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桥梁同步顶升液压同步控制系统

时间:2022-04-30     作者:普朗特液压扳手【转载】   来自:普朗特液压扳手   阅读

本文重点介绍桥梁同步顶升液压同步控制系统,已经的案例为南河特大桥液压同步顶升,

依托南河特大桥整体顶升施工,研究长距离组合箱梁整体同步顶升施工技术,其中顶升过程中应用力均衡多点变频调速顶升控制技术、主动施力静压支撑机械保护顶开自动控制技术、整体顶升长距离控制系统等,通过钢筋混凝土抱柱梁托换方式,利用主动顶和随动顶及 PLC 液压多点同步顶升控制系统对桥梁进行整体顶升,使桥梁达到设计高程。


近年来,随着经济发展的需要及顶升技术的提高,越来越多桥梁顶升技术被应用于桥梁改造工程中。 桥梁顶升技术在国内桥梁改造和支座更换中应用较广,且对桥梁液压同步顶升有初步的研究和小规模工程的应用,但欠缺对跨数多、长距离组合箱梁的研究,且组合箱梁形式的变化和各墩受力特点不同,影响整体顶升同步性,过程控制要求和纠偏标准高。

一、工程概况

南河特大桥位于宁杭高速公路溧阳段与芜申线运河交叉处,于2003 年建成通车。桥位段高速公路处在8500m 半径的圆曲线上,高速公路设计速度120km/h,双向6车道。北引桥纵坡为1.570% 上坡,南引桥纵坡为 1、570%下坡,桥梁处竖曲线半径20000m,路桥分界填土高度约 6. 5m,桥跨布置为10×25m 组合箱梁 + 130m 钢管混凝土系杆拱+4 ×25m 组合箱梁+(2×20+18+14)m 现浇连续箱梁+4×25m 组合箱梁,组合箱梁为先简支后连续结构,桥梁总长 659. 44m。 由于桥梁航道净高不满足三级航道通航要求,需整体顶升 2. 16m[1] 。

2、组合箱梁整体顶升施工技术

2.1 安全系数确定

为保证安全,组合箱梁引桥每个桥墩的液压千斤顶和随动千斤顶总吨位安全系数均>1. 8,由于各千斤顶持力部位刚度不同,在千斤顶初加载阶段,应调整各千斤顶顶力接近目标顶力,并保证对称的千斤顶顶力一致[2] 。采用 Midas Civil 2015 对引桥4×25m上部结构建立结构离散模型,划分100个单元、101个节点,支点位置节点编号为 1,26,51,76,101。 计算几何模型如图 1a 所示。 采用 Midas Civil 2015 对引桥 5×25m 上部结构建立结构离散模型,划分125个单元、126 个节点,支点位置节点编号为 1,26,51,76,101,126。 计算几何模型如图 1b 所示。

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采用 Midas Civil 2015 对引桥(20+20+18+14)m连续箱梁上部结构建立结构离散模型,划分72个单元、73个节点,支点位置节点编号为1,21,41,59,73。计算几何模型如图 2 所示。

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采用PLC液压多点同步顶升控制系统控制顶升,以位移控制为主,顶升力控制为辅。顶升前设置位移监控点,顶升过程中采用随动千斤顶跟随保护,确保顶升施工安全。


2.2组合箱梁千斤顶布置及分组

当桥梁基础设置承台时,一般以承台作为顶升反力基础,当未设置承台时一般依附于钢筋混凝土抱柱梁,作为顶升反力基础;当桥梁下部结构设有盖梁时,可利用盖梁作为顶升受力点,当盖梁宽度范围内不足以安装千斤顶时,可浇筑钢筋混凝土上抱柱梁作为顶升受力点;当下部结构未设置盖梁时,以梁底对应的横隔梁实心部位作为受力点。 根据以上原理,组合箱梁引桥顶升采用6种托换形式,分别为A~ F 类。其中A~ E 类墩采用上下抱柱梁顶升,单幅单个桥墩采用8台200t 液压千斤顶和 4台 400t 随动千斤顶;F 类桥墩采用支撑于桥台直接顶升,单幅单个桥墩采用 4台400t 液压千斤顶和4台400t 随动千斤顶。单墩千斤顶分组及控制线路布置如图3所示。各墩顶升力安全系数如表 1所示


每个墩台周围布置的液压千斤顶以顺桥向结构中心线为界分2 组,同组千斤顶间通过液压联通,同一顶升施工段内各组液压千斤顶分别连接工控泵站。 每组千斤顶附近对应安装 1 组位移传感器。泵站及传感器分别与控制中心相连,顶升过程中各位移传感器实时将位移数据传至控制中心,控制中心通过计算机程序实时比较分析位移同步偏差,并根据比较结果调整泵站对千斤顶的供油速度,以调整各组千斤顶的顶升速度,并保持所有同步控制点位移同步,以实现多点同步顶升控制。当控制点位移累计偏差接近设计规定的上限时,单独顶升修正偏差较大的点,PLC 液压多点同步顶升控制系统既可以进行多点同步顶升,也可仅顶升部分控制点。


