论文部分内容阅读
中图分类号：U445文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
长深高速，中国国家高速公路网编号为G25，途经吉林、辽宁、河北、天津、山东、安徽、江苏、浙江、福建、广东9省市，全长3585公里，于2004年并通车，广深高速公路通车后使得交通量飞速增长，长年累月的超负荷运作，部分桥梁产生一定程度的病害。其中长江四桥大桥T梁支座存在：钢板断裂，支座被压溃并产生弯曲或扭曲；支座老化鼓包，加劲板外露；支座剪切角tanγ≥0.7；支座表面裂缝宽度大于2mm，或侧面产生水平裂纹；支座永久压缩变形超过支座厚度的15%等病害。由于长深高速公路是连接长春、深圳两大城市交通大动脉，车流量多且拥挤，不能在桥梁支座更换过程采取中断交通或限速等措施，本文主要介绍如何在正常交通条件下进行整体桥梁项升更换支座方法及更换设备的选用。
二、桥梁顶升方案比选
浇筑支架基础，设置顶升支架，支架上布置千斤顶，千斤顶的着力点应以桥墩支座为中心对称布置。顶升支架本身必须具有一定的刚度和强度，以满足梁体顶升的受力和变形要求，确保梁体顶升安全。施工前须对顶升支架进行试顶。桥梁顶升须根据桥梁实际情况，对简支结构体系桥梁，可单跨进行顶升，也可一联同时进行顶升；对连续结构体系桥梁，应按一联同时顶升，并保证顶升同步。施工时应根据顶升计算的支撑反力，选择千斤顶的顶升吨位，保证千斤顶顶升吨位需大于2倍的顶升重量。传统的顶升工艺时，往往由于荷载的差异和设备的局限，无法彻底消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力影响，从而引起失效，具有极大的安全隐患，同时也影响正常交通。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。这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时盖梁、板梁结构安全。
三、设备的的选择和顶升工艺
1、顶升系统原理
由于工件底面不一定平整，为了保证千斤顶负荷一致，在同步顶起工件之前，首先要让千斤顶均匀的接触工件，并以千斤顶均匀接触工件的这一点作为千斤顶同步运行的基准，为此，系统中设有一个贴合功能。同步顶升前先启动其功能，千斤顶同时上升，一旦有顶接触工件，该顶便停止上升，直至各顶全部接触工件为止，然后各顶均匀升压至每顶5MPa左右（可在界面中设定贴合压力），这时各顶自动停止，并将该点位置作为同步的零点。
本系统中八套位移检测装置安装在控制点的合适位置，当液压油缸移动时，位移传感器就可以实时精确地测定液压油缸的位移。在液压油缸进油口，系统还安装有一只压力传感器，依靠它可以测定液压油缸的负荷。同时还装有一只平衡阀，该阀能保证液压油缸升降时都处于进油调速狀态，同时平衡阀能可靠保压，保证工件不会自由下滑，使液压油缸在停电状态仍能可靠承载。
电气控制系统主要是由西门子PLC可编程控制器组成，千斤顶的位移传感器和压力传感器将位移和负荷信号送至可编程控制器。根据操作指令，可编程控制器启动八台变频器驱动泵的电机，输出动力油源使千斤顶运动。可编程控制器根椐检测位移和压力信号，不断修正运动误差，保持各顶同步。
2、设备选用
2.1单动式液压千斤顶和不同型号千斤顶
紧凑扁平设计用于其它液压缸不适用的场合,RSM-750/-1000/-1500配有手柄便于搬运,安装孔使固定方便，烤漆表面增强耐腐蚀能力.所有型号均包含CR-400快速接头与防尘帽，除RSM-50配有AR-400快速接头,高质量钢柱塞表面镀硬铬处理沟槽柱塞端面无需鞍座单作用，弹簧回缩。紧凑扁平设计用于其它液压缸不适用的场合,RSM-750/-1000/-1500配有手柄便于搬运安装孔使固定方便,烤漆表面增强耐腐蚀能力,所有型号均包含CR-400快速接头与防尘帽，除RSM-50配有AR-400快速接头，高质量钢柱塞表面镀硬铬处理沟槽柱塞端面无需鞍座单作用，弹簧回缩.
