運用同步頂升系統(tǒng)更換支座和調(diào)整彎橋方位

尼宏杰

（漯河市市政管理處，河南漯河462000）

運用同步頂升系統(tǒng)更換支座和調(diào)整彎橋方位

尼宏杰

（漯河市市政管理處，河南漯河462000）

彎梁橋在城市高架建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，但由于設(shè)計及施工中對彎梁受力機理的獨特性考慮不周，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)病害，影響其使用的安全性與舒適性，因而需對既有病害進行修復(fù)。由此，選定某一工程實例，通過有限元分析對彎梁的維修方案進行比選，明確采用PLC同步頂升系統(tǒng)進行維修施工，并進一步歸納該系統(tǒng)的優(yōu)勢。在詳細分析PLC同步頂升系統(tǒng)的施工流程、施工系統(tǒng)、糾偏與支座更換操作流程的基礎(chǔ)上，通過分析監(jiān)控數(shù)據(jù)，論證此系統(tǒng)應(yīng)用于彎梁糾偏及支座更換的可行性，對其推廣給出建議。

PLC同步頂升；彎梁；彎梁糾偏；支座更換

0　引言

近年來，彎梁橋在公路及城市道路橋梁中所占比例逐年增大，其在城市高架和互通式立交的匝道橋中應(yīng)用更為廣泛。彎梁橋在承受豎向彎曲的同時，由于自身曲率的影響，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)作用又將導(dǎo)致彎梁撓曲變形［1］。設(shè)計與施工中對彎梁這種獨特的受力體系認識不足，導(dǎo)致彎梁的偏移與扭轉(zhuǎn)病害。

PLC同步頂升的頂升支點多，經(jīng)過計算機控制后，相鄰頂升點間的位移差精確控制在結(jié)構(gòu)允許的變形值之內(nèi)。頂升測點位移與應(yīng)力經(jīng)監(jiān)測系統(tǒng)反饋回計算機，分析處理后可以對橋梁整體姿態(tài)進行調(diào)整，使糾偏工作按照預(yù)定要求完成。PLC同步頂升系統(tǒng)在國外預(yù)制梁的架設(shè)與移位中應(yīng)用較多，在彎梁頂升糾扭與支座更換中應(yīng)用尚不常見［2］。

本文以工程實例為基礎(chǔ)，在定性分析橋梁病害的基礎(chǔ)上，對PLC同步頂升的頂升系統(tǒng)、頂升方案、施工監(jiān)控以及糾偏效果進行了詳細介紹與分析。

1　事故彎橋工程概況

此次實施修復(fù)作業(yè)的橋梁為（3×25）m的混凝土彎箱梁橋。單箱三室，橋?qū)捄土焊叻謩e為19 m和1.5 m，橋面橫坡3.75%。橋墩自北向南依次編號為1、2、3、4號，固定支座設(shè)置在3號墩下，1、2號墩僅約束橫橋向位移，4號墩設(shè)置兩個雙向支座，具體布置見圖1。

圖1　彎梁支座布置圖

此橋梁經(jīng)過一段時間的使用后，在檢查中發(fā)現(xiàn)橋梁出現(xiàn)了一系列問題，具體的病害包含以下3個方面：

（1）梁體偏移（見圖2）。箱梁以1號墩下支座為基點向內(nèi)側(cè)偏移旋轉(zhuǎn)，在2號墩處位移2.6 cm，在3號墩處位移6.9 cm，在4號墩處位移10.8 cm。

圖2　梁體偏移病害

（2）橋梁支座破壞（見圖3）。由于上部結(jié)構(gòu)位移較大，箱梁扭轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)單向限位支座被拉裂，滑動支座位移過大（四氟板滑出），外側(cè)支座在梁發(fā)生位移以后被不平衡的偏心壓力壓壞。

圖3　支座病害

（3）橋梁附屬設(shè)施破壞。附屬設(shè)施的破壞主要是由于梁體結(jié)構(gòu)錯位，導(dǎo)致此三跨橋與其它聯(lián)橋梁交界處的護欄與伸縮縫變形不一致從而產(chǎn)生破壞。

2　修復(fù)方案確定及PLC頂升糾偏系統(tǒng)組成

2.1修復(fù)方案比選與確定

根據(jù)頂升施工時采用的千斤頂?shù)臄?shù)目可以將頂升分為單點頂升和多點頂升。單點頂升易于控制，頂升量小，頂升控制風(fēng)險小，同時造價低廉，但單點頂升頂升力集中，對梁體傷害大，頂升線型不易控制，實際采用效果一般，僅適用于小跨徑梁體。一般針對橋梁梁體偏位的糾偏以及橋梁支座更換時都采用多點頂升，整聯(lián)梁體同步頂升，可以徹底解決所有病害，但施工時應(yīng)采用較多的保證措施，保證梁體在自由狀態(tài)時的穩(wěn)定與安全，造價較高。

