PLC同步顶升系统在桥梁更换支座中的应用

PLC同步顶升系统在桥梁更换支座中的应用

李宁

宁夏交通建设股份有限公司宁夏银川750001

摘要：本文主要内容包括PLC同步顶升系统的介绍，在桥梁更换支座中的应用，传统更换方式的缺陷，以及采用PLC同步顶升系统更换支座的过程，主要控制要点等内容。

关键词：PLC、同步顶升、桥梁、支座

引言：桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件，一旦出现病害，就会影响到桥梁上下部结构的使用寿命和交通安全。目前，国内的公路桥梁使用的支座主要是橡胶支座，但桥梁运营几年后橡胶支座就会出现脱空、位移、变形、开裂等问题。这些问题将会对桥梁运营的安全带来较大风险，为了不影响桥梁的使用寿命和交通行驶安全，必须将出现问题的支座进行更换。传统的施工工艺是采用单个或多个千斤顶将梁板顶起更换支座，这样在顶升过程中由于千斤顶不同步（单个千斤顶更严重）等缺陷，产生梁板之间受力不均衡等问题，对桥梁整体上部结构将造成不可避免的损坏，采用PLC同步顶升系统就可以竟可能的避免这些问题。

1.PLC控制同步顶升系统相关内容简析

1.1可编程序控制器（PLC）

在我国，可编程序控制器（PLC）起步较晚，近几年才得到应用，并在公路、建筑、水利等行业中推广。PLC采用微处理技术作为它的核心处理单元，未处理技术极大的加强了PLC的功能，使PLC系统不仅具有逻辑编程功能，而且具有运算功能和对模拟量的控制功能。

1.2工作原理

PLC同步顶升系统主要由顶升系统、监测系统和PLC控制系统组成。其中核心部分是PLC可编程控制器，位移传感器和压力传感器的状态信号由信号电缆连接到液压系统的电气控制箱箱内，经信号放大器放大后将给顶升位移和负荷吨位送至可编程序控制器PLC控制器中，PLC控制器接收到操作指令启动电机驱动油泵，工作油泵的动力油源经控制阀组输出到外接的液压油缸中使液压油缸上下运动，同时PLC控制器根据检测的位移信号不断与指令信号相比较，将误差值改变继电器的输出频率以改变电磁阀的通流量，最终满足液压油缸同步上下运动。

（1.液压泵2.PLC控制装置3.液压缸4.位移传感器5.液压软管6.传感器电缆7.电磁控制器8.压力传感器）

图1PLC同步顶升设备

1.3适用范围

同步顶升系统可用于公路简支、连续桥梁板式支座或盆式支座的更换、调整（梁板与盖梁之间间距D＞15cm），能适应常规跨径（40m及以下）简支、连续结构的装配式梁桥，同时采用本文在顶升过程中连续梁更换支座时需要全联同步顶升。

1.4工作特点

首先，同步顶升系统，主要采用了PLC的操作平台，通过平台对多个或单个千斤顶操作控制，可将整跨梁板同时顶起，避免相邻梁板之间的湿接缝、铰缝等部位出现损坏；其次，PLC同步顶升系统采用了位移传感器和压力传感器同时监控，并以梁体的位移作为主要控制点，相比用压力控制更加准确，有效的控制梁板的顶升高度，防止因位移不同对梁板造成损伤；最后，同步顶升系统将比例调速阀安装在每个油缸的侧边，各安装一个独立阀门，同时在每个阀门上设置有液控单向阀和直动式溢流阀，可防止因管路因压力过大破裂而使液压升降平台失稳，防止液压冲击对油缸的损坏，即使在油泵停止工作时，也能有效保持油缸的持续稳定性，使用安全可靠。

2.PLC同步顶升系统在桥梁更换支座中的应用

2.1顶升力及强度验算

在梁体顶升过程中，梁体与盖梁之间存在应力集中点，该处应进行强度验算，防止顶升过程中受力点混凝土损坏。除此之外，还应计算整跨梁体、桥面铺装及其它附属设施的重量，确定千斤顶的数量和顶升能力。

为了防止出现受力面因应力过大，造成混凝土破损，一般在千斤顶安装前要对接触面进行处理，一般采用支垫钢板的方式来增加接触面。顶升千斤顶与盖梁顶、梁板底最小接触面验算参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》局部受压面尺寸应满足公式：

（1）

（2）

（3）

式中：—桥梁结构的重要性系数，按公路桥梁设计安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、0.9；

FLd—为单个顶升千斤顶的最大顶升力，按设计总顶升力和千斤顶数量分配；

Fcd—为桥墩混凝土轴心抗压强度；

Ηa—为混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级为C50及以下时，ηa=1；

β—为混凝土局部受压强度提高系数，按公式（3）计算取值；

AL—为桥墩接触面混凝土局部受压面积，桥墩按千斤顶底座面积计算；

ALn—为桥墩接触面混凝土局部受压净面积，与AL计算方法相同，当受压面设有钢垫板时，局部受压面积应计入在垫板中按45°刚性再扩大的面积。

Ab—为局部承压的计算底面积，若局部承压面积Ab不满足公式验算要求，则需加垫厚钢板，扩大承压面积。

2.2搭设操作平台

施工前应搭设施工操作平台，保证施工平台的安全稳定。搭设平台后及时对盖梁上的杂质和垃圾进行清理。同时对支座进行详细检查，包括支座位置、梁底面距盖梁顶面的高度等，以保证支座更换后，使梁体位置保持不变。