3、项升工艺
千斤顶放置在支点位置，由专人指挥，统一发令，每次顶升高度为5mm。顶升过程中要设置临时支点。千斤顶由油泵控制，每台油泵控制多台千斤顶，每个千斤顶要由专人负责，随时测量，保证每个千斤顶处的顶升高度基本保持一致，误差不能超过0.5mm。试顶完成后，在专业人员的统一指挥下所有千斤顶慢慢用力整体顶起梁体使其离开原支座约lcm立即停止，并立即在上、下横梁间增设若干个钢筋混凝土预制块或钢板形成临时固定点，以增加接触点和面积，提高顶升系统的稳定性，确保桥梁整体安全。桥梁顶升时以竖向位移和千斤顶油压表读数进行双控。竖向位移用桥面上设置的观测标志确定，要求竖向位移差基本保持一致。竖向位移观测人员要随时与油泵操作人员保持密切联系，指导操作人员进行操作。同时，各油泵操作人员通过油压表读数随时进行调整。顶升时各油压表读数与理论计算误差值不超过±1MPa。在顶升过程中如发现异常情况，要立即停止顶升，查明原因处理后方可继续顶升。顶升时一定要缓慢同步，且一边顶升一边支垫，以防发生突发事件。
4、安装防侧移装置
由于在顶升更换支座的过程中，由于不中断桥面交通，受汽车等动荷载的影响，加上桥梁横坡较大（2.5%），桥梁可能发生偏移，尤其是向外侧滑移，因此在盖梁上安装防侧移装置确保万无一失。
防侧移装置主体采用高60cm、宽30cm、纵向20cm的型钢骨架，在型钢与T梁间加2cm厚的橡胶板，并使橡胶板紧贴于T梁上。在盖梁上植入4颗直径20mm 的高强膨涨螺杆固定，每颗螺杆植入深度不小于18cm，4颗螺杆的设计剪力为22T，破坏剪力可达30.56T，可足以抵抗车辆振动等不利因素产生的桥梁侧向滑动力。安装方式如图：
4、安装千斤顶
使用前计算起重量、选择合适吨位的千斤顶。在额定工作压力范围内，若要判定了解千斤顶的实际负荷，核定手动油泵出油处接上压力表座，由压力表指示工作压力，根据工作压力、油缸面积，可知重物的重量。千斤顶的着力点应处于箱梁腹板厚度范围内或空心板的腹板范围内，同时必须考虑到地面软硬程度，避免起重时有倾倒之危险。千斤顶将重物顶升后，应及时用支撑物将重物支撑牢固，禁止将千斤顶作为支撑物使用。如要将数台千斤顶同时使用，应使用多顶分配阀，并考虑负载的均衡性，以免产生倾倒。每个盖梁上使用20台200T千斤顶和4台超高压ZB4/800B油泵。为了保证起梁均衡和位移的一致，每片梁采用2台200T千斤顶，用1台油泵的两个油路分别控制中梁的3个千斤顶和边梁的2个千斤顶。连接方式如下（该图为示意图，不按比例）：
（千斤顶布置图）
千斤顶连接方式（示意图）如下：
千斤顶上部垫钢板，钢板与梁体接触中间垫5毫米的胶垫，防止损坏桥梁的外观，
2.4 整体顶升
在专业人员的统一指挥下所有千斤顶缓慢分级顶升，梁体每上升2mm为一级，整体顶起梁体使其离开原支座约6mm立刻停止，考虑到橡胶支座可能存在的高度回弹情况，顶升高度控制在8mm范围内。具体顶升程序如下：
（1）加预顶力至恒载的25%左右（约15T），油表压力4.77Mpa，检查各千斤顶支垫是否稳固，否则应回油重新支垫再次加力至恒载的25%，读取并记录百分表读数，作为顶升高度的初始读数，并视为梁体顶升的‘零’位移；
（2）再次加预顶力至恒载的75%左右（约45T），油表压力14.32Mpa，读取并记录百分表读数，分析顶升位移是否均衡、一致，并检查油路系统是否正常，是否有漏油、供油不畅等现象，如有应立即停止加载，及时整改，同时观察桥梁横向是否有移位现象；