顶升液压千斤顶分组如下:桥北岸共用11台2点泵站,共22个控制点,均采用位移闭环控制方式,于中间跨设置1个顶升总控制室,如图4a 所示;桥南岸共用13台2点泵站,共26个控制点,均采用位移闭环控制方式,于中间跨设置1个顶升总控制室,

如图 4b 所示。


2.3组合箱梁引桥整体顶升施工

为满足支撑结构随顶升进度不断加高的需要,千斤顶采用倒置的方式安装于顶升部位底面。 当千斤顶安装于混凝土构件底面时,先用膨胀螺栓在混凝土构件底面安装 1 块吊装钢板,再通过螺栓将千斤顶安装于该钢板底面,吊装钢板应保持水平,与混凝土构件间的空隙采用高强砂浆填实。 千斤顶安装于钢构件底面时,千斤顶与钢分配梁间通过千斤顶底面的吊装钢板焊接固定,千斤顶与吊装钢板间通过螺栓连接。 由于千斤顶直径比钢管支撑直径小,为使顶升力均匀传递至钢管侧壁,采用台形传力顶帽,顶帽小直径一侧安装于千斤顶油缸顶部,大直径一侧与钢管接触。组合箱梁整体同步顶升过程中,提前在桥梁对应点 位 布 置 监 测 点, 进行实时监测, 整体顶升2.16m,分多个行程进行,每个行程 10cm,每个行程结束后均需进行测量误差纠偏。 整个过程是主动千斤顶向上顶升,随动千斤顶跟随保护的过程[1] 。

2. 3. 1 A-D 类桥墩顶升A-D 类桥墩采用上下抱柱梁托换体系,顶升布置如图 5 所示,传力体系为原桥基础→下抱柱梁→上抱柱梁→顶升结构。 在上下抱柱梁间安装液压千斤顶和随动千斤顶,在上下抱柱梁间切断桥墩进行顶升。 顶升完成后凿除混凝土上下切割面混凝土,露出竖向主筋,主筋采用挤压套筒进行连接,绑扎箍筋后支立模板,浇筑连接混凝土,待达到设计强度后再拆除顶升设备。


2.3.2 E 类桥墩顶升E 类桥墩顶升(见图 6)采用下抱柱梁作为顶升反力基础,以梁底对应的横隔梁实心部位作为顶升受力点,传力体系为原桥基础→下抱柱梁→梁底。2. 3. 3 F 类桥墩顶升F 类桥墩采用直接顶升法(见图 7),在梁底与承台间安装千斤顶和钢管支撑结构,传力体系为原桥基础→承台→梁底[5-6] 。 顶升前需解除支座与梁底的连接。 顶升完成后凿除柱顶竖向主筋,采用挤压套筒加高主筋、立钢模浇筑混凝土、钢抱箍固定模板的方式。3 长距离整体同步顶升控制技术保信号传输的准确性。

3)钢筋混凝土抱柱梁托换方式确保桥梁整体顶升过程中反力支撑系统的稳定性。

4)该技术在南河特大桥整体顶升改造施工中已成功应用,取得良好的社会、经济效益。

三、计算机液压同步控制系统

1、计算机液压同步控制系统是通过计算机工控软件控制液压泵站及配置的液压组件,利用计算机指令控制液压千斤顶,然后通过位移及力传感器把液压千斤顶压力变化及顶升距离反馈至计算机屏幕上,便于操作人员了解有关情况并及时调整。该控制系统通过计算机指令控制液压千斤顶,系统通过力的均衡自动调整各台千斤顶压力,在顶升过程中保持各顶升力的平衡性,各顶升点所需顶力值与实际提供值相符。 同时该控制系统通过位移指令控制液压千斤顶行程,保证各台液压千斤顶平移的同步性,力均衡多点变频调速顶升法是力和位移综合控制的方法,这种力和位移综合控制法建立在力和位移双闭环的控制基础上[3] 。

2、顶升控制系统

传统顶升工艺往往因荷载差异和设备局限,无法消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力,从而引起构件失效,具有极大的安全隐患。 本工程所用 PLC 液压多点同步顶升控制技术,从根本上解决该难题,填补我国在该领域的空白,且已达到国际先进水平。PLC 液压多点同步顶升控制技术是力和位移综合控制的顶升方法,控制技术建立在力和位移双闭环的控制基础上。 液压千斤顶精确按照桥梁实际荷载,平稳地顶举桥梁,使顶升过程中桥梁所受

附加应力下降至最低,同时液压千斤顶根据分布位置进行分组,与相应的位移传感器(光栅尺)组成位置闭环,以便控制桥梁顶升的位移和姿态,同步精度为±1.0mm,可保证顶升过程同步性,确保顶升时上部 结 构 的 安 全, 顶 升行程监测采用精度为0.01mm的拉线式位移传感器[7] 。

四、结语

1、采用倒置安装千斤顶施工方法,解决桥梁顶升过程中每个行程调整千斤顶垂直度及平面位置的繁琐程序,提高整体施工效率。

2、长距离控制系统应用技术增强 PLC 液压多点同步顶升控制系统灵敏度、计算精度与频率,确保信号传输的准确性。

3、钢筋混凝土抱柱梁托换方式确保桥梁整体顶升过程中反力支撑系统的稳定性。

4、该技术在南河特大桥整体顶升改造施工中已成功应用,取得良好的社会、经济效益。

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