术
桥梁顶升技术的核心技术在于如何对不同的桥型和质量分布不均的桥梁的顶升力,液压缸的同步工作,位移同步协调的控制,保证桥梁结构整体的完好。本文具体对以下几个方面控制进行介绍。
1.1 控制顶升力
首先必须解决液压系统的自动调节。因为不同的桥梁结构形式不同,那么质量分布也不均匀,同时即使同型号桥梁质量分布也有不同,这样液压缸的承载力也就不尽相同,只有液压系统满足各液压缸压力自动调整,才能解决上述问题。系统安装调试阶段通过对顶升力合理有效控制,通过试顶升,达到使桥梁的内应力最小,力求不损伤桥梁结构。
1.2 控制位移同步
控制位移,关键是使在顶升中每一个油缸的位移相同或在误差范围,只有这样被顶升的桥梁才不会出现梁体扭曲、应力集中和开裂。尽管各顶升点的负载不均,也必须保持位移同步。
1.3 实时监控压力、位移、应力
实施对压力、位移、应力监控是为了有效或者综合控制顶升的协调和同步性,减少对梁体的破坏。通过对应力监控目的是避免内应力集中而使桥梁梁体受到破坏;通过压力的监控有助于顶升力的控制;通过对位移的监控真正实现顶升过程中液压缸变化同步,移动同步,桥梁顶升过程中,由于梁体结构产生的内应力是由各顶升点的压力和位移共同作用的结果,因此,在没有对应力监控时,也可通过对压力和位移的监控来判断梁体结构的内应力是否超过允许值,需要调整。从原理上分析,实时监控压力、位移更加重要,是整个系统的核心所在。只有解决了这个问题,同步顶升才有实际应用价值。
2 PLC控制同步顶升系统
2.1 可编程序控制器(PLC)
在我国,可编程序控制器(PLC)近几年才得以迅速发展并广泛应用,成为了近代工业自动化控制装置。随着科技的不断进步,微处理器技术获得了广泛的应用,PLC开始采用微处理器作为它的中央处理单元,极大的完善和加强了PLC的功能,它不仅具有逻辑控制功能,而且具有运算功能和对模拟量的控制功能。因此为便于区别将可编程序控制器常称为PLC。
2.2 PLC控制同步顶升系统组成
桥梁同步顶升系统主要由液压同步系统(油泵、油缸等)、PLC控制系统(主控单元)、监测系统等几个部分组成,见图1。
3 工程应用实例
3.1 工程概况
某匝道桥为四跨一联钢筋混凝土连续箱梁,全长135 m,桥跨组成为35 m+35 m+35 m+30 m,匝道宽度为8 m。
张拉结束后,在落架过程中发现:由于S0墩顶北侧顺桥向(原设计)单向支座实际安装为横桥向。由于张拉过程中梁体有一定的变形,支座处会因此产生相应的位移,而变形相对较大的S0墩顶北侧支座错放成顺桥向固定,张拉造成的支座位移造成了该处支座外侧混凝土开裂,支座钢板向东平移25 mm,墩顶混凝土开裂宽度20 mm。
同时检查出S3北侧支座也存在同样的施工错误,该处墩顶尚未出现混凝土开裂的情况。
考虑到桥梁的美观及以后的长期使用功能:
1)必须对安装错误的S0墩及S3墩北侧的两个支座进行更换;
2)必须对混凝土破损部分予以修复。
3.2 顶升方案比选
3.2.1 比例顶升
以S4桥台处的支座为轴,S1,S2,S3,S4各墩处按跨径比例顶升,保证顶升过程中梁体的整体姿态不发生变化。示意图如图2所示。
该方法的优点是避免S4桥台处的土方开挖,减少工程量,缩短工期。
缺点:
1)比例顶升同步性控制较为困难;
2)顶升过程中水平投影长度有所变化。
3.2.2 整体同步顶升
各墩台处同步顶升30 mm,示意图如图3所示。
该顶升方案优点是同步性容易实现,顶升操作时间较短。
考虑到该桥梁支座现状,对梁体投影长度的变化较为敏感,对同步性要求较高,选取方案2:整体同步顶升相同的高度,以完成支座更换。
整体顶升施工过程包括以下几个方面:
1)保压试验过程;
2)称重过程;
3)试顶升过程;
4)正式顶升的过程;
5)要注意上述过程中的控制。
3.3 系统整体调试和运行
3.3.1 安装和调试
1)由经验丰富的工程师和操作手等对油缸、油管、泵站操纵台、监测仪等进行认真安装并对安装完毕的进行系统检查达到无误为止;2)安装并经检查满足要求或符合设计,然后根据设计理论所得的计算荷载的70%～90%进行加载,这种连续对油缸加载不低于5 h,检查油缸是否保持正常,否则调整直到满足;3)检查的过程由专业工程师具体仔细的进行,主要针对整个系统的工作情况、油路等。
3.3.2 系统的协调和同步性调试
协调和同步性调试的目的就是要解决顶升过程的不同步和位移不协调,计量的误差。因此在这个过程中应进行以下工作:
1)通过测定每个顶升点处的实际荷载,分步调整以保证顶升过程的同步进行。
2)设定不同的加载方式和一定的顶升高度,依据计算顶升荷载,通过反复调整各组的油压,使每个顶点的顶升压力与其加载的荷载达到基本的平衡。
3)为了准确测定其行程,减小误差,便以观察顶升处是否脱离,其行程的测定采用精度较高的百分表。
4)根据实际测得的数据与事先设定的原理和理论计算值比较,确定其差异量,由相关工程师或负责技术的工程师分析原因,最终确定该点误差的精度是否满足顶升。如偏差较大无法满足顶升的精度要求,就要做适当调整直到满足要求。
3.4 试顶升
就像我们进行架梁一样,先要进行试顶升,包括:顶升的同步性、对称性,当然同时也校核了对称重结果,在试顶升过程中要注意观察,通过试顶升完成工作协调、发现问题及时解决,为正式工作打下坚实的基础。因此在正式顶升之前,都应进行试顶升,一般的顶升高度在10 mm。
试顶升完成后,根据试顶升设备的实际情况,提出设备的整体姿态、结构位移等报告,对存在的问题加以解决,必要时再次进行试顶升,为正式顶升提供依据。
3.5 顶升实施
只有在试顶升达到预期要求,经分析没有问题才能进行正式的顶升。防止顶升实施过程中出现偏差等,对千斤顶最大行程及每一顶升标准行程均做相应的控制,一般大约分别是140 mm和110 mm,同时对顶升的速度有所规定,最大顶升速度不应超过10 mm/min。
3.6 顶升的过程控制
顶升的过程控制非常关键,它直接保证顶升过程的安全。整个顶升过程一定要保证光栅尺的位置同步,误差在一定要求范围,同时任意一个缸的压力也要控制在合理范围。在实施过程中如果发现偏离同步误差范围或任一缸的压力误差过大,立即停止施工,进行符合矫正,查找原因,保证桥梁加固、更换的安全。
3.7 监测结果及分析
本次支座更换施工选用了光栅尺做控制,即在每一主梁顶面设一光栅尺作为高程观测点,在每级荷载施加后,随时测量各梁的竖向变位,根据变位情况随时调整下一级各千斤顶的施力大小,以保证各主梁尽量同步上升。每级荷载作用下梁体顶升的实测数据见表1。由于在第8个加载级,梁体已经整体顶起,此时数据仅供参考。
mm
通过监测数据表明,在顶升过程中监测点间最大的位移差为0.1 mm,未超出假定的最大差异位移5 mm。
4 结语
1)PLC液压整体同步控制系统在位移、顶力双控状态下完成整个顶升过程,由于PLC液压整体同步控制系统保证了在工作过程中结构位移、受力都做到了真正的受控,从而使桥梁的加固过程在安全、稳定的状态下完成位移变化、加固、支座的更换。
2)施工比较简便,实用性强。整个的实施过程不影响正常使用,顶升改造过程不需要中断交通,有利于实际的应用。
3)施工期短、适用,有利于节约资源,提高效率,具有一定的推广价值。
摘要：桥梁整体顶升技术的关键在于保证其上部结构的整体性同步顶升,结合工程实例,介绍了基于PLC控制的桥梁同步顶升技术在实际中的应用,与传统的支座更换方法相比,该方法具有中断交通时间短、工期短、造价低等突出的优点,值得推广应用。
关键词：PLC系统,同步顶升,监测传感,称重
参考文献
[1]李杨海.公路桥梁支座实用手册[M].北京:人民交通出版社,2009.