（3）继续加顶升力，当顶升力超过恒载后，受汽车荷载的影响，超高压表读数将不稳定，改以高度控制为准。顶升高度约至4mm时，读取百分表读数，检查支座脱空情况，并记录油压表读数供参考；
（4）再次顶高2mm，读取百分表读数，根据支座脱空情况取出全部或部分支座，量取并记录垫石顶面距梁底的空间高度是否满足安装新支座，确定是否需要继续顶高，顶升多少；
（5）根据需要每一级再次顶高2mm，直至满足梁体脱空高度2~4mm、且垫石顶面距梁底的空间高度比新支座高度高出2mm以上为止。
顶升完成之后分析各阶段记录数据，确定下一工点是否需要对每一级顶升力、顶升高度进行修正。
在顶升过程中每升高一级就安装专用保护环，以防止油管爆裂或油缸泄漏造成梁体急落而损坏。专用保护环如图：
2．5支座更换
由于支座使用时间较长，支座橡胶层与支座垫石粘接在了一起，普通取支座方法很容易損坏垫石，专用工具---静力液压快速拆除设备。
（静力液压快速拆除设备示意图）
将原支座按照不同位置编号，以便查对和更换。清除杂物，以便取下原支座，更换新支座。如垫石出现损坏，用环氧砂浆进行垫石修补。支座更换完毕后。
2．6卸载落梁
落梁时将梁体稍稍顶升，解除临时支撑，开始卸载。卸载时与分级加载的顺序相反分级卸载。卸载完毕检查上垫石和支座之间结合是否紧密，或用修补砂浆进行部分修补。
四、控制措施
监控是保证梁体安全受力所必须的，主要是记录起梁前及顶升过程中千斤顶的顶升情况，并在顶升过程中观察梁跨、梁底面和桥两侧、腹板处裂缝情况，如果有异常，则必须马上中止顶梁，找原因，确定解决办法，方可重新进行顶梁。
1、根据桥梁实际情况进行顶升力测算，满足顶升承重力达到原受力1倍以上安全系数。
2、在顶升前认真检查顶升系统各部件是否正常，超高压千斤顶应保证油路良好，各并联千斤顶超高压均匀，工作状态正常。
3、起梁时应对梁顶起时的位移和千斤顶的起顶力进行双控，保证起梁能达到设计位置；
4、起梁时，用千斤顶保护环作临时辅助支撑，安装完支座后落梁前将其拆除。
5、在盖梁顶设置位移观测系统，即安装百分表，以便更方便、更快捷、更直观地控制起梁的高度和速度，严格控制每次顶升量和总顶升量。
6、在加载时，分级进行，当△T达到0、△T/2、△T（△T=T1-T2）时进行持荷，以便各千斤顶之间的力均衡增加，达到同步顶升，同时加强对梁体的观测，注意：持荷时间应尽可能缩短；
7、对根部进行应力和裂缝监控，起梁时，如果出现裂缝，即超过了规范和设计允许值，则必须停止起梁，查找原因，找到解决办法后，再进行起梁安置支座。
五、结语
在交通正常运行的情形下来更换底座，特别需要主要到安全这一块，必须注意到载重的负荷力及桥梁的附加粗要承受的重力。顶升的同步性和高度要严格控制尤为关键。而PLC控制液压同步顶升系统能在正常交通的情况下有效保证顶升过程中的同步性和高度的控制。
一、工程概况
长深高速，中国国家高速公路网编号为G25，途经吉林、辽宁、河北、天津、山东、安徽、江苏、浙江、福建、广东9省市，全长3585公里，于2004年并通车，广深高速公路通车后使得交通量飞速增长，长年累月的超负荷运作，部分桥梁产生一定程度的病害。其中长江四桥大桥T梁支座存在：钢板断裂，支座被压溃并产生弯曲或扭曲；支座老化鼓包，加劲板外露；支座剪切角tanγ≥0.7；支座表面裂缝宽度大于2mm，或侧面产生水平裂纹；支座永久压缩变形超过支座厚度的15%等病害。由于长深高速公路是连接长春、深圳两大城市交通大动脉，车流量多且拥挤，不能在桥梁支座更换过程采取中断交通或限速等措施，本文主要介绍如何在正常交通条件下进行整体桥梁项升更换支座方法及更换设备的选用。