對該工程采用平面桿系建模分析縱向頂升受力，采用空間建模分析橫向受力，具體方法為在支座處施加一個強迫位移（+5 mm）。計算模型及結(jié)果見圖4。

圖4　平面桿系模型

（1）當分別給予1、3號墩一個不平衡的5 mm的強迫位移時，后者造成的單元應(yīng)力較大，其應(yīng)力如圖5所示。

圖5　3號墩不平衡位移作用下應(yīng)力圖

（2）由于橋梁支座位置有橫隔板，橫向整體性較好，對不平衡位移響應(yīng)不大，但當給予中間支座以5 mm強制位移時，橋梁所受拉應(yīng)力最大，如圖6所示。

圖6　中支座不平衡位移作用下應(yīng)力圖

由以上分析結(jié)果可知，當縱向不平衡位移為5 mm時，橋梁最大拉應(yīng)力為0.82 MPa；當橫向不平衡位移為5mm時，橋梁最大拉應(yīng)力為1.2 MPa。由計算結(jié)果可知，頂升點過少，不同頂升點之間位移偏差過大，都會使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成橋梁二次損壞。

彎梁橋由于其曲線外側(cè)長，內(nèi)側(cè)短，質(zhì)量分布不均，若頂升點選取過少，頂升點位置布置不合理，在彎梁頂升過程中可能造成梁體扭轉(zhuǎn)與滑移，產(chǎn)生安全隱患。因此，若有條件，在頂升方案選擇時，應(yīng)選擇頂升支點間距小，頂升同步性好的頂升方案［3］。

PLC同步頂升系統(tǒng)選用多個小型千斤頂頂升作業(yè)，通過布設(shè)的監(jiān)測系統(tǒng)對頂升效果進行實時監(jiān)測，在軟件分析頂升姿態(tài)的基礎(chǔ)上，對參與整個頂升過程的各個千斤頂進行優(yōu)化修正，完成頂升作業(yè)。同時，應(yīng)用PLC同步頂升系統(tǒng)可以適應(yīng)彎梁梁體受力復(fù)雜的特性以及適應(yīng)梁底面高程差異，能夠達到結(jié)構(gòu)物重心平衡與同步頂升的要求，在彎梁頂升作業(yè)應(yīng)用中更有優(yōu)勢。

綜合以上因素，由于PLC同步頂升系統(tǒng)控制界面直觀，易于操作，可以實時控制頂升進度，頂升精度高，頂升點布設(shè)方便多樣等優(yōu)點，該工程選用PLC同步頂升進行梁體復(fù)位與支座更換。

2.2PLC頂升糾偏系統(tǒng)組成

PLC同步頂升系統(tǒng)主要由監(jiān)控、液壓、橫向限位三個主要系統(tǒng)組成［4］。

監(jiān)控系統(tǒng)：PLC控制液壓同步頂升是一種壓力與位移綜合控制的頂升方法。由液壓千斤頂精確地按照橋梁上部結(jié)構(gòu)的實際荷載進行頂升作業(yè)，同時千斤頂與相應(yīng)的壓力、位移傳感器組成閉環(huán)，控制頂升位移與姿態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)主要包含信號采集、處理、分析三個分系統(tǒng)（見圖7）。

圖7　監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)主要由布設(shè)在4個墩柱上的4組100 t豎向薄壁千斤頂及限位塊上的8臺100 t橫向千斤頂組成。千斤頂高度150 mm，行程80 mm。

橫向限位系統(tǒng)：在頂升過程中，為避免箱梁向內(nèi)側(cè)坡的滑移，在4個墩頂外側(cè)（內(nèi)側(cè)坡方向）設(shè)置橫向鋼結(jié)構(gòu)擋塊。在擋塊和箱梁之間采用潤滑的鋼板組合體系，確保不影響豎向頂升施工，并且在偏移較為嚴重的4號墩設(shè)置雙側(cè)橫向擋塊。

3　頂升糾偏方案實施

3.1施工流程

針對橋梁的病害類型確定消除橫向偏移、更換支座為此次橋梁維修的主要目的。根據(jù)工程實際，本次維修的施工流程見圖8。

圖8　維修施工流程

3.2施工方案

根據(jù)橋梁修復(fù)的目標以及施工流程，本次施工主要由頂升方案、橫向糾偏方案與支座更換方案3個主要部分組成。

（1）頂升方案

本次施工采用同步頂升的方式選取頂升設(shè)備，安全系數(shù)取為1.6。根據(jù)支座的形狀系數(shù)計算出支座抗壓彈性模量允許值，得出支座處的受力狀態(tài)，以此來作為橋梁頂升的控制參數(shù)。共設(shè)置48個千斤頂，千斤頂在一個橋墩上的布置如圖9所示。