[2]魏志新.高速公路桥梁支座更换的新方法探讨[J].建筑与工程,2008(8):86-87.
同步顶升技术更换支座施工方案 篇2
江阴长江公路大桥北岸引桥全长1 518 m,其桥孔布置为:5×30 m+8×30 m+6×50 m+6×50 m+4×50 m+3孔预应力连续箱梁(3×50 m)+3孔预应力连续箱梁(50 m+75 m+50 m)。其中第1联至第5联的上部结构为桥面连续、结构简支的30 m和50 m的T梁。该桥建成通车已10多年,巨大的交通量使北引桥的部分板式橡胶支座出现了病害。2008年,在对北引桥全部板式橡胶支座进行的常规检查中发现支座存在不同程度的病害,病害类型有局部脱空、偏位、偏压、表面不均匀鼓凸、剪切变形过大、表面开裂等。支座病害已直接影响到桥跨结构和行车安全,因此需要对病害支座进行更换。鉴于该桥交通繁忙,支座更换中应尽量不中断交通或进行部分交通管制,并考虑到北引桥结构简、支桥面连续的特点,因而对支座更换施工提出了较高要求,为此采用“不中断交通,纵向逐墩、横向同步顶升”的方式对北引桥30 m和50 m T梁支座进行更换。桥墩处横断面见图1。
2 顶升施工基本要求
2.1 顶升前后的桥梁检查
顶升施工之前必须对顶升梁段及其相应的上下部结构进行全面检测[1],以了解桥梁结构现状,避免已有病害影响到顶升施工的安全;另一方面支座更换施工结束后也需全面检测,以判断顶升施工是否对桥梁结构造成损伤,若有则需要采取相应的维修措施。
2.2 顶升安全性要求
桥梁顶升是一项安全风险较高的工程,实施中必须保证顶升施工过程结构的安全,顶升过程中的安全性包括结构的安全性、设备的可靠性及施工操作人员的安全[2]。
2.2.1 结构整体安全
江阴大桥北引桥采用装配式预应力混凝土简支T梁桥,同一跨内的梁体之间横隔板采用湿接头方式连接,各联内梁体结构简支、桥面连续。在顶升过程中,各千斤顶位移必须同步,避免对结构造成损伤。
2.2.2 顶升着力点局部承压验算
由于在顶升过程中,梁体和盖梁顶升着力点存在应力集中,该处需要专门的加强设计,保证构件在顶升过程中不会出现局部损伤。
2.2.3 墩柱及盖梁的安全
顶升过程中,由于支座反力作用位置改变,墩台和盖梁受到的内力可能发生变化,须考虑该变化所带来的不利影响。
2.2.4 施工安全
顶升施工采用的是计算机控制同步顶升系统,还布置了结构安全监控系统,但为了确保万无一失,在梁体顶升过程中还配备了不同厚度的安全钢垫板和螺杆式千斤顶作为临时支撑进行安全防护。另外,还要关注施工过程中交通、高空作业、脚手架防护、用电等安全问题。
2.3 顶升施工方案的可行性要求
桥梁顶升施工是对既有桥梁的维修或改造,故存在千斤顶的尺寸、顶升吨位、数量、安放位置,施工操作空间以及是否需要中断交通等诸多约束条件,顶升方案须具有良好的可实施性。
另外,千斤顶的油压达到预定值时需要一定的反应时间,并且冲击荷载对千斤顶油缸会造成损伤,基于顶升过程的安全以及顶升设备正常工作的要求,还需要考虑交通影响因素。
3 顶升施工方案的实施
3.1 顶升实施方案及其步骤
本次针对北引桥的桥跨结构采用“不中断交通,纵向逐墩、横向同步顶升”的方式更换支座。即在本次更换支座过程中,沿着纵向逐一对各墩(台)上的支座进行更换,而各墩(台)上所有支座更换必须采用同步顶升(落梁)的方式进行。需要强调的是,过渡墩上各支点也必须同步顶升,以免顶升时在伸缩缝处形成高差,引起跳车以及损坏伸缩缝内位移箱,进而影响行车及施工安全。
具体施工步骤为:施工准备→布置顶升支撑点→安装千斤顶及同步设施→布设纵、横向限位装置→设置监控系统→交通管制(若有必要,考虑车辆限速)→分级整体同步顶升梁体→顶升就位后,安装预制好的临时支撑→调整临时支撑高度,使其与梁底紧密接触→支座更换施工(取出旧支座、梁底调平等)→放置新支座,调整(降低)临时支撑至预定高度→首次分级整体同步落梁至预定标高(梁底原标高+支座压缩量)→梁底调平材料完全固化后,再次分级整体同步落梁至原有标高处→全面恢复交通。
3.2 顶升设备
桥梁同步顶升是一项技术难度大、安全风险高的工作,同步液压顶升系统是关键。本工程选择美国ENERPAC公司研制的PLC计算机控制同步顶升液压系统,该系统配备了高精度的压力传感器和位移传感器,具有自动报警功能,并实时显示顶升力值和顶升高度,能够实现位移同步;自动化程度高,具有智能监测和控制的能力,能够通过计算机对各液压缸的压力和位移进行实时监测和动态调控;在达到预先设定的行程或负载限制时自动锁定;配置的千斤顶具有自锁功能,当油路发生故障时,能自动锁定,保持千斤顶油压不降。
3.3 顶升临时支撑点布置
由于本次选择了常州东南特种技术工程有限公司引进的直径21.6 cm、高10 cm、150 t顶升力的超薄型千斤顶,各墩台盖梁顶面有足够的空间来满足千斤顶布置要求,因此将千斤顶和临时支撑靠近原支座顺桥向一前一后布置(见图2),充分利用墩台及其盖梁的构造特点即可实现顶升平台和操作条件。
3.4 顶升(落梁)控制
3.4.1 顶升高度控制
本次同步顶升高度控制在3 mm以内,但同一墩台上的支座间顶升高差应控制在1 mm以内,顶升施工不可超过预定高度。
3.4.2 落梁标高控制
为了保证梁体调平质量,本次落梁分2个阶段进行。第1阶段落梁至预定标高,该标高(H1)为梁底顶升前高程(H0)加上支座的压缩量(Δh),即H1=H0+Δh;第2阶段落梁在梁底调平材料(结构胶)固化后进行,落梁至原有标高处。
3.5 桥面连续增强措施
同主梁相比,桥面连续部位的抗弯刚度较小,因此需要加强此处刚度,以保证顶升施工过程中桥面连续不开裂。主要措施是在桥面连续处各墩纵向相邻的两片主梁端部设置刚性支撑。刚性支撑与梁端接触面间需要设置1层橡胶层和钢板,以扩大接触面,同时保证钢板与主梁间接触密实,避免梁体出现局部承压破坏。
3.6 施工操作要点
3.6.1 顶升控制原则
(1)顶升高度控制原则:旧支座脱空、能取出,新支座能顺利安装为宜,不可超出预定的顶升高度。
(2)顶升过程控制原则:采用顶升力和位移双控原则,当顶升力接近梁体恒载吨位时,放慢顶升速度,缓慢顶升至预定高度。
3.6.2 试顶升要点
正式顶升前,先试顶升1 mm,然后计算机自动锁定液控阀,保持油缸压力不变,并持荷20 min,观察各支撑点情况,如果发现异常及时处理。
3.6.3 顶升及落梁过程操作要点
试顶完毕,开始正式起顶,按照每级顶升1 mm的顺序进行。梁体顶升到预定高度后,检查所有支座是否脱开,未脱开的要同步调整顶升高度直至所有支座脱开为止,并及时安装和调整临时支撑(螺杆式千斤顶),使其与梁底密贴,检查无误后方可进行后续更换支座施工操作。
落梁过程要保持梁体整体平稳,由计算机控制同步下降液压系统完成,按照每级下降1 mm的顺序进行落梁,直到梁体落实为止。
3.7 顶升过程控制要点
3.7.1 安全限位措施
由于液压缸安装的误差及顶升过程中其他不利因素的影响,在顶升过程中可能会出现微小的不均匀偏差,为防止梁体倾覆和滑移,保证桥梁顶升的准确性和安全性,需要采用有效的限位措施。限位装置应该有足够的强度和刚度,这是顶升安全控制的重要措施。
3.7.2 临时支撑设计
顶升过程应采用分级顶升,每一级行程的最大位移控制在1 mm以内,在顶升过程中,需要及时调整临时支撑高度,保证其与梁底密贴。本工程采用了螺杆式千斤顶作为临时支撑,其高度可以实现无级调整。