二、桥梁顶升方案比选
浇筑支架基础，设置顶升支架，支架上布置千斤顶，千斤顶的着力点应以桥墩支座为中心对称布置。顶升支架本身必须具有一定的刚度和强度，以满足梁体顶升的受力和变形要求，确保梁体顶升安全。施工前须对顶升支架进行试顶。桥梁顶升须根据桥梁实际情况，对简支结构体系桥梁，可单跨进行顶升，也可一联同时进行顶升；对连续结构体系桥梁，应按一联同时顶升，并保证顶升同步。施工时应根据顶升计算的支撑反力，选择千斤顶的顶升吨位，保证千斤顶顶升吨位需大于2倍的顶升重量。传统的顶升工艺时，往往由于荷载的差异和设备的局限，无法彻底消除油缸不同步对顶升构件造成的附加应力影响，从而引起失效，具有极大的安全隐患，同时也影响正常交通。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。这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，确保顶升时盖梁、板梁结构安全。
三、设备的的选择和顶升工艺
1、顶升系统原理
由于工件底面不一定平整，为了保证千斤顶负荷一致，在同步顶起工件之前，首先要让千斤顶均匀的接触工件，并以千斤顶均匀接触工件的这一点作为千斤顶同步运行的基准，为此，系统中设有一个贴合功能。同步顶升前先启动其功能，千斤顶同时上升，一旦有顶接触工件，该顶便停止上升，直至各顶全部接触工件为止，然后各顶均匀升压至每顶5MPa左右（可在界面中设定贴合压力），这时各顶自动停止，并将该点位置作为同步的零点。
本系统中八套位移检测装置安装在控制点的合适位置，当液压油缸移动时，位移传感器就可以实时精确地测定液压油缸的位移。在液压油缸进油口，系统还安装有一只压力传感器，依靠它可以测定液压油缸的负荷。同时还装有一只平衡阀，该阀能保证液压油缸升降时都处于进油调速狀态，同时平衡阀能可靠保压，保证工件不会自由下滑，使液压油缸在停电状态仍能可靠承载。
电气控制系统主要是由西门子PLC可编程控制器组成，千斤顶的位移传感器和压力传感器将位移和负荷信号送至可编程控制器。根据操作指令，可编程控制器启动八台变频器驱动泵的电机，输出动力油源使千斤顶运动。可编程控制器根椐检测位移和压力信号，不断修正运动误差，保持各顶同步。
2、设备选用
2.1单动式液压千斤顶和不同型号千斤顶
紧凑扁平设计用于其它液压缸不适用的场合,RSM-750/-1000/-1500配有手柄便于搬运,安装孔使固定方便，烤漆表面增强耐腐蚀能力.所有型号均包含CR-400快速接头与防尘帽，除RSM-50配有AR-400快速接头,高质量钢柱塞表面镀硬铬处理沟槽柱塞端面无需鞍座单作用，弹簧回缩。紧凑扁平设计用于其它液压缸不适用的场合,RSM-750/-1000/-1500配有手柄便于搬运安装孔使固定方便,烤漆表面增强耐腐蚀能力,所有型号均包含CR-400快速接头与防尘帽，除RSM-50配有AR-400快速接头，高质量钢柱塞表面镀硬铬处理沟槽柱塞端面无需鞍座单作用，弹簧回缩.
