PLC液压控制系统在桥梁整体同步顶升中的应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇PLC液压控制系统在桥梁整体同步顶升中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要： 新建桥梁与原有旧桥梁的对接如何进行，尤其是对刚投入使用不久的桥梁改造，应从经济、环保、交通、使用价值安全等多方面考虑。桥梁整体可靠程度将直接影响桥梁结构的安全度和耐久性，plc液压控制系统能够有效解决桥梁上部结构在顶升、降落过程中同步位移的难题，保证桥梁的整体性。
Abstract： For how the new bridge dock with the old bridge， especially for the bridge just put into use for a little time， it should consider from many aspects， such as the economic， environmental protection， transportation， use value safety. The reliability of the whole bridge will directly affect the safety and durability of the bridge， PLC hydraulic control system can effectively solve the synchronous displacement problems in jack-up and landing of the bridge superstructure and ensure the integrity of bridges.
关键词： PLC液压控制；旧桥改造；桥梁整体同步顶升
Key words： PLC hydraulic control；old bridge transforming；synchronous jacking of the whole bridge
中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）21-0118-04
0 引言
随着交通行业不断发展，为缓解交通压力，促进经济发展，大力发展立体互通立交已成为社会共识，高架桥和立体式互通立交改造迫在眉睫。新建桥梁与原有旧桥梁的对接如何进行，尤其是对刚投入使用不久的桥梁改造，应从经济、环保、交通、使用价值安全等多方面考虑。
为避免旧桥拆除而新建造成资源浪费，采用对旧桥梁整体顶升工艺与新桥梁顺接。桥梁整体可靠程度将直接影响桥梁结构的安全度和耐久性，PLC液压控制系统在保证桥梁稳定性方面，发挥着非常重要的作用，通过合理、科学处理桥梁顶部结构以及同步位移的问题，切实提高桥梁的质量。
PLC液压控制系统在实际运作过程中，其使用到的原理，就是先对桥梁的实际重量进行精确称重，在此基础上使用合适的高压液压千斤顶，平稳的举升桥梁，这种方法，可以有效降低桥梁受到的附加内应力作用，并且液压千斤顶根据分布位置分成组，与桥梁两侧的位移传感器组成位Z闭环，这样就可以更好地控制桥梁顶升的位移和姿态，同步精度达到±2.0mm，在这方面，我国的施工技术工艺已达到国际先进水平。
1 PLC液压控制系统介绍
计算机PLC液压控制桥梁整体多点位移同步顶升系统，是一项比较复杂的系统，其中应用到的技术较多，在实际作业过程中，需要融合多种技术，例如数字的传输和监控、液压传动控制、计算机数字信号的处理、机械设备的感应技术等，通过这些技术的综合运用，可以实现桥梁的安全安装。
在PLC液压控制桥梁位移同步顶升系统中，比较重要的环节就是，分析系统对计算机采集到的位移传感信号，进行科学准确的分析判断。
这个过程需要用到一些专业的计算机模块处理程序，通过对相关采集数据、图像的精确分析，科学确定系统的整体控制节奏，并将数字控制信号，传输到电磁阀组，在电子阀组以及相关感应器件的作用下，实现液压单元同步控制的目的。
在该系统中，液压控制阀组的功能要适应系统的整体功能要求，其构成部件主要为精密节流阀、溢流阀、电磁截止阀、液控单向阀等，在液压阀组工作时，通过高压油泵提供压力，然后高压油泵将压力油液输送到顶升单元，终端使用精密油压千斤顶作为液压作业单元完成系统的顶升作业。
2 桥梁整体同步顶升施工工艺流程
桥梁整体同步顶升施工工艺流程见图1。
3 顶升体系安装
3.1 安装钢支撑
①支撑系统采用直径609mm×壁厚16mm钢管支撑；安装过程中采用机械配合人工进行安装。
②钢管支撑与原墩身间留5cm空隙，在顶升时用转换接头将直径609mm×壁厚16mm钢管支撑转换为直径500mm×壁厚16mm的钢支撑，保证后续墩身拆除及墩身混凝土接高施工方便。在安装钢支撑时要严格控制其垂直度不超过0.5%，以防止在顶升时出现倾斜失稳的情况。