3.7.3 顶升过程的同步监控
对梁体顶升过程中的安全监控,本工程采用了东南大学研制的监控系统对结构应力、挠度,梁体位移、整体姿态等进行全程跟踪监测,能及时发现异常情况,并具有自动报警功能。
3.7.4 落梁后梁底标高控制
对于已建成桥梁,梁体就位后,自重作用下的内力分配已完成,因各主梁间横向有横隔梁联结,纵向有桥面连续,除了保证各片梁体在上升阶段位移一致外,还要确保落梁后各片主梁回落到原有标高处,避免强迫位移长期存在。
4 支座维修要点
4.1 支座滑动面调整
调查发现滑动支座的纵向滑动功能失效,是因为原设计将滑动支座的滑动面设置在支座垫石的顶面,滑动面易积累灰尘等垃圾,影响滑动效果。另外由于梁体在温度及制动力作用下带动支座纵向滑移,易导致盖梁及其下部结构受力不利。因此本次维修时将滑动支座的滑动面调整到主梁梁底,同时按照规范要求在梁底设置一块不锈钢钢板。
4.2 梁底调平处理
现场检查发现梁底混凝土粗糙不平,未设置不锈钢钢板,造成支座局部承压。为避免支座更换之后局部脱空,梁底须进行调平处理,同时在梁底补设一块不锈钢板。为保证钢板与梁底密贴[3],钢板与梁底面间用结构胶填充,结构胶完全固化后才能完全落梁。落梁后必须检测不锈钢钢板是否水平、钢板与支座是否密贴、支座四周是否异常,如果存在脱空、钢板不水平现象或其他异常问题,则返工重新调整,直到合格为止。
4.3 注意事项
(1)落梁前,须测量各支座处梁底标高,落梁后梁底标高必须与顶升前标高保持一致;
(2)支座拆除之前需要对支座在盖梁上的位置进行标记,新支座安装时,尽量按照原有位置安放,如果原支座位置有误,(下转第75页)(上接第64页)
通过准确测量后,重新定位;
(3)在同一墩台上的同一排支座,其横向位置成一条线,且到墩台横向中心线的垂直距离一致;在同一桥墩上的2排支座,各自与桥墩横向中心线的垂直距离必须相等,避免在支座位置出现偏心受压现象;
(4)各墩台上设置的固定支座和滑动支座必须与原设计图纸一致,不能有误和混淆,如果发现原设计有误,及时通知相关部门,采取措施进行调整;
(5)称重时,不能采用单点顶升的方式称重,同一墩台上的所有支座必须同步进行称重。
5 结语
(1)通过本次工程实例证明本桥采用“不中断交通,纵向逐墩、横向同步顶升”的方式对支座进行更换是可行的;
(2)施工所采用的计算机控制同步顶升液压系统先进、安全可靠,安全监控系统行之有效,实时监测对梁体安全顶升发挥了重要作用;
(3)梁体同步顶升更换支座需要一支经验丰富、精心施工的专业队伍;
(4)对大批量支座更换时,应采取“小范围更换成功后,再全桥推广”的策略,这样可以达到改进施工工艺,并能检验新支座质量。
摘要：以江阴长江公路大桥北引桥支座更换施工方案,介绍了支座更换的施工方法,及施工过程的控制要求,并对支座的维修要点进行了探讨,可供同类型的桥梁支座更换提供参考。
关键词：桥梁工程,支座更换,同步顶升,施工方案
参考文献
[1]JTG/T J23—2008公路桥梁加固施工技术规范[S].
[2]周明华,翟瑞兴.公路桥梁橡胶支座更换技术的探讨[J].现代交通技术,2005,2(3):52-54.
公路桥梁单墩多级同步顶升施工 篇3
关键词：同步顶升,反力值,千斤顶,单墩多级
1 线形变化情况
2009年3月工地进场例行检查时, 发现定西施工完未通车某大桥第二联桥面出现横向线形变化。经测量, 发现第二联桥面及下部高程普遍低于设计。8#墩身右侧出现多道裂纹 (只一侧, 不是墩身环向) 。8#墩前后1m左右梁底、梁体腹板位置存在裂纹, 6号、7号墩身也有较少几道裂纹。第二联桥面产生横向位移, 第一联与第二联梁体产生3.5cm错台, 第二联与第三联梁体产生9cm错台。6#、7#、9#墩身向外侧倾斜 (7#倾斜度最大为0.32%) 。单向盆式支座存在桥径向一侧靠死现象。其中第二联:6#、7#、9#墩左侧卡死, 8#墩右侧卡死。
2 纠偏加固思路
通过论证计算, 对该大桥第二联梁体竖向进行单墩分级多次顶升, 并在盆式支座底加设钢板调整桥面标高。由于施工记录丢失, 墩台沉降不能准确确定, 施工过程中主要以墩顶反力作为控制指标, 以调整各墩反力至理论反力或接近未沉降前理论反力为最终目标, 同时参考墩顶支座垫石沉降量 (沉降后与设计差) 进行顶升作业。
3 纠偏施工作业
3.1 平台搭设
施工平台的搭设, 关系到施工人员、机械设备的安全, 搭设时应根据现场情况具体搭设。考虑到本次桥梁净空较大的具体情况采用单墩搭设脚手架, 四周搭设安全网等安全设施。
3.2 横向限位块的设置
为了避免箱梁在顶升过程中侧向滑移, 在8#墩顶内外两设置横向钢结构挡块, 并采用水平向设置的千斤顶系统, 防止解除梁体约束后梁体变位加剧, 确保顶升位置的准确性和合理性。
3.3 解除梁体约束
为保证上部结构在竖向顶升过程中, 其结构处于一个自由状态下, 在进行顶升前应先解除第二联所有支座约束。在解除约束时应重点检查桥梁的现状, 做好顶升前墩顶检查记录, 应包括支座状况、梁底情况等。
3.4 设置千斤顶
千斤顶根据支反力大小设置, 采用一套单液压缸同步项升动力监控系统.该动力监控系统采用“工控机+可编程控制器+液压控制系统”组成分布式控制系统, 实现执行机构的分散控制、集中操作, 信息的集中管理, 能满足桥梁单墩顶升, 又能够对墩顶顶升点的压力、位移和应力进行实时监控。
顶升支撑位置尽量选择在原支座位置附近, 支撑位置越靠近支座, 越符合桥梁的受力。
3.5 顶升作业
1) 实测确定5#、6#墩、7#、8#、9#、10#墩顶沉降量 (桥面、支座垫石与设计差值) 。
2) 对顶升作业中计划使用的千斤顶进行编号、标定。
3) 顶升系统工作原理。顶升控制系统由液系统 (油泵、油缸等) 、百分表传感器、计算机控制系统等几个部分组成。
(1) 液压系统
液压系统由计算机控制, 可以全自动完成同步位移, 实现力和位移的控制、位移误差的控制、行程的控制、负载压力的控制;误操作自动保护、过程显示、故障报警、紧急停止功能;油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压, 从而保证负载有效支撑等多种功能。
A2F型高压柱塞泵能够稳定地为系统提供100MPa的油压 (尖峰压力值120MPa) 。在每一个顶升缸的下腔接有减压阀, 根据实测到的各顶荷重压力, 将减压阀的零背压出口压力调至比实际荷重压力低2.0MPa;即减压阀的零背压出口压力=实测到的各顶荷重压力-2.0MPa。减压阀共有三个油口;进油口、出油口、回油口, 如果减压阀的调定压力为P0, 而回油口的压力为Pc, 则出油口的压力为Po+Pc。这个组件与外部的位移传感器构成位置闭环系统, 依靠位置闭环系统可实现精确的位置控制。
为了避免Pc变化范围过大, 造成举升过快, 进油口油压每2.0MPa停一次,
在每一个顶升缸的下腔, 另接有液控单向阀和测压接头, 只要电磁阀一断电, 液控单向阀立即关闭, 确保顶升缸不至带载下滑。通过测压接头可向顶升缸内少量补油。
正常工作时, 电磁阀的电磁铁A始终通电。电磁阀的中位, 用于顶升油缸完成一步顶升时进行支垫, 当电磁阀处于中位时, 顶升缸上下腔油压均为零, 关闭液控单向阀后, 可以拆装油管。当电磁铁B通电时, 顶升缸处于空载快速回缩状态。为避免举升或回缩时速度过快, 在电磁阀的进油口接有调速阀, 它可控制顶升缸的最大运动速度。
