浅析多点同步顶升控制系统整联更换桥梁支座

摘要：随着桥梁使用年限的增加和交通量、车辆载重日益增大，以及支座的原材料和安装质量缺陷、橡胶的正常老化、后期养护不到位等因素，支座失去原有功能，造成桥梁结构损坏，严重影响桥梁使用寿命。

关键词：多点同步顶升；控制系统；整联更换；桥梁支座

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

一、 前言

桥梁支座作为连接桥梁上部结构与桥墩的传力部件，其作用是将上部结构的作用力和变形（位移和转角）安全可靠地传给桥墩，从而使结构的实际受力情况与计算的理论相符合。由于随着桥梁使用年限的增加和交通量、车辆载重日益增大，以及支座的原材料和安装质量缺陷、橡胶的正常老化、后期养护不到位等因素，支座失去原有功能，造成桥梁结构破坏，严重影响桥梁使用寿命。为此，必须对损坏的支座进行更换。

二、同步顶升控制系统的特点以及技术要求

在大型桥梁顶升和建筑物的平移中，同步顶升控制技术已经得到了广泛的应用，基于分布式控制液压的同步顶升系统具有五方面的要求，他们具体是：

1、 分散布置。由于桥梁自身体积很大，所以要想对它进行顶升，千斤顶必须满足分散布置在结构下任意指定的顶升点。

2、 集中操作。为做到同步和安全，操作人员应能在中央控制台分别设定参数，对各顶点的千斤顶进行整体和单个控制。

3、 实时监控。操作人员在中央控制台上，不仅可以实时监控各个千斤顶的压力、位移及其变化趋势、历史记录等，对液压系统各部分的工作状态也可以进行实时监控，这样可以方便排除故障。

4、 智能管理。这种方式既可以很好地满足千斤顶的任意分组布置及分组同步，还可以满足千斤顶与位移传感器的任意关联；与此同时，它还能够能满足各个千斤顶的同步或者是单独的动作；操作人员只需在中央控制台与电脑进行简单的人机交互，就可以完成所有的操作任务。

5、 同步升降。由于桥梁的质量存在分布不均的问题，导致分散布置的千斤顶受力也不一致，因此，此系统必须要保证各顶升力不同的情况下可以同步升降，以免在升降的过程中出现因变形过大而导致结构开裂的现象。

三、 多点同步顶升控制系统的原理

1、 液压控制系统

在顶升施工中，首先要进行的步骤是桥梁的称重，通过调节减压阀的出口油压Pout，然后慢慢地分别调节每个液压缸的推力，使桥梁上升，当桥梁与原立柱刚发生分离的时候，液压缸的推力，就是桥梁在这一点的重量值，称出桥梁的各顶升点的荷重，然后把减压阀的手轮都固定在该点的实际出油口油压与液压泵站卸油控制压力的差值位置，这样就可以转入闭环顶升，依靠位置闭环，桥梁便可以高精度地控制指令被升降或者是悬停在指定的位置。

2、 顶升系统控制原理

压力闭环主要由比例阀、压力传感器以及电子放大器几部分组成，其根据每个顶升缸承载的不同，调定减压阀的压力，将几个千斤顶组成一个顶升组，托举上部结构。但是，仅有力的平衡，难以使上部结构顶升位置稳定下来。所以，为了便于装置的稳定，在每组安装光栅尺作精密位置测量，进行相关的位置反馈，组成位置闭环。

当测量位置和指令位置发生偏差时，就会产生误差得信号，这个信号经过放大后会叠加到指令信号上，从而导致该组总的顶升力增加或者是减小，致使各油缸的位置产生变化，直到位置误差消除才会终止。

组间顶升系统的位置信号由于是使用同一个数字积分器给出的，所以，它可以保持顶升组的同步顶升，因此，只要改变数字积分器的时间常数，就可以方便地改变顶升或者是回落的速度。

四、同步顶升施工的实施

1、顶升点的选取

顶升点的合理布置是达到平稳、安全顶升的关键要素。顶升点个数的选取坚持既能够保证被顶升结构具有足够的刚度，又可以使每个顶升点的顶力在它可提供力的范围内的原则。所以，需在上部结构的刚度大的位置设置顶升点，并根据顶点位置设置支撑反力基础。一般的桥梁在墩柱顶的横梁处顶升既能满足此要求。

2、顶升工况的分析

顶升工况的过程根据结构移位施工的要求，具体可分为称重、顶升、保压以及带载下降四个工况，具体是：

（1）称重

进行顶升工作前，需要知晓每个顶升点所承担的实际载荷，通过原设计图纸算得出各个顶升点近似值与实际荷载之间会存在一定量的偏差，所以，在正式顶升前，必须要根据初算的各个顶升点设计顶力值对结构物进行称重，从而确定顶升施工中各个顶升点能够承担的实际荷载。

