今天，我們來給大家分享一篇長距離組合箱梁整體同步頂升施工技術，本文為專業技術資料，感謝中鐵二十局集團第一工程有限公司 趙罡頡技術資料支持，文章由普朗特液壓扳手編輯經過加工編輯，如果需要詳細資料請聯系普朗特液壓扳手編輯索取。

    依托南河特大橋整體頂升施工,研究長距離組合箱梁整體同步頂升施工技術,其中頂升過程中應用力均衡多點變頻調速頂升控制技術、主動施力靜壓支撐機械保護頂開自動控制技術、整體頂升長距離控制系統等,通過鋼筋混凝土抱柱梁托換方式,利用主動頂和隨動頂及 PLC 液壓多點同步頂升控制系統對橋梁進行整體頂升,使橋梁達到設計高程。

    近年來,隨著經濟發展的需要及頂升技術的提高,越來越多橋梁頂升技術被應用于橋梁改造工程中。 橋梁頂升技術在國內橋梁改造和支座更換中應用較廣,且對橋梁液壓同步頂升有初步的研究和小規模工程的應用,但欠缺對跨數多、長距離組合箱梁的研究,且組合箱梁形式的變化和各墩受力特點不同,影響整體頂升同步性,過程控制要求和糾偏標準高。

    一、工程概況

    南河特大橋位于寧杭高速公路溧陽段與蕪申線運河交叉處,于2003 年建成通車。橋位段高速公路處在 8 500m 半徑的圓曲線上,高速公路設計速度120km/h,雙向6車道。北引橋縱坡為1.570% 上坡,南引橋縱坡為
    1、570%下坡,橋梁處豎曲線半徑20000m,路橋分界填土高度約 6. 5m,橋跨布置為10×25m 組合箱梁 + 130m 鋼管混凝土系桿拱+4 ×25m 組合箱梁+(2×20+18+14)m 現澆連續箱梁+4×25m 組合箱梁,組合箱梁為先簡支后連續結構,橋梁總長 659. 44m。 由于橋梁航道凈高不滿足三級航道通航要求,需整體頂升 2. 16m[1] 。

    2、組合箱梁整體頂升施工技術

    2.1 安全系數確定

    為保證安全,組合箱梁引橋每個橋墩的液壓千斤頂和隨動千斤頂總噸位安全系數均>1. 8,由于各千斤頂持力部位剛度不同,在千斤頂初加載階段,應調整各千斤頂頂力接近目標頂力,并保證對稱的千斤頂頂力一致[2] 。采用 Midas Civil 2015 對引橋4×25m上部結構建立結構離散模型,劃分100個單元、101個節點,支點位置節點編號為 1,26,51,76,101。 計算幾何模型如圖 1a 所示。 采用 Midas Civil 2015 對引橋 5×25m 上部結構建立結構離散模型,劃分125個單元、126 個節點,支點位置節點編號為 1,26,51,76,101,126。 計算幾何模型如圖 1b 所示。

    采用 Midas Civil 2015 對引橋(20+20+18+14)m連續箱梁上部結構建立結構離散模型,劃分72個單元、73個節點,支點位置節點編號為1,21,41,59,73。計算幾何模型如圖 2 所示。

    采用PLC液壓多點同步頂升控制系統控制頂升,以位移控制為主,頂升力控制為輔。頂升前設置位移監控點,頂升過程中采用隨動千斤頂跟隨保護,確保頂升施工安全。

    2.2組合箱梁千斤頂布置及分組

    當橋梁基礎設置承臺時,一般以承臺作為頂升反力基礎,當未設置承臺時一般依附于鋼筋混凝土抱柱梁,作為頂升反力基礎;當橋梁下部結構設有蓋梁時,可利用蓋梁作為頂升受力點,當蓋梁寬度范圍內不足以安裝千斤頂時,可澆筑鋼筋混凝土上抱柱梁作為頂升受力點;當下部結構未設置蓋梁時,以梁底對應的橫隔梁實心部位作為受力點。 根據以上原理,組合箱梁引橋頂升采用6種托換形式,分別為A~ F 類。其中A~ E 類墩采用上下抱柱梁頂升,單幅單個橋墩采用8臺200t 液壓千斤頂和 4臺 400t 隨動千斤頂;F 類橋墩采用支撐于橋臺直接頂升,單幅單個橋墩采用 4臺400t 液壓千斤頂和4臺400t 隨動千斤頂。單墩千斤頂分組及控制線路布置如圖3所示。各墩頂升力安全系數如表 1所示

    每個墩臺周圍布置的液壓千斤頂以順橋向結構中心線為界分2 組,同組千斤頂間通過液壓聯通,同一頂升施工段內各組液壓千斤頂分別連接工控泵站。 每組千斤頂附近對應安裝 1 組位移傳感器。泵站及傳感器分別與控制中心相連,頂升過程中各位移傳感器實時將位移數據傳至控制中心,控制中心通過計算機程序實時比較分析位移同步偏差,并根據比較結果調整泵站對千斤頂的供油速度,以調整各組千斤頂的頂升速度,并保持所有同步控制點位移同步,以實現多點同步頂升控制。當控制點位移累計偏差接近設計規定的上限時,單獨頂升修正偏差較大的點,PLC 液壓多點同步頂升控制系統既可以進行多點同步頂升,也可僅頂升部分控制點。

    頂升液壓千斤頂分組如下:橋北岸共用11臺2點泵站,共22個控制點,均采用位移閉環控制方式,于中間跨設置1個頂升總控制室,如圖4a 所示;橋南岸共用13臺2點泵站,共26個控制點,均采用位移閉環控制方式,于中間跨設置1個頂升總控制室,