除单向阀、压力传感器、压力表、测压接头装在千斤顶以外, 其他的元件包括控制电器组装在一个液压泵站内, 液压站与千斤顶之间用3根软管相连接, 分别是进油管、回油管、控制油管, 这样就组成了一个完整的液压系统。
(2) 传感系统
比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭环, 根据每个顶升缸承载的不同, 调定减压阀的压力, 若干个千斤顶组成一个顶升组, 托举起桥梁上部结构, 但是如果仅有力平衡, 则桥梁的举升位置是不稳定的, 为了稳定位置, 在墩顶和箱梁底部安装位移百分表, 在每组中间进行位移量的反馈, 百分表误差为0.01mm, 满足桥梁顶升位移误差。顶升位移反馈到计算机组成位移闭环, 一旦测量位置与指令位置存在偏差, 便会产生误差信号, 该信号经放大后叠加到指令信号上, 使该组总的举升力增加或减小, 于是各油缸的位置发生变化, 直至位置误差消除为止。由于各组顶升系统的位置信号由同一个数字积分器给出, 因此可保持各个千斤顶顶升同步。
通过油压泵每2MPa停顿一次, 记录出梁底百分表顶升位移, 可以进行顶升压力-位移的控制。
(3) 计算机系统
核心控制装置电脑控制系统, 采用按钮方式操作, 并通过触摸屏显示各个顶升油缸的受力参数, 还可连接打印机, 记录顶升过程数据系统安装了UPS电源, 即使意外断电, 也可确保数据和工程的安全。计算机系统是整个PLC系统的核心, 他把由监测传感系统所收集到的数据进行分析处理, 并把处理后的数据反馈给液压系统, 由液压系统调节各千斤顶油压, 而保证整个顶升系统同步性。
4) 在正式顶升前, 单独顶升测得各墩支反力。通过单墩顶升时控制油压表读数反推出墩顶反力值, 并用百分表同步记录竖向位移, 对顶升过程中的反力及对应竖向位移数值进行详细记录。从数据分析来看, 当千斤顶顶升高度为3～4mm范围时, 油压表压力不再增大而顶升位移继续增大, 这时即为梁体脱离支座瞬间。当位移达到一定值后 (3～4mm) , 油压表读数继续增大位移也继续增大, 反力与位移呈抛物线关系。通过数据分析, 可以认为当千斤顶顶升高度为3～4mm时, 梁体与支座脱离, 此时的反力为支座反力, 通过对每一个墩顶反力测量, 合计结果为整联箱梁自重。
5) 由于顶升测得总反力略小于总理论反力, 经分析认为由于混凝土容重变异、施工误差等影响, 结合位移变化情况引起反力变化的规律, 分析得出用千斤顶测试结果准确, 可依据测量结果进行纠偏施工作业理论反力值经修正后使用。以不超过10%理论反力值进行顶升反力最大控制。
6) 通过计算分析, 调试每次顶升数据, 每墩顶顶升位移不超过10mm, 最终第二联竖向沉降后顶升反力值和理论反力值基本接近, 且在理论值±3%控制范围内。顶升位移与支座点垫石反映出的沉降量比较也接近, 该状态比较理想, 顶升作业结束。对应反力与理论反力, 见表1。
kN
顶升完成后, 撤换临时支撑, 换垫完整钢板。其中8#墩顶顶升位移达50mm, 盆式支座超出锚固的地脚螺栓, 现场采用在墩顶垫完整钢板, 地脚螺栓锚固在钢板上, 然后在钢板和支座底加垫钢板与支座进行焊接, 达到固定支座效果。结束后检查顶升过程对梁体是否有损坏。
该方案顶升优点是千斤顶安置方便灵活, 不受桥型和桥下地理条件限制, 操作直接在盖梁顶面进行, 顶升位移及同步性容易控制, 施工时设备操作人员少, 施工工期相对较短。
4 其他处理情况说明
4.1 防震挡块施工情况
根据大桥平面线性变化, 对全桥防震挡块进行改造, 浇筑素混凝土将原挡块加高、加厚, 并在防震挡块与梁体之间用环氧砂浆粘接20mm×200mm×200mm矩形橡胶块。
4.2 裂纹处理情况
对于6#、7#、8#墩身及8#梁底裂缝处理, 按照要求对裂缝宽度大于0.15mm的进行结构胶压浆处理, 对裂缝宽度小于0.15mm的进行刻V字形槽并在表面粘接结构胶砂浆处理。 (裂缝宽度依据测量数据) 。
5 下一步工作计划
1) 对大桥第二联进行动、静载试验检验受力状况。
2) 在第二联桥面及墩身上设置固定点进行长期高程观测, 顶升结束后每10d测量一次, 以后根据测量数据变化再做测量频率调整, 观测周期为两年。
参考文献
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同步千斤顶顶升更换支座施工技术 篇4
苏州市中环快速路园区段工程标段六工程, 是苏州市2013年度重点工程, 沟通娄江快速路的重要节点, 全标段共计新建桥梁12座, 原有主线维护桥梁总长3108.3m跨越双阳路、312国道、沪宁高速、葑亭大道、沪宁铁路和娄江, 共109孔, 为分离式双幅桥, 共39联。为能快速、安全、高效的完成高架维护中的橡胶支座更换, 我部采用了同步千斤顶顶升更换支座施工方法, 优质高效的完成了施工任务;
2 施工工艺及方法
2.1 施工要点
2.1.1 箱梁顶升及支座更换关键技术
2.1.1. 1 顶升方法
由于本桥各联箱梁跨径不大, 单墩顶升时会在箱梁内产生较大的附加内力, 因此除娄江大桥过渡墩处的支座, 其它各联箱梁均采用一联整体同步顶升的方案;同时在整体顶升过程中加强对各相邻墩顶升位移以及箱梁控制截面应力的监测, 尽量减小各墩之间的顶升高差, 同一墩上各顶升点之间应同步, 从而确保顶升过程中结构受力安全。
2.1.1. 2 千斤顶系统
本次顶升系统采用自锁式PLC液压同步控制系统。在采用传统的顶升工艺时, 往往由于荷载的差异和设备的局限, 无法根本消除油缸不同步对顶升构件产生的附加内力, 具有极大的安全隐患。采用PLC液压同步顶升技术, 可从根本上解决了这一长期困扰移位工程界的技术难题, PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法, 这种力和位移综合控制方法, 建立在力和位移双闭环的控制基础上。由液压千斤顶, 精确地按照桥梁上部结构的实际荷重, 平稳地顶举桥梁, 使顶升过程中梁体受到的附加内力下降至最低, 同时液压千斤顶根据分布位置分组, 与相应的位移传感器 (光栅尺) 组成位置闭环, 以便控制顶升的位移和及顶升过程中梁体的姿态, 同步精度为±1.0mm, 这样就可以很好的保证顶升过程的同步性, 确保顶升时梁体结构安全。
2.1.1. 3 箱梁顶升高度和新浇垫石厚度确定
结合施工实际情况, 在兼顾梁体与支座顶面之间能够脱空, 原支座能顺利取出、垫石能凿除和重新浇筑、新支座顺利安装的前提下, 梁体整体顶升高度确定为5mm。
为确保落梁后箱梁的高程和受力状态与支座更换前的状态相一致, 首先应使支座更换前后梁底楔块预埋钢板至墩顶面的距离相等, 即:f0+h0=f1+h1。由于顶升时箱梁出现了竖向顶升位移△h, 落梁后盆式橡胶支座受力产生一定的压缩变形△s, 因此若要使得落梁后箱梁高程不出现变化, 需要调整新浇筑垫石的厚度。其厚度计算公式如下:
式中:f0———原板式橡胶支座实测高度;h0———原垫石实测厚度;f1———新更换的盆式橡胶支座高度;△s———盆式橡胶支座受力产生的压缩变形。
2.1.1. 4 千斤顶布置
根据顶升力和布置方式, 千斤顶选用两种型号: (1) 单个千斤顶的顶升力不小于100t, 油缸外径最大值按17.5cm计算, 千斤顶本体高度不大于15cm。 (2) 单个千斤顶的顶升力不小于200t, 油缸外径最大值按24.5cm计算, 千斤顶本体高度不大于15cm。