2.3盖梁处理

安装千斤顶时对盖梁顶面进行打磨处理，千斤顶的布置应考虑梁体受力安全及支座更换操作空间，保证千斤顶放置时水平，如经过打磨后安装千斤顶时仍存在不水平现象，可通过细砂进行微调，千斤顶顶面与梁板接触处采用1mm、2mm、3mm的楔形钢板进行调节，保证支垫时不出现脱空现象，保证千斤顶水平，同时也要保证顶升过程中千斤顶垂直受力，置如图2。

图2安装千斤顶

2.4系统调试

顶升安装完毕后，操作人员需对PLC同步顶升系统进行调试和全面检查，包括千斤顶、油泵、油管、接头、操作平台、压力传感器、位移传感器等，检查输出速率、灵敏程度是否符合要求，出现异常后及时进行调整，通过反复调试，确保系统正常工作。

2.5梁板试顶

整跨千斤顶安装完毕检查合格后，调试仪器、设置参数，进行试顶加载，顶至主梁位移2mm时停止，停放5~10min对梁体和盖梁进行仔细检查是否有异常，试顶过程中PLC控制系统会根据千斤顶的受力情况自动调整送油量，保证每个千斤顶的顶升力不超过1%，使顶升过程中各受力点的力大小相同，如图3。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[1]

图3梁体试顶过程

2.6梁板顶升的过程控制

梁体顶升全过程采用梁体位移与顶升压力双重控制，以梁体位移为主要控制指标。当油表显示千斤顶超过了计算压力或位移传感器显示梁体出现异常位移时，则立即停止加压，查明原因后再继续顶升。顶升总行程以让所有支座和梁体分离为标准，并且控制在计算允许的范围内。顶升过程分几级完成，每级顶升约2mm，同步精度要求控制在0.1mm内，每级顶升到位后，暂停5分钟，让梁体内的应力释放并达到新的平衡后再进行下一级的顶升。

2.7更换支座

当所有梁体都和支座分离停止顶升。PLC同步顶升系统采用单向电磁阀，停止时梁体千斤顶不会回落，但为了保证顶升过程的平稳和安全，当顶升到位后，系统自动关闭千斤顶的电子锁，为了安全，操作人员还需关闭所有千斤顶的手动锁，保证千斤顶不会回落，所以采用此设备无需再安装临时支撑。

2.8同步落梁

新支座更换完毕后，必须分级同步落梁，回落同步精度要求控制在0.2mm内。梁板回落复位后应每个8小时观测一次，观测时间不少于24小时，主要检查支座、支座垫石、伸缩缝、梁板、盖梁等是否出现变形或裂缝。

2.9质量控制

首先，计算顶升力应控制在千斤顶公称顶升力的85%以内；误差范围控制在±5%，顶升位移量应控制在千斤顶公称位移量的80%以内，误差范围控制在±2%；其次，顶升系统须配备的位移传感器应在使用前全数进行计量标定，其示值误差不得超过2%，分辨率应不低于0.05mm；再次，对盖梁顶面进行清洁打扫及打磨处理，以保证放置千斤顶的位置干净、平整。安装顶升千斤顶时，上下接触面应根据局部承压验算结果配置钢垫板、并进行纵、横坡调平处理，控制整体平整度在±1mm以内；最后，支座安装还应满足以下要求。

1）支座垫石不应有裂缝等缺陷，其修复尺寸，混凝土强度等级，安装顶面平整度偏差应符合设计文件或相关规范标准要求。

2）橡胶支座受力状态正常，不应有偏压、裂纹、脱空和不均匀外鼓现象。

3）安装质量标准如下表1：

表1支座安装质量要求

3.PLC应用效果

从社会效益上来讲，采用PLC同步顶升系统进行桥梁支座的更换，能够准确的完成桥梁梁板的整体顶升，防止对梁体造成损伤，提高了施工质量。同时PLC同步顶升系统更换支座，可以快速对损坏支座完成更换，施工工期短，桥梁交通封闭时间也短，对交通通行影响小。此项技术符合桥梁工程“科学养护、快速养护、精品养护”的创新驱动发展理念。采用PLC同步顶升系统，施工效率高，施工过程安全平稳。系统采用的智能操控平台，可以减少人力的投入，同时采用此系统施工时不需要安装临时支撑，从长期角度分析，此系统在旧桥改造和支座更换施工中能带来良好的经济效益。

结论

简而言之，文章主要围绕PLC同步顶升系统在桥梁更换支座中的应用方面进行了分析，经过实际调查发现，在旧桥改造以及支座更换施工中，PLC同步顶升系统能够给企业带来巨大的经济效益，因此值得推广[2]。

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，2016．

[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，2018（8）：86-87．