湖北楚天联发路桥养护有限公司

［摘要］在分析桥梁支座更换工艺的基础上，对用于支座更换的动力监控系统进行了研究。该动力监控 系统采用“工控机( 可编程控制器( 液压控制系统”组成分布式控制系统，实现执行机构的分散控制、集 中操作，既能满足多液压缸载荷不均衡同步升降，又能够对支座更换过程中各桥梁顶升点的压力、位移和应力 进行实时监控。通过在桥梁支座更换工程中的应用，该动力监控系统的各项性能指标均得到了验证。 ［关键词］桥梁支座；支座更换；桥梁同步顶升；分布式控制系统 ［中图分类号］)［文献标识码］-［文章编号］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。近年来随着桥梁 建设的增加，橡胶支座作为桥梁支座的一种，得到 越来越广泛的应用。然而，由于桥梁的交通负荷载 重及橡胶支座的日久老化等原因，橡胶支座大多受 到了不同程度的损伤，有的甚至危及桥梁的安全， 必须进行更换。同时，不中断或尽量缩短中断交 通时间又对桥梁支座更换提出了更高的要求。 支座更换最常用的方法是桥梁同步顶升施工 法，

文献 均采用该种方法。由于该种 方法施工是在桥梁底面和桥墩之间进行的，可不 中断现有交通，因此得到了越来越广泛的应用。 从已查阅到的文献资料看，现阶段桥梁同步顶升 支座更换法大多以手动操作、人工现场监测、总 指挥协调的方式进行。这种方式不仅工人的劳动 强度大，且存在安全隐患，常常由于协调不顺而 延误工期。随着桥梁支座更换工程的增多，这种 手动操作工作方式越来越力不从心，因此研究多 缸自动桥梁同步顶升动力系统和载荷、位移、应力监 测控制系统在桥梁支座更换施工中的应用迫在眉 睫，具有一定的应用价值。 5 桥梁支座更换工艺 由于桥梁的形式各不相同，有简支和连续， 有箱梁桥、板梁桥和) 形梁桥，支座的形式也有 板式橡胶支座、球冠支座、盆式支座和球形支座 等［，!］，因此桥梁支座更换的工艺过程也不尽相 同，但总结桥梁支座更换工艺过程的相同之处， 可得到如下基本工艺过程。称重（试顶升）：根据施工图纸，确定各 顶升点的位置，以理论计算各顶升点液压缸的承 载力为依据，分级逐步加载，直至桥梁完全脱离 支座（一般% D !EE）。称重是为了找出所有桥梁顶升 点的实际载荷压力，为桥梁同步顶升做好准备。  同步顶升：控制各液压缸桥梁同步顶升，达 到预先设定位移量（考虑施工要求和桥梁的最大 允许变形量，一般取 后自动停止、 调平。 位置保持、支座更换：桥梁同步顶升到位后， 使各桥梁顶升液压缸处于自锁保压、位置保持状态， 进行支座更换施工，如施工时间较长，则需使用 临时支承。落梁（同步下降）：支座更换完毕检查无 误后，由桥梁同步顶升动力系统控制各液压缸在外载 荷作用下同步、缓慢地降落，直到落实为止。 ［收稿日期］［基金项目］天津市科技攻关重大工程项目 ［通讯地址］张承谱，天津大学机械工程学院  （上半月刊） ! 动力监控系统研究 !" # 桥梁支座更换对动力监控系统技术要求  顶升力控制：桥梁结构形式各异，且质 量分布不均，分散布置在其下的液压缸的承载力 也各不相同，动力监控系统应按照各液压缸上部 载荷自动调整压力。称重阶段通过对桥梁顶升力合理 控制完成桥梁试顶升，同时使桥梁的内应力最小。 （!） 位置同步控制：桥梁顶升过程中，为了 防止梁体扭曲、应力集中和开裂，各桥梁顶升点在载 荷不均的情况下必须保持位置同步。

