计算机控制同步顶升在桥梁支座更换中的应用

2010-08-15倪大治

山西建筑 2010年17期

倪大治

1 工程概况

江阴长江公路大桥，1999年9月建成通车，是国家规划2000年前建成“两纵两横”公路骨架中黑龙江同江—海南三亚国道主干线以及北京—上海国道主干线的跨江咽喉工程。该桥在国家交通主干网中的特殊地位，决定了其日益增长的交通流量。目前，该桥已经通车十余年，繁重的交通量使江阴大桥北引桥的部分支座出现了病害。已经直接影响到桥梁结构的安全，需要在不造成桥梁结构破坏的情况下对支座进行整体更换，恢复原有功能，保证桥梁运行安全。鉴于该桥的地位，为满足交通运输的需要，支座更换中应尽量不中断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，因而对支座的更换施工提出了更高的要求，为此，采用SPLC计算机控制同步顶升梁体的方式，对北引桥支座进行更换。在江阴长江公路大桥工程部门的管理下，委托江苏东南特种技术工程有限公司对江阴长江公路大桥北引桥更换支座工程进行同步顶升施工。

2 顶升施工要求

随着公路建设的发展，桥梁顶升技术在新建桥梁施工和旧桥维修改造中已经开始普遍采用。桥梁顶升即是在需要顶升部位设置临时顶升支撑，利用千斤顶和同步顶升设备对桥梁结构进行抬高或降低的移位操作，顶升就位后安放临时垫块且保证其稳定，对墩台、支座或主梁进行改造施工，最后安放支座、落梁。其施工步骤如下:施工准备→在桥墩台上安放千斤顶→监测设备的安装→试顶升(问题反馈及处理)→正式顶升→第一次顶升完成→临时支撑的放置→继续顶升至设计位置→临时支撑的放置→落梁至临时支撑上→改造墩台、支座和梁底→落梁，并清理现场。

桥梁顶升是一项复杂的工程，必须保证顶升施工工程结构的安全，顶升过程中的安全性包括结构的安全性、设备的可靠性以及施工操作人员的安全。

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，必须考虑顶升工程中墩柱和盖梁受力变化所带来的不利。

顶升过程中梁体吨位过大，如果出现某些千斤顶漏油或者故障，可能导致梁体的纵横向不均匀顶升，严重时可能导致梁体倾覆，因此，需在梁体顶升过程中采用安全钢垫板进行保护，在供油系统采用锁定装置和报警装置，保护梁体不发生整体倾覆。同时，顶升时要分批次顶升，不能一次到位。

3 顶升过程控制要点

1)桥梁同步顶升的安全控制设计与限位措施。由于液压缸安全的误差以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性，为防治梁体倾覆和移滑，保证桥梁顶升的准确性和安全性，需要采用相应的限位措施。

桥梁各支座反力不同，为保证同步顶升，液压系统应满足各液压缸压力自动调整，以适应上步荷载。通过对顶升力合理控制完成桥梁顶升，同时使桥梁的附加内力最小。

桥梁顶升过程中，为了防治梁体扭曲、应力集中和开裂，各顶升点必须进行局部加强，并保持位移同步。

2)桥梁同步顶升临时钢垫块支撑设计。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，顶升速度控制在3 min/mm，顶升到位后，靠计算机控制自动锁定千斤顶，不回油。

3)桥梁顶升过程中的同步监控。桥梁的同步顶升需要分级完成，因此对桥梁顶升工程中的整个运动轨迹、整体姿态、结构内力的监控是保证桥梁结构安全的重要环节。监控内容包括桥梁整体姿态、位移、结构内力等，监控工作要贯穿于顶升和落梁的整个施工过程中。本次监控对象主要是上步结构构件，根据江阴大桥北引桥的结构特点，主要监控各支点处梁体的竖向以及纵横向位移，各主梁端部横梁顶、底部的应力。