称重执行过程，调节各顶升点的顶升力，对各组的油压进行反复调整，并且根据位移传感器的周期采样得出的数据来判断是否发生位移。如果没有发生位移，就可以继续增加顶升力；如果产生位移现象，则需要判断是否达到设定的位移。倘若达到设定的位移，就可以记录称重的结果，称重任务结束；如果还没有到达指定的位移，就需要继续判断是否产生位移，如此反复进行一直到称重结束，以是否达到设定位移作为称重结束的标准。

（2）顶升

通过调整各电液比例减压阀，使各电液比例减压阀出口压力Pout都比该点的平衡压力大，ΔP值相等，各液压缸就可以保持同步上升的工作状态。与此同时，通过实时调整ΔP值的多少，就可以达到调节顶升速度，满足工程的实际要求，顶升过程要求做到位移和力的双控，以实际控制为主，当相邻墩、台的顶升位移大于0.5cm（规范允许值）时，应及时停机查找问题。

（3）保压

当Pout与称重值相等的时候，建筑物将会保持悬浮的状态。顶升液压缸便可以通过高压软管进、回油，但是，如果发生软管受损爆裂的现象，后果将难以想象。为了安全起见，每个顶升液压缸都需要安装液控单向阀，这样既能够解决安全的问题，又可以为顶升作业带来一定的方便，允许液压缸在任意位置进行停留。与此同时，因为在进行顶升时时常会需要长时间保压悬停，但是液控单向阀关阀即便是制造精度再高，密封性再好，也难以避免泄漏，保压时间过长，顶升位置将会超过误差允许的范围，这样，如果系统检测到顶升误差超出允许范围，既启动顶升程序，将其顶回原位。

另外，从安全角度考虑，国内的大型顶升大都采用随动顶做为保护装置跟随主动千斤顶位移，随动液压缸上会设计一个螺旋自锁装置，进入保压悬浮工况时，将螺旋自锁装置锁紧，当主动千斤顶回缩时起到保护作用。

（4）带载下降

当液压缸活塞由于外载荷的作用产生缩回现象时，这时候的三位四通换向阀都将处在正向供油的状态，即各电液比例减压阀入口压力均是系统的压力。在这样的情况下，竹筏芯上的单向阀将会处于关闭的状态，致使液压油难以经过主阀流回油箱，采用智能经细长先导油的方式沿流道从口回油箱，将会保证带载下降速度的平稳。

五、桥梁顶升过程的同步监测

监测指顶升过程中为保证桥梁的整体姿态所进行的监测，包括结构的平动、转动和倾斜。监测贯穿于顶升全过程中。

1、监测目的

桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁的提升，梁的纵向高程偏差、立柱倾斜率、梁柱间距等会发生较大变化，梁的支撑点的相对变化对梁受力状态将会发生变化。需要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。

2、监测部位及监测内容

（1）墩台沉降观测。设置承台沉降观测体系来反应墩台沉降状况，及时做出相应的措施。

（2）梁底面标高测量。梁底标高的标高测量是桥梁顶升过程中最为重要的检测，是控制顶升标高与各组千斤顶间同步性的主要手段。梁底标高检测通过在相应位置安置光栅尺或拉线式传感器（精度为0.01mm），其将数据反应到控制系统，以便实时监测、及时调整各组千斤顶的顶升速度。

（3）梁横向位移观测。实施顶升前，在顶升梁体腹板外侧和桥台分别设置限位装置实施横桥向限位，并设置横向位移观测点，顶升过程中随时观测梁体的横向位移情况，并设定预警值1mm，如果梁体横向位移接近预警值赶紧通知顶升操作人员停止顶升，分析问题，提出解决方案，正常后方可开始顶升。

（4）梁纵向位移观测。顶升过程中通过观测已拆除伸缩缝处两侧设置的观测点宽度的变化来检测梁体纵移的情况。

3、监测准备

主要是布置测点。

桥梁顶升过程中通过梁底标高观测来控制顶升高度与各组千斤顶间的同步性，主要监测设备为光栅尺或拉线式位移传感器，精度均为0.01mm。其监测点布置主要以千斤顶分组情况为依据，每组千斤顶布置一台监测仪器。

4、监测方案实施

（1）施工前监测

主要是对各监测点取得各项监测参数的初值。如观测点坐标情况、标高等。

（2）整体顶升监测

包括顶升、支撑、落梁等过程的监测。监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。

六、结语

通过采用PLC多点同步整体顶升系统和有效的监测手段来保证市政桥梁安全平稳地进行顶升并更换旧桥的（钢）盆式橡胶支座和板式橡胶支座。

参考文献：

[1]侯顺川;桥梁改造工程中同步顶升技术应用及控制重点[J];山西建筑;2010年15期

[2]尹天军;高速公路上跨桥整体顶升技术[J];世界桥梁;2009年01期

[3]林剑峰;整体顶升技术在桥梁加固改造中的应用[J];福建建设科技;2006年03期