千斤顶安装时, 为了增加局部承压面积, 在千斤顶与箱梁底面、墩柱顶面接触面放置钢垫板。千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直, 以免因千斤顶安装倾斜在顶升过程中产生水平分力。垫板必须水平, 安装时采用水平尺校准水平, 并采用砂浆找平, 再加设20mm厚钢板作为垫板。如果梁底混凝土面不平整或有一定的倾斜度, 先用砂浆找平, 再安装千斤顶。同时千斤顶的上下均设置钢垫板以分散集中力, 保证结构不受损坏。千斤顶安装示意见图所示。
对于La=130cm的柱式墩, 由于墩顶空间放置100t的千斤顶, 底盘直径17.5cm, 其布置靠近柱边, 受力主要作用在墩顶边缘位置, 顶升时有可能会出现混凝土劈裂现象, 存在安全隐患, 设计采用钢抱箍作为安全储备。
本方案拟采用100t的小千斤顶, 底盘直径仅为17.5cm, 在墩顶完全布置开, 且采用12个千斤顶在墩顶横桥向支座两侧布置, 顶升力分散在12个顶上, 集中力较小, 墩顶受力较为均匀。La=130cm的柱式墩顶面千斤顶布置方式详见下图, 钢箍构造详见下图所示, 其它柱式墩顶面千斤顶布置详见附件:千斤顶布置图。
2.1.2 主要工艺及要点
2.1.2. 1 顶升前安全检查
(1) 正式顶升前必须进行试运转, 检查其同步上升情况、千斤顶有无漏油以及构件有无卡死等情况, 同时检查同步顶升时操作是否灵活方便。 (2) 对液压系统、控制器、千斤顶等顶升设备进行检查, 确保其正常运行。 (3) 在每个墩顶设置一个百分表, 调试在合适量程范围内, 并进行初读数。
2.1.2. 2 顶升箱梁
顶升过程采用顶升力和位移双控的原则, 首先在顶升系统的控制下开始称重, 当实际顶升力接近设计吨位时, 放缓顶升速度, 并由专人在顶升过程试取原支座, 使用位移传感器确认楔块与原支座刚刚脱离, 能够取出支座, 说明桥梁的全部荷载已转移至油缸上, 此时记录各点反馈的实际荷载压力及位移量。通过反复调整各千斤顶的油压, 可以使各点的压力与上部荷载大致平衡, 并能保证顶升过程中的位移同步, 则该组数据即为最终的称重结果。
2.1.2. 3 持荷施工阶段
持荷施工阶段是整个支座更换施工过程中较为重要的步骤, 主要包括七个方面的内容: (1) 取出原支座。在桥梁顶升到位后, 立即将各组自锁千斤顶锁定观测确定锁定稳定后, 进行原支座拆除, 拆除采用3T手拉葫芦将支座取出。 (2) 垫石的凿除。采用小型电动工具将原垫石拆除。并进行垫石底面整平清理。如图1
(3) 新支座安装。 (1) 新支座预埋下钢板与新支座安装。将新支座临时固结件解除, 取出支座内橡胶和垫块, 将支座钢盆和垫石预埋钢板焊接固定, 并重新组装进行安; (2) 新支座安装。a.支座位置进行测量放样, 安装时使支座中心线与垫石中心线重合。b.安装位置到位后, 通过厂家提拱支座压缩变形量控制标高并采用小型千斤顶预紧消除支座装配间隙进行安装, 支座上钢板和楔块预埋钢板焊接。c.支座下钢板和垫石竖向钢筋焊接固定; (如图2) (4) 新垫石浇筑。本阶段施工应避免对已完成顶升的千斤顶支撑系统造成影响, 新垫石浇筑前, 应进行准确放样, 精确定位垫石中心线, 中心线及新支座中心线必须与支座垫石中心线重合。垫石的施工工艺如下: (1) 采用定型小钢模板, 确保垫石模板的四周封闭良好; (2) 启动空压机, 利用压缩空气将垫石底面灰尘清理干净, 并用自来水进行充分湿润; (3) 按厂提供的水灰比, 将灌浆料充分搅均后进行垫石浇筑, 确保垫密实。 (4) 现场抽样做砂浆试块, 不间断洒水养护, 待其强度至少达到30MPa以上时再拆除模板, 再检查其密实性。如产生空洞等不密实现象必须重新浇筑, 如果表面局部有蜂窝麻面, 则用结构补压修补完整。
2.1.2. 4 落梁
落梁过程采用顶升力和位移双控, 各千斤顶同步回油。落梁前, 先解除支座临时锁定装置, 千斤顶加油, 直至可以卸除千斤顶机械锁定螺母, 再同步进行千斤顶回油。落梁过程中, 严格控制同一桥墩横桥向、相邻墩之间的同步回落。
为了确保落梁后同一桥墩各墩柱处支座受力均匀、符合原设计要求, 落梁前仍应对同一桥墩各支座垫石顶面至楔块底面的净距进行测量, 以确保各支座处净距相同。净距测量点位采用施工准备阶段所设的永久点。
2.1.2. 5 支座更换过程监控
由于梁体顶升与回落过程中结构可能产生较大的附加内力, 因此在顶升中我公司委托上海市公路工程质量检测中心 (交通部甲级试验室资质[交GJC甲042号]) , 对梁体控制截面的位移、应力和裂缝情况等进行监测。顶升施工监控的原则是位移和应力双控。
(1) 顶升过程立柱受力验算。混凝土构件局部承压验算计算公式见下式所示, 左式为顶升力, 右式为局部承压承载力。
(1) La=1.3m立柱、支座φ=900×184mm。该类型立柱的最大恒载支反力为4315k N, 顶升力取为1.2倍的支反力, 最大顶升力γ0Fld=5178k N。
满足规范要求。
(2) La=1.4m立柱、支座φ=1000×184mm。该类型立柱的最大恒载支反力为6850k N, 顶升力取为1.2倍的支反力, 最大顶升力γ0Fld=8220k N。
满足规范要求。
(3) La=1.6m立柱、支座φ=1000×184mm。该类型立柱的最大恒载支反力为6550k N, 顶升力取为1.2倍的支反力, 最大顶升力γ0Fld=7860k N。
满足规范要求。
(4) 顶升时墩顶实体单元应力分析。La=1.3m、支座直径φ=900mm的立柱顶部布置12个100吨千斤顶, 其计算的最大压应力为15.3MPa, 最大拉应力为-1.85MPa, 应力云图详见图所示;La=1.3m、支座直径φ=750mm的立柱顶部布置6个200吨千斤顶, 其计算的最大压应力为15.9MPa, 最大拉应力为-1.85MPa, 应力云图详见图所示。
(2) 各墩顶顶升位移不同步情况下箱梁应力和支反力变化量。为了解顶升位移不同步对箱梁应力变化的影响, 分别计算了边墩比中墩顶升量高5mm和10mm以及中墩比边墩顶升量高5mm和10mm几种工况条件下的梁体应力情况, 从计算结果来看, 顶升位移不同步10mm情况下, 箱梁最大的应力变化仅为0.48MPa, 影响并不大, 说明只要将顶升位移不同步情况控制在5mm以内, 结构受力是安全的。
(3) 位移监测。各顶升点处的顶升量应严格按照设计要求进行。在箱梁底板两侧设置百分表, 顶升时通过百分表的读数控制顶升量并控制梁体的转动。顶升过程中, 要确保同一墩顶百分表的读数变化应一致;同时为防止施工过程中碰到百分表导致读数有误, 分别在墩顶四角位置设置固定观测点, 采用游标卡尺进行测量, 并和百分比读数相互校核, 并为新浇筑垫石厚度计算提供数据。具体测点布置详见图所示。
(4) 应力监测。应力监控主要是在顶升、持荷和梁体回落过程中对关键截面 (支点、跨中截面) 监控, 将实测应力数据与理论计算数据进行比较。如果施工过程中出现实测与理论值差异较大的情况, 应立即停止施工, 查找原因并及时调整。
应力监测采用振弦式传感器和配套的读数仪进行测量, 具体测试截面和测点布置详见图。