3.2 钢支撑加固
用槽钢焊接与桥台处的钢支撑连接成一个整体，并用型钢逐排逐列搭设剪刀撑，支撑体系连结成一个整体。（图2）
3.3 纵、横向限位装置
①在桥梁的两头设置横纵向的限位装置，避免桥梁在顶升过程中产生横向或者纵向的偏移。横向限位装置在低处端制作。
②具体纵横向限位装置结构详见图3、4的桥梁纵、横向限位装置布置图。
3.4 千斤顶布置及安装
3.4.1 千斤顶布置
千斤顶的选用及布置由施工环境及设计图纸决定，并经过详细的受力验算，一般考虑结构自重偏差系数1.1及2倍的安全储备，保证顶升的施工顺利进行。
3.4.2 千斤顶安装
①千斤顶上设置钢板以分散集中力，在钢板上按照吊顶钢板四周槽口的位置焊接螺栓，利用螺栓将吊顶钢板固定在分散集中力钢板上。
在分散集中力钢板与吊顶钢板之间按照需要调整的坡度填塞楔形钢板，使吊顶钢板保证水平。
②在安装分散集中力钢板和分配梁时，因梁底可能有凹凸不平处，致使分散集中力钢板和分配梁无法和梁体完全紧贴接触，出现上述情况时，若缝隙小于5mm则采用楔形钢板填充塞实，若大于5mm则采用灌浆料或水泥浆填充补实。在安装分散集中力钢板时，由监控单位对梁底进行检测，如若出现空洞等情况，应按要求用环氧修补砂浆对梁底空洞处进行修补。
3.5 顶升控制区域划分及液压系统布置
①每个桥墩的单个墩柱上的千斤顶作为一组进行控制，每组千斤顶中心位置与梁底板间设置一个监控点。
②每个监控点均设一台拉线传感器，精度为0.01mm。控制区域设置拉线传感器控制位移的同步性，根据桥梁的结构，位移同步精度控制在2mm。
③拉线传感器上侧固定在梁体上，下侧固定在原墩台上，通过信号线将位移量传递到控制电脑上。拉线传感器量程为1000mm。
4 顶升
4.1 在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升高度7mm。在试顶升前须对原桥梁结构现状线形进行全面测量，以便后续正式顶升监测对比参照。
4.2 顶升时首先加载至理论顶升力的80%，之后缓慢加载直到梁体与支座分离，再顶升达到5mm垂直位移后，停机10分钟，检查桥梁各支顶部位和顶升支架有无变形和加载点有无局压破坏。
4.3 进行正式顶升时，每一顶升标准行程为100mm，最大顶升速度5mm/min。
4.4 箱梁顶升每个步阶（一个循环）有5个关键的工艺环节。
第一环节，千斤顶顶升撑起梁体；
第二环节，随动装置随千斤顶的升高而升高，防止顶升千斤顶出现特殊情况导致梁体回落；
第三环节，千斤顶顶升100mm+3mm后停止动作，由千斤顶受力，将随动装置回油并加高随动装置处钢支撑；
第四环节，千斤顶缓慢回油下降，梁体荷载转换至随动装置上；
第五环节，千斤顶活塞回缸到底，加高千斤顶位置钢支撑。
为确保整个顶升过程中操作人员和临时支墩的安全，顶升时千斤顶和临时支墩的压力不容许超过设计压力的10%。
4.5 顶升总流程如图5所示。
5 顶升控制事项
5.1 正式顶升环节要点
在该过程中，需要主要的重要事项如下：
①操作：要根据预设荷载进行加载和顶升；
②观察：仔细观察相应部位以及实际测量的情况；
③测量：保证测量点位数据、位置、方位的准确，对重要的数据要进行反复测量验证；
④校核：相关的工作领导小组，要根据以往的类似施工经验，对测量的相关数据进行综合分析，对差异较大或者比较突出、明显的数据进行二次测量；
⑤分析：对于存在较大偏差的测量数据，各个工作程序、步骤的技术人员，要进行认真分析，并找出原因；
⑥决策：在综合分析的基础上，对下一步工作做出科学合理的决策。
5.2 顶升注意事项
①在具体作业时，要根据桥梁的结构对其顶升高度进行适当调整，一般情况下，顶升高度高于钢垫块厚度100mm即可，顶升是非常重要的作业程序，关系到桥梁整体的结构稳定性和质量水平，因此，各方需要密切协作，相互支持配合；
②做好必要的检查、巡视工作，发现问题后及时向控制中心汇报；
③要注意结构顶升足够的空间，清除其中的相关障碍物；并且严禁顶升作业时，非专业技术工作人员进入现场。
5.3 顶升过程控制
①顶升过程需要控制的关键点就是拉线传感器同步位置的误差，一般来说，其误差要控制在2mm以内，如果出现位置误差大于2mm的情况，或者液压系统中任何一缸的压力误差超过5%，则需要立即关闭液控单向阀，依次来确保桥梁的基本安全。
②在桥梁的顶升过程中，要对相关的焊接点位、顶升系统的垂直度、基础沉降等进行实时监测，发现异常情况的要即使停止作业，避免发生作业事故。
③要及时对顶升作业的相关数据进行分析，通过调取计算机相关显示数据，综合各项测量数据，对观测点的各种情况进行科学分析，发现异常情况的，要及时做好处理。
5.4 顶升过程中可能出现的故障及应急处理办法（表1）
6 材料与设备