（&）压力、位移、应力实时监控：压力的监 控有助于桥梁顶升力的控制，位移的监控能够保证顶 升过程位置同步，应力监控能够避免内应力集中 而使梁体结构受损。桥梁支座更换过程中，梁体 结构的内应力是由各桥梁顶升点的压力和位移共同作 用的结果，因此在没有应力监控时，可通过对压 力和位移的实时监控判断梁体结构的内应力是否 超过允许值。 !" ! 动力监控系统总体方案 对于桥梁同步顶升支座更换工程，执行机构 液压缸分散布置在大范围内，动力监控系统必须 满足这种执行机构多、布置分散的特点，因此采 用“工控机’ 可编程控制器’ 液压控制系统” 组 成的分布式控制系统，实现执行机构的分散控制、 集中操作，压力、位移和应力的动态实时监控。 动力监控系统的总体构成如图% 所示，由多缸同步 升降动力系统和压力、位移、应力实时监控系统 两部分组成。 多缸同步升降动力系统 如图% 所示，多缸同步升降动力系统包括( 组 相同的泵站，每组泵站由) 个并联液压缸作为其执 行机构，泵站和液压缸可根据工程实际需要自由 配置，进行组合使用。 为了实现多缸施力同步控制的技术要求，每 个液压缸配以电液比例减压阀和压力传感器，组 成快速闭环调压回路，每个液压缸的施力情况直 接受控于电液比例减压阀。液压缸控制回路如图! 所示。 考虑到桥梁升降的平稳性和安全性，升降速 度较慢，最大速度为，根据液压缸的几 图# 动力监控系统构成 图! 液压缸控制回路 何参数，最大流量为。该液压系统属 于高压（012 左右） 小流量系统，如果位置 同步控制采用流量控制元件将很难实现。根据该 液压系统的特点，将电液比例减压阀出口和液压 缸之间的高压软管看作细长孔，流量由下式确定 !  式中#为高压软管长度；" ，为高 压软管孔径；! 为动力粘度；$4为电液比例减压阀" （上半月刊）  出口压力；! 为由载荷产生的液压缸内部压力，即 平衡压力。 通过实时改变电液比例减压阀出口压力!&， 调整高压软管两端的压差，使通过高压软管的流 量实时改变，进而达到控制液压缸速度的目的。 当!& ’ ! 时，" 为正，液压缸大腔供油，活塞伸 出；当!& ( ! 时，" 为负，液压缸大腔回油，活塞 在外载荷作用下缩回；当!& ) ! 时，" ) "，液压 缸停止运动。流量调整不能超过该电液比例减压 阀的额定流量，虽有一定的局限性，但能够满足 工程实际的需要。 压力、位移、应力监控系统 监控系统硬件构成如图* 所示，由上下两层构 成。上层集中在总控柜，工控机（主控电脑） 是 动力监控系统的“心脏”，完成监控信息加工和命 令发送；*! 路+ , - 卡 完成操作指 令输入和工作状态指示；* 轴正交编码卡（./0 1 3**） 完成位移量采集；&, 4 采集卡（./0 1 3%35）完成应力信号采集；6 端口高速78 1 6!! , 639 卡（./0 1 36:;）完成下层泵站和上层工控机 之间的双向通讯。

各板卡和工控机之间通过+8& 总 线通讯，可以根据需要进行功能的再扩展。 图% 监控系统 下层由6 组欧姆龙.0/ 组成，主要用来完成 压力信号的采集和液压动力系统的控制，水平方 向上各.0/ 之间是相互独立的，通过上层的工控 机，各.0/ 之间也可进行数据交换。 % 工程应用 %" & 工程概况 天津市区宾水西道立交桥因施工要求，< 线 上、下行桥3 = %% 轴的>、%" 号墩以及< 线上行桥 !* = !3 轴的!9、!:、!# 号墩的桥梁支座需要进行 更换，因此需要对桥梁进行同步顶升。该立交桥 3 = %% 轴上、下行两联为预应力混凝土三跨连续箱 梁，!* = !3 轴上行一联为混凝土五跨预应力连续 箱梁，箱梁均为独柱结构形式，每个墩柱上有两 组板式橡胶支座。 %" !$ 施工方案 应用研制的桥梁支座更换动力监控系统，对 该桥梁进行同步顶升支座更换。根据工程实际， 该桥梁支座更换工程只对桥梁顶升点压力、位移进行 实时监控。 该工程中，无论是上、下行桥，还是单行桥， 支座的更换均采用单轴同步顶升。单轴同步顶升 时其它各轴仍与支座压实，不处于悬浮状态，可 以有效避免顶升过程中梁体产生水平方向的位移。 由于桥梁底面与墩柱之间距离只有%""?? 左 右，且墩柱的水平面也很小，还需预留一定的支 座更换工作空间，因此很难在墩柱与桥梁底面之 间布置顶升液压缸。该工程利用现有墩柱下方的 承台，搭建钢管立柱支撑，作为液压缸的支承， 这样既可使顶升点分散布置，避免应力集中，又 为支座更换预留了一定的工作空间。 根据更换支座施工的需要，计划第一次将梁 体箱梁结构单轴桥梁同步顶升%"??，使现有支座不受 压，然后进行支座更换。如果桥梁顶升高度不够，再 次桥梁同步顶升至%9??，进行支座更换。在支座更换 期间，液压缸处于自锁保压状态，不使用临时支 承，液压缸自锁保压时间为9@。 %" % 同步顶升支座更换 针对每个墩柱的桥梁顶升，将其分为6 个控制区， 每个控制区布置! 个液压缸和% 个位移传感，图 6A、6B 分别为%" 号墩上、下行墩柱的液压缸和位 移传感器平面布置图和现场布置图。 以%" 号墩支座更换为例，由于有上、下行两 联，%" 号墩有! 个墩柱，如图6A 所示。