3、项升工艺
千斤顶放置在支点位置，由专人指挥，统一发令，每次顶升高度为5mm。顶升过程中要设置临时支点。千斤顶由油泵控制，每台油泵控制多台千斤顶，每个千斤顶要由专人负责，随时测量，保证每个千斤顶处的顶升高度基本保持一致，误差不能超过0.5mm。试顶完成后，在专业人员的统一指挥下所有千斤顶慢慢用力整体顶起梁体使其离开原支座约lcm立即停止，并立即在上、下横梁间增设若干个钢筋混凝土预制块或钢板形成临时固定点，以增加接触点和面积，提高顶升系统的稳定性，确保桥梁整体安全。桥梁顶升时以竖向位移和千斤顶油压表读数进行双控。竖向位移用桥面上设置的观测标志确定，要求竖向位移差基本保持一致。竖向位移观测人员要随时与油泵操作人员保持密切联系，指导操作人员进行操作。同时，各油泵操作人员通过油压表读数随时进行调整。顶升时各油压表读数与理论计算误差值不超过±1MPa。在顶升过程中如发现异常情况，要立即停止顶升，查明原因处理后方可继续顶升。顶升时一定要缓慢同步，且一边顶升一边支垫，以防发生突发事件。
4、安装防侧移装置
由于在顶升更换支座的过程中，由于不中断桥面交通，受汽车等动荷载的影响，加上桥梁横坡较大（2.5%），桥梁可能发生偏移，尤其是向外侧滑移，因此在盖梁上安装防侧移装置确保万无一失。
防侧移装置主体采用高60cm、宽30cm、纵向20cm的型钢骨架，在型钢与T梁间加2cm厚的橡胶板，并使橡胶板紧贴于T梁上。在盖梁上植入4颗直径20mm 的高强膨涨螺杆固定，每颗螺杆植入深度不小于18cm，4颗螺杆的设计剪力为22T，破坏剪力可达30.56T，可足以抵抗车辆振动等不利因素产生的桥梁侧向滑动力。安装方式如图：
4、安装千斤顶
使用前计算起重量、选择合适吨位的千斤顶。在额定工作压力范围内，若要判定了解千斤顶的实际负荷，核定手动油泵出油处接上压力表座，由压力表指示工作压力，根据工作压力、油缸面积，可知重物的重量。千斤顶的着力点应处于箱梁腹板厚度范围内或空心板的腹板范围内，同时必须考虑到地面软硬程度，避免起重时有倾倒之危险。千斤顶将重物顶升后，应及时用支撑物将重物支撑牢固，禁止将千斤顶作为支撑物使用。如要将数台千斤顶同时使用，应使用多顶分配阀，并考虑负载的均衡性，以免产生倾倒。每个盖梁上使用20台200T千斤顶和4台超高压ZB4/800B油泵。为了保证起梁均衡和位移的一致，每片梁采用2台200T千斤顶，用1台油泵的两个油路分别控制中梁的3个千斤顶和边梁的2个千斤顶。连接方式如下（该图为示意图，不按比例）：
（千斤顶布置图）
千斤顶连接方式（示意图）如下：
千斤顶上部垫钢板，钢板与梁体接触中间垫5毫米的胶垫，防止损坏桥梁的外观，
2.4 整体顶升
在专业人员的统一指挥下所有千斤顶缓慢分级顶升，梁体每上升2mm为一级，整体顶起梁体使其离开原支座约6mm立刻停止，考虑到橡胶支座可能存在的高度回弹情况，顶升高度控制在8mm范围内。具体顶升程序如下：
（1）加预顶力至恒载的25%左右（约15T），油表压力4.77Mpa，检查各千斤顶支垫是否稳固，否则应回油重新支垫再次加力至恒载的25%，读取并记录百分表读数，作为顶升高度的初始读数，并视为梁体顶升的‘零’位移；