(5) 裂缝监测。裂缝观测主要对受力关键截面的裂缝开展情况进行观测。施工前, 对箱梁已有裂缝进行长度、宽度的测量, 并作好记录。裂缝观测截面的选择与应力监测截面相同。在顶升过程中, 应对原有裂缝观测其宽度及长度的变化情况, 并检查有无新增裂缝, 做好裂缝性状的记录与分析。裂缝主要采用裂缝观测仪进行观测, 见图所示。
(6) 监控预警机制。为避免监控单位在发布预警报告时不分轻重缓急, 监控采用二级预警机制, 即分别为一般预警和紧急预警。
一般预警的主要目的是把监控过程中发现的一些问题和异常情况及时传递给各方, 提出相应的改进建议, 合理的指导支座更换施工, 以便更好的控制支座更换施工质量, 并确保结构受力安全, 主要在以下几种情况下发出: (1) 当各墩之间的顶升高差超过1mm时; (2) 同一墩顶横桥向两支座顶升高差超过0.3mm时; (3) 当箱梁控制截面实测应力变化量的平均值小于0.8计算值或大于1.2计算值时; (4) 当检查发现箱梁梁体出现有裂缝时; (5) 当发现现场施工流程有误或存在其它不合理的操作时。
紧急预警是当通过监测数据发现结构有重大安全隐患的时候发出, 主要有以下几种情况:a.箱梁控制截面测试的拉应力值超过规范允许值-2.44MPa时;b.当各墩之间的顶升高差超过5mm时;c.同一墩顶横桥向两支座顶升高差超过1mm时;d.当发现梁体出现受力裂缝, 且裂缝长度、宽度等不断发展, 处于不稳定状态时;e.墩顶混凝土出现开裂时;f.顶升过程中箱体出现异常声响, 致使结构出现崩裂时;
一般预警的报告流程为:监控单位以书面形式写明情况, 并分析原因和提出改进建议, 交给监控领导小组的业主代表, 由业主下发总监办, 并由总监办监督施工方遵照实施。
紧急预警的报告流程为:监控单位以电话形式报告给监控领导小组组长 (并在24小时内补充书面形式) , 由领导小组组织召集各方开会, 研究和商讨处治方案。
3 效益分析
(1) 经济效益。本工法与其它顶升方法相比, 减少了临时支撑的搭设, 按照本项目为例如果采用其它顶升方法进行施工, 共计需要支座更换的90个墩, 平均每个墩身搭设临时支撑成本按照6000元计算, 可以节约成本45万元, 经济效益明显。 (2) 社会效益。 (3) 缩短工期, 降低了工程成本。 (4) 安全性高, 最大程度的确保了梁体本身的结构安全和施工过程的安全性。 (5) 整个施工工艺易于掌握, 容易提高生产工人施工的熟练程度, 便于施工队伍建设, 为企业带来无形的经济效益。
4 结语
综上所说利用PLC液压同步控制系统, 使千斤顶同步工作, 整体抬升梁体, 保证抬升梁体的整体稳定, 避免受力传递的相对集中, 最大程度的消除由于不同步而产生的附加内力, 规避对梁体的二次破坏, 保证结构安全;千斤顶由大化小, 化整为零, 最大限度的利用梁体与墩身之间的狭小空间, 采用自锁式超薄液压千斤顶, 将原有墩身作为反力支撑体, 不需另做支撑体, 同时也规避了新做支撑体而导致的不均匀沉降问题, 且大大提高了顶升的安全性。为需要支座更换的桥梁积累了一定的施工经验。
摘要：本文以苏州中环快速路园区段娄江立交主线老桥为例, 对同步千斤顶顶升更换支座施工技术作了简要的概述。
PLC同步顶升 篇5
1 工程概况
京九铁路K983+854跨线立交桥为孔径13 m+16 m+13 m钢筋混凝土T形桥, 双柱式桥墩, U形桥台, 根据测量结果, 桥梁净空6.4 m, 不能满足双层集装箱运营条件。经现场质量评估, 该桥主体结构功能良好, 目前的技术状况等级评定为二类, 需进行小修, 可以继续使用。若采用拆除老桥, 在原址或者另选新址重建一座桥梁的施工方法, 工期长、成本高, 对周边环境、交通影响比较大。后经认真分析比对, 参考业内同行的成功经验, 决定采用同步顶升的方法, 将桥面整体抬高, 以满足双层集装箱运营条件。
2 顶升过程的控制 (PLC系统)
桥梁采用PLC液压同步顶升控制系统作为顶升工具。该系统具有以下优点:1) 具有良好的Windows用户界面。2) 整体安全可靠, 功能齐全。软件功能:该系统具有位移误差的控制、行程控制、负载压力控制、紧急停止功能、误操作自动保护等。硬件功能:油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压, 从而保证负载的有效支撑。3) 所有油缸既可同时操作, 也可单独操作。4) 同步控制点数量可根据需要设置, 适用于大体积建筑物或构件的同步位移。5) 顶升过程中同步性很好。
采用PLC控制体系, 充分的保证了桥梁在顶升过程中的整体性, 对应梁体不存在任何的损坏, 使整个顶升过程在结构安全和操作安全上得到了更为充分的保障。
依据有关设计图纸及有关资料计算出桥梁的支座反力后, 对该桥的控制区域划分为6个区域。该划分主要考虑到桥体结构对称分布和同步顶升系统的标准产品的控制点为6个。控制点的划分原则是保证顶升过程可靠 (特别在同步性和桥体的姿态控制上) , 同时每个控制区域设置一个位移传感器来控制位移的同步性。根据桥梁的结构计算分析, 位移同步精度控制在0.005 m。每个区域的液压缸通过液压管路串通实现液压同步。6个位移传感器与中央控制器相连形成位移的闭环控制, 从而实现顶升过程中位移的精确控制。
考虑桥梁的纵向长度和横向长度, 为达到最优化液压系统布管方案, 在每个控制区域设置一个电动泵站提供油源。每个电动泵站供应本区域液压缸的动力, 以使液压软管的长度为最短。6个电动泵站由中央控制器统一控制。
通过6个液压泵源分别为多个液压缸提供液压动力源, 驱动桥梁做上、下移动。
通过一个控制器接收和处理装在各组液压缸附近的位移传感器或接在各组液压缸液压油路内的压力传感器所发出的信号, 并将这些信号同允差值进行比较。控制器在处理这些信号后, 指令某一液压油路中的控制阀动作来控制油流入相关的液压缸, 以达到调整误差的目的。
整个液压同步控制提升系统通过这一闭环锁链式反馈系统, 启闭系统内各组液压缸的运动, 来达到整个液压同步控制提升系统在桥梁顶升运动中同步的目的。其控制系统流程示意图见图1。
3 桥梁同步顶升工程的控制重点
3.1 顶升前的桥梁状态检测及荷载试验
1) 桥梁状态检查。
外观检查, 需查明主体结构裂缝的分布情况、伸缩缝的工作状态以及外露钢筋的锈蚀等。混凝土强度、混凝土碳化深度测量, 是指通过测量旧桥的混凝土强度、混凝土碳化深度, 继而评定混凝土桥梁结构的耐久性。
2) 荷载试验。
静力荷载试验主要针对桥梁的控制截面, 即最大正弯矩和最大负弯矩截面, 进行等效弯矩加载, 测试控制截面的应力和挠度, 评定桥梁的承载能力。动力荷载试验在于了解桥梁结构的动力性能, 确定结构的动力系数。为桥梁顶升前、后对桥梁的结构状态是否出现变化做到客观真实的反映。
3.2 桥梁同步顶升的安全控制设计——限位措施
桥梁在顶升过程中处于飘浮状态。由于液压缸安装的垂直误差及顶升过程中其他不利因素的影响, 在顶升过程中可能会出现微小的水平位移。为保证桥梁顶升的准确性和安全性, 分别采用纵横两个方向的限位控制 (见图2) 。限位装置应有足够的强度, 并在限位方向有足够的刚度, 这是顶升安全控制的重要措施。
在该桥的顶升施工过程中, 桥梁曾出现了细小的纵向位移, 限位装置对桥梁姿态的保证起到了关键的保护作用。
3.3 桥梁同步顶升的临时支撑设计