    如圖4b所示。

    2.3組合箱梁引橋整體頂升施工

    為滿足支撐結構隨頂升進度不斷加高的需要,千斤頂采用倒置的方式安裝于頂升部位底面。 當千斤頂安裝于混凝土構件底面時,先用膨脹螺栓在混凝土構件底面安裝 1 塊吊裝鋼板,再通過螺栓將千斤頂安裝于該鋼板底面,吊裝鋼板應保持水平,與混凝土構件間的空隙采用高強砂漿填實。 千斤頂安裝于鋼構件底面時,千斤頂與鋼分配梁間通過千斤頂底面的吊裝鋼板焊接固定,千斤頂與吊裝鋼板間通過螺栓連接。 由于千斤頂直徑比鋼管支撐直徑小,為使頂升力均勻傳遞至鋼管側壁,采用臺形傳力頂帽,頂帽小直徑一側安裝于千斤頂油缸頂部,大直徑一側與鋼管接觸。組合箱梁整體同步頂升過程中,提前在橋梁對應點 位 布 置 監 測 點, 進 行 實 時 監 測, 整 體 頂 升2. 16m,分多個行程進行,每個行程 10cm,每個行程結束后均需進行測量誤差糾偏。 整個過程是主動千斤頂向上頂升,隨動千斤頂跟隨保護的過程[1] 。

    2. 3. 1 A-D 類橋墩頂升A-D 類橋墩采用上下抱柱梁托換體系,頂升布置如圖 5 所示,傳力體系為原橋基礎→下抱柱梁→上抱柱梁→頂升結構。 在上下抱柱梁間安裝液壓千斤頂和隨動千斤頂,在上下抱柱梁間切斷橋墩進行頂升。 頂升完成后鑿除混凝土上下切割面混凝土,露出豎向主筋,主筋采用擠壓套筒進行連接,綁扎箍筋后支立模板,澆筑連接混凝土,待達到設計強度后再拆除頂升設備。

    2.3.2 E 類橋墩頂升E 類橋墩頂升(見圖 6)采用下抱柱梁作為頂升反力基礎,以梁底對應的橫隔梁實心部位作為頂升受力點,傳力體系為原橋基礎→下抱柱梁→梁底。
    2. 3. 3 F 類橋墩頂升F 類橋墩采用直接頂升法(見圖 7),在梁底與承臺間安裝千斤頂和鋼管支撐結構,傳力體系為原橋基礎→承臺→梁底[5-6] 。 頂升前需解除支座與梁底的連接。 頂升完成后鑿除柱頂豎向主筋,采用擠壓套筒加高主筋、立鋼模澆筑混凝土、鋼抱箍固定模板的方式。3 長距離整體同步頂升控制技術保信號傳輸的準確性。

    3)鋼筋混凝土抱柱梁托換方式確保橋梁整體頂升過程中反力支撐系統的穩定性。

    4)該技術在南河特大橋整體頂升改造施工中已成功應用,取得良好的社會、經濟效益。

    三、計算機液壓同步控制系統

    1、計算機液壓同步控制系統是通過計算機工控軟件控制液壓泵站及配置的液壓組件,利用計算機指令控制液壓千斤頂,然后通過位移及力傳感器把液壓千斤頂壓力變化及頂升距離反饋至計算機屏幕上,便于操作人員了解有關情況并及時調整。該控制系統通過計算機指令控制液壓千斤頂,系統通過力的均衡自動調整各臺千斤頂壓力,在頂升過程中保持各頂升力的平衡性,各頂升點所需頂力值與實際提供值相符。 同時該控制系統通過位移指令控制液壓千斤頂行程,保證各臺液壓千斤頂平移的同步性,力均衡多點變頻調速頂升法是力和位移綜合控制的方法,這種力和位移綜合控制法建立在力和位移雙閉環的控制基礎上[3] 。

    2、頂升控制系統

    傳統頂升工藝往往因荷載差異和設備局限,無法消除油缸不同步對頂升構件造成的附加應力,從而引起構件失效,具有極大的安全隱患。 本工程所用 PLC 液壓多點同步頂升控制技術,從根本上解決該難題,填補我國在該領域的空白,且已達到國際先進水平。PLC 液壓多點同步頂升控制技術是力和位移綜合控制的頂升方法,控制技術建立在力和位移雙閉環的控制基礎上。 液壓千斤頂精確按照橋梁實際荷載,平穩地頂舉橋梁,使頂升過程中橋梁所受

    附加應力下降至最低,同時液壓千斤頂根據分布位置進行分組,與相應的位移傳感器(光柵尺)組成位置閉環,以便控制橋梁頂升的位移和姿態,同步精度為±1.0mm,可保證頂升過程同步性,確保頂升時上部 結 構 的 安 全, 頂 升行程監測采用精度為0.01mm的拉線式位移傳感器[7] 。

    四、結語

    1、采用倒置安裝千斤頂施工方法,解決橋梁頂升過程中每個行程調整千斤頂垂直度及平面位置的繁瑣程序,提高整體施工效率。

    2、長距離控制系統應用技術增強 PLC 液壓多點同步頂升控制系統靈敏度、計算精度與頻率,確保信號傳輸的準確性。

    3、鋼筋混凝土抱柱梁托換方式確保橋梁整體頂升過程中反力支撐系統的穩定性。

    4、該技術在南河特大橋整體頂升改造施工中已成功應用,取得良好的社會、經濟效益。

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