4)顶升梁段对桥梁其他部位的影响。江阴大桥北引桥各联梁体在同步顶升抬高过程中，相邻梁两联之间的联系构件或设施必然会受到影响，比如伸缩缝、管线防撞栏等。因此在顶升之前需要详细调查，确保施工过程和结构的安全。

5)落梁后梁底标高控制。梁体就位后，自重作用下的内力分配已经完成，因各主梁间横向有横隔梁连接，纵向有桥面连续，必须保证顶升前后梁体的相对位置不变，除了保证各片梁体在上升阶段位移量一致外，还要确保落梁后，各片主梁底面标高变化量相等，保证梁体落梁后的结构安全。

4 SPLC-8计算机控制双控同步顶升设备

1)SPLC-8计算机同步控制顶升、下降液压系统的主要特点。SPLC-8计算机控制同步顶升、下降液压系统配备有先进的高精度位置传感器、压力传感器、电磁阀、输入、输出软件模块、多点控制同步顶升，自动显示顶升力和顶升高度数值。配备声光报警系统，在达到预先设定的行程或负载限制时自动停机，当油缸和油路发生故障时，自动报警和自动锁定。计算机控制单元采用友好的Windows界面。数字控制的提升过程使提升点之间的差值精度为±1 mm。在显示器屏幕上提供实时的完整提升数据。

在桥梁更换支座、桥梁抬高过程中，采用SPLC-8计算机控制同步系统，并配有大吨位薄型油缸，每台千斤顶的承载能力为1 500 kN。

同步顶升、下降系统由高压液压泵、油缸、电磁阀、油管等组成，SPLC-8控制系统根据不同测点的回馈的脉宽信号，控制数十个油缸带载顶升的速度，实现数十个油缸的同步提升动作。

由于采用计算机控制同步顶升、下降系统，具有科学性、安全性、对强梁在顶升过程中为防止各点不同步的顶升，起到了很好的保护作用，极个别油缸发生过载或意外时，有计算机控制同步位移起到了报警和锁定作用。

2)计算机监控系统的特点。计算机控制梁体结构控制系统，配备了工业级便携计算机，应力传感器和位移传感器，控制软件通过各个数据采集器，可监控整个梁体应力、梁体挠度和轴线位移。

软件具有桥形的模拟界面显示，在多点顶升时，形象直观的显示顶升的位移量、应变显示，并进行实时数据记录。

在顶升过程中，当混凝土梁发生开裂时，应力传感器能控制在一定的范围内，如果超值，软件可以将报警信号提供给控制计算机，由控制计算机控制液压系统，停止顶升，防止梁体开裂，起到预警作用。

5 顶升施工工艺

1)顶升前检查相邻两联之间的联系，应保证顶升施工不影响到相邻跨的结构。2)安装液压系统、控制器、千斤顶、位移传感器、压力传感器、应变传感器、数据采集器、计算机等。对SPLC-8计算机控制同步顶升、下降系统和监控系统进行调试。3)测量支座处梁底标高。4)预紧，称重，调整各点数据记录，试顶升，检查各点受力情况，同时检查计算机控制器各点顶升量。5)试顶升0.5 mm，检查各点误差情况，塞放临时支撑，计算机自动锁定液控阀，保持油缸压力不变，并持荷观察。6)第一次顶升。试顶完毕，开始正式起顶，按照1 mm+1 mm的顺序进行顶升。梁体顶升就位后，将原支座取出后，仔细检查安放支座处的支座垫块，梁体底面，看是否有严重的混凝土破损、脱落情况。确保与支座接触的梁底部位和支座垫石表面处理达标后，将新钢构件垫块放入原支座位置以代替支座，并与梁底密贴。7)千斤顶回油。各千斤顶同步顶升到位后，无误后方可落梁，各千斤顶同步回油、落梁。落梁过程保持梁体整体平衡，由SPLC-8计算机控制同步下降液压系统完成，同步整体落梁分数次进行，直到梁体落完为止。