根据桥梁现状情况和受力分析计算, 充分考虑各种不利因素的影响, 在两侧桥台处根据设计图纸要求各布置4台100 t千斤顶, 在每个桥墩柱的盖梁旁布置8台100 t千斤顶。共需24台千斤顶, 这样桥墩台处可提供2 400 t的顶升力, 完全满足顶升需求。再加2台备用千斤顶, 全桥共需千斤顶26台, 并在每个千斤顶下布设临时钢支撑, 便于分级顶升过程中的检测与调整。
在分级顶升过程中, 千斤顶的每一级行程有限, 每一级行程控制在0.15 m。为了满足液压缸的分级置换以及置换时的临时支撑措施要求, 专门设计了配套的钢垫块, 每一层钢垫块通过ϕ20螺栓进行有效连接, 保证钢垫块的设计可靠与牢固。
3.4 桥梁顶升过程的同步监测
桥梁的同步顶升是分级完成的, 对桥梁的整个运动轨迹、整体姿态、结构应力等的监测是至关桥梁结构安全的重要环节。
整个监测过程可由分级顶升、临时支撑放置、支承垫石施工、落梁等过程组成。监测内容主要包括桥梁的整体姿态监测、位移监测、结构内力监测等。
桥梁的顶升过程, 实际上就是控制桥梁姿态的过程。在桥梁上布置多个特征点, 通过监测各特征点实际到达的位置与预期位置的逼近程度, 可以判断和控制顶升过程。
1) 光栅尺的位移控制。在6个控制区域均设置一个光栅尺控制位移的同步性。根据对桥梁的结构核算, 位移同步精度控制在0.005 m。光栅尺体固定于梁体上, 读数头固定于桥墩、台上, 光栅尺量程为1.50 m。6个光栅尺形成对桥梁整体姿态的控制重要因素之一。2) 特征观测点标高监控。监测在顶升过程中桥墩及桥台处的沉降情况。桥梁特征点标高主要用于顶升过程中的同步复核测量, 以便光栅尺出现故障时能够及时发现问题, 从而保证顶升过程中桥梁的整体姿态。3) 应变片的结构内力监测。合理评价顶升过程中结构内力变化的影响因素, 以便及时、主动地采取措施降低或消除不利因素的影响, 为确保桥梁结构的安全竖起了一道保护屏障。
4 结语
桥梁整体顶升相对于拆除重建新桥既经济, 又极大的缩短施工周期, 对铁路和公路运输影响小, 而且安全可靠, 只利用列车运行间隔时间进行顶升, 同时对环境的污染也是最小的, 无论从建筑垃圾、噪声扬尘, 还是水电的消耗都远远低于重建所造成的污染和破坏。更重要的是, 为今后的旧桥改造开辟了新径。同步顶升技术在旧有桥梁顶升工程中的成功应用以及本文中介绍的同步顶升技术在桥梁顶升工程的应用实例及顶升过程中的一些控制重点, 也为今后类似顶升工程积累了宝贵的经验。
摘要：结合京九铁路电气化改造工程建设中对既有铁路跨线桥进行整体顶升实例, 介绍了同步顶升技术在桥梁顶升工程中的具体应用及顶升过程中的一些关键问题, 说明了桥梁整体顶升技术可以应用于既有线改造, 对同类工程中应用此项技术时有较高的参考价值。
PLC同步顶升 篇6
关键词：桥梁同步顶升,改扩建,应用
1工程概述
连霍高速公路洛阳至三门峡段于2001年建成通车, 为双向四车道, 设计行车速度100Km/小时。随着国民经济的飞速发展, 车流量迅速增加, 日交通量达到40000辆, 原有高速时常出现拥堵状况, 已远远不能满足车辆通行要求, 改扩建迫在眉睫。310国道跨连霍高速分离式立交桥为一联四跨预应力混凝土连续箱梁, 桥跨组合为25.85+32+32+25.85m, 桥宽为0.5+14+0.5m:下部结构为钻孔灌注桩基础, 桥台为两桩盖梁结构, 桩径1.5m, 桩长35m。中间为单桩独柱墩, 柱径1.5m, 桩径1.8m, 桩长50m。顺桥向坡度为1.3%。由于原设计标准较低, 桥下净空既不能满足原下穿高速公路正常运营的要求, 更不能满足改扩建后高速公路的通行需求, 梁底局部存在刮擦的情况。原设计方案为拆除重建, 但经现场勘查, 提出采用整体顶升的方案解决这个问题。顶升方案如下:4#台顶升1.5米, 0#台保持现有标高, 顶升完成以后顺桥向坡度变为0。
2同步顶升方案
(1) 各墩台处顶升荷载的计算及千斤顶的配置
桥体横断面如下图所示。
0#、4#桥台处实心段长度为2.25m, 2#、3#、4#号桥墩处实心段长度为3m。钢筋混凝土容重选25KN/m3, 实心段、空心段均布荷载分别为:328.25KN/m、168.525KN/m;桥面铺装及路面按10cm厚钢筋混凝土折算, 均布荷载为37.525KN/m。
采用结构力学求解器计算, 计算见图如图2。
求的剪力包络图如图3。
各墩台处支座反力及千斤顶 (均再用200吨千斤顶顶) 配置如表1所示。配备相同数量的临时钢支撑, 钢支撑全部采用Ф609、壁厚16mm钢管。
(2) 各墩台处顶升高度的计算及顶升流程
本顶升工程为调坡顶升:4#台顶升1.5m, 0#台保持现有标高不变。在顶升过程中各墩台处必须时刻保持速度与位移量比例顶升, 以保证预应力连续梁体在顶升过程中整体形态不变, 绝对避免不均匀顶升造成梁体的破坏。如图4所示。
按桥跨计算各桥墩顶升高度如下:
1号墩顶升高度:undefined
2号墩顶升高度:undefined
3号墩顶升高度:undefined
本顶升工程中常拟采用的千斤顶为200吨千斤顶, 最大行程140mm, 应用中工作行程为100mm, 即可以保证千斤顶在顶升过程中不因出顶过大而突然失压, 又可以配合100mm的标准垫块。4号台每次顶升高度为100mm, 整个抬升过程分15次个顶升循环完成, 1、2、3号墩每次分别顶升高度为:22 (23) mm、50mm、78 (77) mm。如表2所示。
在顶升过程中始终保持各墩台处顶升累计顶升高度与理论需要顶升度间的误差保持在1mm之内, 防止过大附加应力的产生。
(3) 水平投影的变化及其对伸缩缝的影响
水平投影长度的变化调坡顶升中不可避免的一个问题, 如果梁体初始坡度较大, 且顶升高度较大时, 水平投影的变化可能会使伸缩缝的宽度变化较大, 严重时会涉及后期伸缩缝改造问题。
下面对本工程中的水平投影的变化值进行计算。
该顶升梁体总长度为115.7m, 初始坡度1.3%, 顶升完成后坡度变为0, 计算如下:
梁体实际长度为:
顶升后坡度恰好为0, 水平投影伸长量为:
L=115709.7-115700=9.7mm
对顶升完成后4号台处的伸缩缝影响不大, 不影响桥梁的后期运营。
(4) 顶升控制点的布置
梁体为预应力钢筋混凝土连续结构, 顶升时各墩台处必须实现速度与位移的比例顶升, 避免强迫位移的出现。
1—3#桥墩各布置一个监控点, 4#台处布置同支座数量的两个监控点。如图5所示。
(5) 墩台接高
顶升最后一步各墩台处按比例超顶2—10cm, 以便墩台接高, 接高完成且接高混凝土达到设计强度后整体落梁就位。
桥台接高:将原盖梁顶面凿毛并植筋, 绑扎钢筋浇筑混凝土进行接高。
桥墩接高:将柱头混凝土凿除, 将原钢筋弯起部分切除并保证竖向钢筋露出至少6倍植筋, 全部采用机械接头接长钢筋, 并采用同原来一样的模板立模浇筑接高混凝土。
墩柱接高部分采用较原结构高一等级的混凝土进行浇筑。
(6) 支座更换
顶升完成后检查原支座, 如需更换, 在墩柱接高完成后直接安装新支座。
如果顶升部分有需要更换的支座, 落梁完成将0#台土方开挖至盖梁处, 检查其支座是否需要更换, 如需更换在0#台安装超薄千斤顶, 实施全桥同步顶升进行该桥台处的支座更换。
3结束语
PLC同步顶升 篇7