每个墩柱 #!" !""#$ %" （上半月刊） 图! 液压缸和位移传感器布置图 箱梁的同步顶升由一台泵站控制& 个区内的’ 个液 压缸来完成。每个墩柱上& 个控制区必须保持同 步，避免由于不同步造成桥梁扭曲；! 个墩柱的’ 个控制区之间也应保持同步，否则将会造成上、 下行两联箱梁之间产生摩擦。 通过称重过程，测得每个顶升点的实际载荷， 随后进行梁体的单轴同步顶升，桥梁顶升速度小于 ())* )+,，同步误差小于- %$ ())，避免因速度过 快、误差太大而造成梁体损伤。桥梁的整个顶升 过程均由操作人员在中央控制室通过主控电脑来 完成。操作人员可通过主控电脑在中央控制室对 任一液压缸进行单独操作，监控其压力和位移， 也可同时对多液压缸进行操作。 该工程桥梁单轴同步顶升的距离是%())，可 满足施工需要，同时不破坏梁体结构。称重和同 步顶升只用时%")+,，桥梁同步顶升到位后，各液压缸 自锁保压，工作人员进行旧支座的拆除、更换， 历时&.。支座更换过程中，操作人员通过中央控 制室的主控电脑监控各控制区内液压缸压力和位 移，如有异常情况，主控电脑发出警报，可及时 进行补偿。 支座更换完毕、检查无误后，可进行落梁， 落梁时的速度和同步误差与顶升时一样。 ! 结论 桥梁支座更换是一项复杂且带有危险性的工 程，如何确保梁体顶升过程中不受损坏是桥梁支 座更换工程的关键。为了保证桥梁支座更换的 顺利实施，本文研究了一套用于桥梁支座更换的 动力监控系统，该系统能够实现多液压缸载荷不 均衡同步升降，同时又能够对支座更换过程中各 桥梁顶升点压力、位移和应力进行实时监控。应用该 动力监控系统，操作人员只需在中央控制室便可 对各液压缸进行控制和监测， 从而完成梁体桥梁顶升。 该动力监控系统除了可用于桥梁支座更换工 程外，还可以用于公路、铁路、轻轨桥梁的定位 安装、

顶升调坡、整体加高。 该动力监控系统各项性能指标如下：同步升 降速度（可调）最大%"))* )+,；位置同步误差小 于- %$ ())；压力控制误差小于!/。 ［参考文献］ ［%］周明华，翟瑞兴$ 公路桥梁橡胶支座更换技术的探讨 ［0］$ 现代交通技术，!""(，（1）$ ［!］周明华，葛宝翔$ 公路桥梁橡胶支座的使用寿命与应 用对策［0］$ 土木工程学报，!""(，（2）$ ［1］席超波$ 桥梁橡胶支座常见病例分析及双控桥梁整体顶升 更换制作方法［0］$ 中外建筑，!""1，（(）$ ［&］秦立方，陈儒生，周庠天$ 北京黄村立交桥橡胶支座 更换施工［0］$ 预应力技术，!""&，（&）$ ［(］马海峰$ 浅析桥梁支座更换施工的方法和措施［0］$ 辽宁省高等交通专科学校学报，!""&，（1）$ ［责任编辑：刘慧彬］

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