根据项目具体要求准备材料、机具，其主要材料、机具为：各种类型的千斤顶、同步智能控制系统、监测系统、钢支撑、高压油泵、高压油管等。进行施工时，可根据现场情况进行调整。
7 质量控制
7.1 标准要求
结构施工质量执行《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011），钢支撑等焊接满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001），其他等参照国家现行技术规范、标准执行。
7.2 元件的可靠性检验
本系统选用的元件均为Enerpac的优质产品或国际品牌产品。在正式实施顶升前，将以70%-90%的顶升力在现场保压5小时，再次确认密封的可靠性。
7.3 系统的可靠性检验
液压系统在运抵现场前进行63MPa满荷载试验24小时，进行0-63MPa循环试验，使系统无故障无泄漏。
7.4 液压油的清洁度检验
本系统的设计和装配工艺，除严格按照污染控制的设计准则和工艺要求进行外，连接软管再进行严格冲洗，封口后移至现场，现场安装完毕进行空载运行，以排除现场装配过程中，可能意外混入的污垢。系统的清洁度应达到NAS9级。
7.5 力闭环的稳定性检验
所谓力闭环就是当系统设定好一定的力后，力的误差在5%内，当力超过此范围后，系统自动调整到设定值的范围；力闭环是本系统的基础，力闭环的调试利用死点加压，逐台进行。
7.6 位置闭环的稳定性检验
当系统给拉线传感器设定顶升高度后，顶升高度超过此高度系统自动降至此高度，当顶升高度低于此高度系统自动升至此高度，保证系统顶升的安全性与同步性。
8 应用实例
8.1 燕山立交改造工程
G104济南连接线二环东路高架桥工程燕山立交桥梁改造方案，即把燕山立交北侧的3联170米的桥梁进行顶升，使旧桥标高达到本项目的设计标高，然后与本项目桥梁连接为一体。
由于顶升范围的桥梁位于燕山立交变宽段上，桥梁宽度由26米～47米不等，桥梁上部结构自重大，燕山立交跨线桥是利用顶升的方法来达到其要求墩位高度，墩位顶升高度从0.358米到4.139米不等，该桥梁设计为左右两幅。
第一联，每幅共三跨，每跨20米，共（3×20=60）60米；
第二联，每幅共三跨，每跨20米，共（3×20=60）60米；
第三联，每幅共两跨，每跨25米，共（2×25=50）50米。
8.2 段店立交X匝道顶升工程
位于济南市段店立交X匝道第一联，原箱梁结构为：17.56m+3*20m+17.56m钢筋混凝土连续箱梁，该联位于变宽段内，南端接X匝道第二联和C匝道，桥梁全宽从16.25m渐变到25.37m，下部结构根据桥梁宽度不同分别采用双柱或三柱式桥墩。
5号墩为共用墩，1～4号墩为连续墩，0号台为桩基U型台，基础为承台加灌注桩基础。
8.3 段店立交Y匝道顶升工程
本工程位于济南市段店立交Y匝道第十联，原箱梁结构为：17.1m+3*20m+17.1m钢筋混凝土连续箱梁，该联位于等宽段内，桥梁全宽16.25m，下部结构采用双柱式桥墩，31号墩为共用墩，32～35号墩为连续墩，36号台为桩基U型台，基础为承台加灌注桩基础。
以上工程通过此工艺进行改造，节省了工期，顶升一座桥梁需要45天左右，而拆除新建同等规模桥梁至少需要90天；减少了由于拆除新建桥梁带来环境污染和资源浪费，避免产生大量的砼废弃物，带来了可观的经济效益和社会效益。
9 总结
PLC液压控制系统适用于所有大跨径、多桥孔连续箱梁桥等大吨位桥梁支座的更换和桥梁上部结构为带有横向联系构造的各类梁式桥的支座更换和维修，以及因桥下净空或桥头接顺需要而进行的桥梁上部结构整体抬升；适用于由施工工艺需要带来的大型结构物整体竖向落架工作的工程项目；适用于大型现浇混凝土结构的浇筑支撑结构进行基础沉降竖向位移补偿，及其他需要同等精确度的同步位移作业工程项目。
参考文献：
[1]席超波.桥梁橡胶支座常见病害分析及双控整体顶升更换支座方法[J].中外建筑，2003（5）：88-89.
[2]单成林，奉翔.桥梁加固改造中的整体顶升施工[J].中南公路工程，2002，27（3）：79-80.
[3]黄志忠，杨伟，陈秋香.基于PLC与变频器控制的带锯床自动下料设计[J].河南工程学院学报（自然科学版），2011（03）.
[4]刘吉涛，张国成，罗果萍，王永斌，吴胜利，周胜刚.包钢球团合理配矿及链篦机工艺制度的优化研究[J].烧结球团，2014（04）.
[5]杨栋杰，刘雅政，周乐育，李亚欣，井溢农，杨维宇.热处理工艺对27SiMn钢力学性能的影响[J].北京科技大学学报，2012（S1）.
[6]何建中，丰小冬，刘金.液压支架用无缝钢管轧制开裂原因分析[J].北京科技大学学报，2012（S1）.
[7]王晓丽，宋波，智建国，高明星，陈沅，安胜利.稀土对V微合金重轨钢高温塑性的影响[J].特殊钢，2012（05）.
[8]陈历耿，朱绍锋，吴毅彬.沪宁高速公路既有桥梁维修加固及施工技术[J].城市道桥与防洪，2010（07）.