随着我国经济的快速发展,近年来,铁路客运专线建设日益增多,站房建设随之加大,目前大部份的站房采用大跨度钢结构网架体系。为了缩短施工工期,采用立体作业方式,候车大厅地面施工和屋顶网架安装同时进行。将屋顶网架分割为多块,在一端先将一块网架拼接成形,然后向另一端滑移。网架滑移到位后需要将其顶升一定高度,将滑移施工使用的临时支撑体系和滑移设备拆除,拆除完成后网架缓缓下落,安装到抗震支座上。顶升、落架过程采用液压同步控制。
2 系统组成
同步控制是一个综合了力学系统、液压系统、电控系统、计算机控制的大系统。各个子系统在程序的控制下实现顶升、张拉、滑移等工艺要求。同步控制同时也是施工工艺的具体反映,它将复杂的同步控制流程通过计算机的强大的计算功能应用到实际的工作中。液压同步控制系统共分4部分,即:控制软件、总线通讯(数据报文的设定和拓扑结构)、数据采集单元(包括数字量输入输出和模拟量输入输出)、执行装置(液压单元)。系统结构如图1所示。
同步控制系统的性能主要包括:(1)数据处理的实时性,要求系统能实时地监视各个点的位移数据;(2)较强的纠错能力,系统需要有智能纠错能力,对操作的误操作及时地提示;(3)通讯自动修复能力,现场中的人为造成的通讯断开,待硬件连通后,需自动连接。
2.1 总线通讯
本系统是基于现场总线的控制系统,即FCS。采用CAN总线,它是目前应用比较广泛的现场总线之一,是一种多主方式的串行通信协议。其特点是高位速率,高抗电磁干扰性,自检产生的通讯错误。最高传输距离10km。CAN总线细分为3层,即应用层、数据链路层、物理层。CAN总线接线简洁,只需要CANL和CANH两条线,线的两端加终端电阻,各个节点并行连接。如图2所示。
CAN报文提供4种帧类型[1]:
数据帧:包括标识符和0～8字节数据,用于将数据从发送器发送到接收器。
远程帧:只有标识符,CAN协议对远程帧作用的定义是发送节点请求接收节点传送指定标识符的数据帧。在实际应用中,接收节点是否回发数据帧由接收节点的软件决定。
错误帧:用于标明一个节点检测到了总线/网络故障。
超载帧:在帧的发送间隔之间提供一个延时以控制数据流。
CAN总线初始化是一个不断发送数据帧、返回数据帧的过程,所有的系统故障都包含在返回的数据帧中。如图3所示。
本系统采用CAN总线中的i CAN协议标准建立通讯网络及通讯协议。数字量输入输出为8位,模拟量为16位。设备与地址的对应关系如图4所示。
系统采用主从通讯模式,主站在发送数据前要发送功能码和数据,从站根据功能码来判断是否响应请求。如图5所示。
2.2 数据流程
操作员发出操作指令,通过总线传送至下位机(从站控制器)。从站控制器将信号放大,驱动液压泵站上的电磁阀,使电磁阀产生动作,使油路打开。液压缸伸缩带动钢结构体。在液压工作的同时,位移传感器和压力传感器将位移和压力值转化为变化的电压信号传送至从站控制器。从站控制器将电压信号通过A/D转化,变为数字量信号。通过总线传送至上位机(主站控制器),上位机负责处理反馈的数据量,从而自动调整输出命令,实现同步张拉和提升。数据流如图6所示。
3 主控软件
3.1 主控软件的组成
控制软件是系统的核心,所有的操作和控制算法都通过主控软件来实现,软件系统包括6个模块:主站设定模块、从站设定模块、参数设定模块、运行/调试控制模块、界面模块、帮助。采用VS2010开发环境编写控制代码,按照i CAN通讯协议(波特率、数据位、起始停止位、报文格式)收发数据。下位机实时地向上位机发送数据报文。上位采用定时器方式读取报文内数据,定时器的设定时间由操作员根据误差精度设定。软件界面如图7所示。
1)站点操作:包括CAN总线通讯参数设定,连接状态检查和启动/停止总站控制器。CAN总线的传输速率和传送距离成反比,为了达到最佳的通讯状态,需要根据不同的现场情况来设定CAN总线参数,系统初始化时有默认的参数。主站与从站间的每次通讯前都要检查握手连接状态,以保证数据的正确传送,当发送请求失败时,系统会根据返回的功能码,提示失败原因,方便操作者解决问题。
2)参数设定:根据实际的工况设定工作参数,如设定位移的误差范围,设定压力差范围。施工过程中的各项数据(顶升过程中的压力位移值)按时间循序存储在计算机里,存储的时间间隔由操作员设定。
3)站点选择:为了提高软件的通用性,操作者可以根据工程需要选择控制点数。选择的控制点数需和硬件对应,如果控制点数大于硬件数量,系统会提示错误,直至操作者正确地选择硬件点数和控制点数。
4)运行/调试:顶升设备在安装过程中需要对每个点进行调试,在整体控制时采用同步控制。所以软件系统设定了两种工作模式。
5)数据存储:在显示器上显示各个张拉点的数据变化,包括各个点的位移量、压力值,每点液压缸的工作状态,操作者可以将所有数据存储到计算机中。
6)帮助:提供软件的操作说明和热键设置。
3.2 同步控制算法
计算机控制系统的控制算法和控制策略是保证同步顶升的关键技术。由主控计算机设定顶升速度,通过位移传感器或压力传感器测得各个作用点的位移值和压力值,通过总线反馈到计算机控制软件系统,这就构成一个闭环的控制,保证了各个作用点的同步性。不同的工艺要求不同的控制策略,主要分为位移控制和压力控制[2]。在同步顶升过程中,要求各个顶升点以相同的速率出缸,以保持被顶升钢结构网架形状稳定。所以顶升过程中设定位移值为控制参数,压力值为辅助参数。当位移值很大而压力值变化很小时,需调整工装。同步控制算法如图8所示。
4 顶升施工
南京南站站房屋盖网架结构平面投影为矩形,中间局部略高,最高点高度为58.164m,最低点高度为41.200m,倾斜角度约6°。四周悬挑于柱外,其中南北端悬挑达30m。网架南北方向长度451.200m,东西方向最大宽度为210.650m。网架厚度在0m～7.414m间均匀变化。钢结构重量约为0.8×104t,钢构件总数量约3万余件。屋盖网架结构采用两向正交正放网架结构,支撑采用周边与中间点支撑相结合的支撑方式。屋盖网架由南向北分为11块,滑移部分为9块,其中最大块为H3,重量约1200t。如图9所示。
顶升落架在4条滑移轨道上完成。两侧1轨、8轨道各布置4个顶升点,共8台60t千斤顶。中间3轨、6轨道各布置5个顶升点,共10台100t千斤顶。顶升过程要求36台千斤顶以同一速度出缸,每个顶升点两侧的千斤顶出缸量之差小于5mm,顶升点间高度之差小于10mm。拆除滑移设备和工装需顶升130mm,H3网架是9块滑移网架中重量最大一块,顶升过程在40.4m高空进行。将顶升分为4步进行,每步顶升高度分别为20mm、30mm、40mm、40mm,每步结束后需测量网架情况,确认正常后进行下一步。顶升、落架过程由计算机控制,保证各个顶升点同步出缸。顶升流程如图10所示。
5 结论
液压同步顶升控制系统已成功应用于南京南站屋盖网架施工。采用计算机控制可以缩短顶升和落架时间,简化了施工工序。整个顶升过程约为10min。控制系统各个部分运行稳定,数据传输准确,操作简便。
摘要：在大跨度、大空间结构建筑的施工过程中,液压同步控制技术得到了越来越广泛的应用。为了达到控制精度高、响应速度快和布线简单的要求,系统采用基于现场总线的液压同步控制技术。阐述了基于总线技术的液压同步控制顶升系统的设计,以及在大型钢结构滑移顶升卸载中的应用。
关键词：现场总线,控制系统,整体顶升
参考文献
[1]周立功.iCAN现场总线原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.