（2）再次加预顶力至恒载的75%左右（约45T），油表压力14.32Mpa，读取并记录百分表读数，分析顶升位移是否均衡、一致，并检查油路系统是否正常，是否有漏油、供油不畅等现象，如有应立即停止加载，及时整改，同时观察桥梁横向是否有移位现象；
（3）继续加顶升力，当顶升力超过恒载后，受汽车荷载的影响，超高压表读数将不稳定，改以高度控制为准。顶升高度约至4mm时，读取百分表读数，检查支座脱空情况，并记录油压表读数供参考；
（4）再次顶高2mm，读取百分表读数，根据支座脱空情况取出全部或部分支座，量取并记录垫石顶面距梁底的空间高度是否满足安装新支座，确定是否需要继续顶高，顶升多少；
（5）根据需要每一级再次顶高2mm，直至满足梁体脱空高度2~4mm、且垫石顶面距梁底的空间高度比新支座高度高出2mm以上为止。
顶升完成之后分析各阶段记录数据，确定下一工点是否需要对每一级顶升力、顶升高度进行修正。
在顶升过程中每升高一级就安装专用保护环，以防止油管爆裂或油缸泄漏造成梁体急落而损坏。专用保护环如图：
2．5支座更换
由于支座使用时间较长，支座橡胶层与支座垫石粘接在了一起，普通取支座方法很容易損坏垫石，专用工具---静力液压快速拆除设备。
（静力液压快速拆除设备示意图）
将原支座按照不同位置编号，以便查对和更换。清除杂物，以便取下原支座，更换新支座。如垫石出现损坏，用环氧砂浆进行垫石修补。支座更换完毕后。
2．6卸载落梁
落梁时将梁体稍稍顶升，解除临时支撑，开始卸载。卸载时与分级加载的顺序相反分级卸载。卸载完毕检查上垫石和支座之间结合是否紧密，或用修补砂浆进行部分修补。
四、控制措施
监控是保证梁体安全受力所必须的，主要是记录起梁前及顶升过程中千斤顶的顶升情况，并在顶升过程中观察梁跨、梁底面和桥两侧、腹板处裂缝情况，如果有异常，则必须马上中止顶梁，找原因，确定解决办法，方可重新进行顶梁。
1、根据桥梁实际情况进行顶升力测算，满足顶升承重力达到原受力1倍以上安全系数。
2、在顶升前认真检查顶升系统各部件是否正常，超高压千斤顶应保证油路良好，各并联千斤顶超高压均匀，工作状态正常。
3、起梁时应对梁顶起时的位移和千斤顶的起顶力进行双控，保证起梁能达到设计位置；
4、起梁时，用千斤顶保护环作临时辅助支撑，安装完支座后落梁前将其拆除。
5、在盖梁顶设置位移观测系统，即安装百分表，以便更方便、更快捷、更直观地控制起梁的高度和速度，严格控制每次顶升量和总顶升量。
6、在加载时，分级进行，当△T达到0、△T/2、△T（△T=T1-T2）时进行持荷，以便各千斤顶之间的力均衡增加，达到同步顶升，同时加强对梁体的观测，注意：持荷时间应尽可能缩短；
7、对根部进行应力和裂缝监控，起梁时，如果出现裂缝，即超过了规范和设计允许值，则必须停止起梁，查找原因，找到解决办法后，再进行起梁安置支座。
五、结语
在交通正常运行的情形下来更换底座，特别需要主要到安全这一块，必须注意到载重的负荷力及桥梁的附加粗要承受的重力。顶升的同步性和高度要严格控制尤为关键。而PLC控制液压同步顶升系统能在正常交通的情况下有效保证顶升过程中的同步性和高度的控制。