圖9　千斤頂橫向布置圖

頂升主要分為預(yù)頂升、正式頂升以及落梁3個階段。其中預(yù)頂升主要對整個系統(tǒng)的工作性能進行測試，消除系統(tǒng)頂升過程中可能出現(xiàn)的問題；正式頂升階段同時進行橫向糾偏，頂升以10 mm為一個行程，每個行程結(jié)束后都應(yīng)對橋梁位移均勻性進行分析調(diào)整，然后繼續(xù)頂升，直至頂升到支座可以完全取出為止。

（2）橫向糾偏方案

當梁體頂起到預(yù)定高度后，解除支座約束，使用水平千斤頂推進梁體，利用預(yù)先在千斤頂下鋪設(shè)的四氟板-不銹鋼板作為滑道，將梁體偏位修復(fù)［5］。

實際操作中以0.1為摩擦系數(shù)計算得出需要的水平推力為300 t，為保證一定的安全系數(shù)，選用4臺100 t糾偏千斤頂，布設(shè)在結(jié)構(gòu)擋塊上，進行箱梁復(fù)位操作。同時在豎向100 t千斤頂下鋪一定厚度和面積的四氟板-不銹鋼板形成滑移平面（見圖10）。

圖10　頂推滑道布置

（3）支座更換方案

當梁體頂升到位以后實施支座更換方案。支座取出前應(yīng)統(tǒng)一安放臨時支撐，且在此過程中不可放松千斤頂。取出支座后，統(tǒng)一檢查原墊石平整度，并對其表面進行處理，在重新定位以后安放新支座。支座更換完畢后分步釋放千斤頂來進行梁體復(fù)位，恢復(fù)橋梁運營。

3.3監(jiān)控方案與數(shù)據(jù)分析

本次監(jiān)控主要分為應(yīng)力監(jiān)控、撓度監(jiān)控以及附屬設(shè)施監(jiān)控，共設(shè)置12個置于墩頂處的位移傳感器。以千斤頂一個行程10 mm為監(jiān)控組，以千斤頂最小行程2 mm為步長，設(shè)置0 mm、1 mm、3 mm、5 mm、7 mm、10 mm六個監(jiān)控工況，具體監(jiān)控數(shù)據(jù)見圖11與表1。

圖11　主梁上升高度監(jiān)控

表1　6個監(jiān)測點不同位移下應(yīng)力（單位：MPa）

3.4方案評價

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控結(jié)果，整個頂升過程基本實現(xiàn)了同步頂升（順橋向最終高差控制在3 mm以內(nèi)）。各項應(yīng)力值未達到極限應(yīng)力，即：Δmax=1.785 MPa＜3.51 MPa，其控制應(yīng)力為+0.045 MPa，遠小于規(guī)范允許混凝土設(shè)計值［σ］l=0.8 Rlb=2.4 MPa滿足設(shè)計、使用要求。

4　結(jié)語

針對既有曲線梁橋出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)、偏移、支座破壞等病害，應(yīng)用PLC同步頂升系統(tǒng)頂升糾偏復(fù)位以及更換支座，可以有效消除病害，使橋梁達到原設(shè)計使用狀態(tài)。應(yīng)用PLC同步頂升系統(tǒng)的施工方案，使用效果好，可以達到預(yù)期目的。

PLC同步頂升系統(tǒng)由控制、液壓和橫向限位系統(tǒng)組成，在彎梁頂升糾偏及支座更換時采用此系統(tǒng)可以保證頂升精度與橋梁線形姿態(tài)。使用該系統(tǒng)后，通過分析布設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)表明，PLC同步頂升系統(tǒng)可以在以后的彎梁橋糾偏與支座更換中進行推廣。

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河北石家莊將升級改造47座公園

河北省石家莊市2015年將加快縣城園林綠化建設(shè)步伐，打造高水平園林城市。擬新建、提升綠地850萬m2，其中新建綠地將達到570萬m2。新建10座街旁游園，中心城區(qū)每區(qū)謀劃1～2座小型公園。對47座公園進行升級改造，各縣（市）和礦區(qū)年底前建成至少1座10 hm2以上的綜合性公園，逐步構(gòu)建起親民宜人、綠色健康的城市公園景觀群。

U445.7

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1009-7716（2015）05-0164-04

2014-11-28

尼宏杰（1964-），男，河南漯河人，高級工程師，從事市政工程設(shè)計工作。