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橋梁同步頂升技術(shù)

文章出處:作者:人氣:-發(fā)表時間:2013/4/30 9:09:17 字體大小:【

 
橋梁同步頂升技術(shù)
 
摘要:橋梁整體頂升技術(shù)的關(guān)鍵在于保證其上部結(jié)構(gòu)的整體性同步頂升,本文主要介紹橋梁同步頂升技術(shù)。
關(guān)鍵詞:PLC系統(tǒng)、同步頂升、監(jiān)測傳感、稱重
隨著海河兩岸改造工程的啟動,位于市內(nèi)跨海河的橋梁的改造開始提上議事日程,這些橋梁具有結(jié)構(gòu)完整,功能完好等特點,部分橋梁更是見證了天津市的歷史,但是這些橋梁由于建造時間比較長,已經(jīng)顯得不能滿足城市進一步發(fā)展的需要,特別是通航高度的不足更是如此。而采用同步頂升橋梁的上部結(jié)構(gòu)是解決通航凈空不足的一個很好的方法。一方面這種方法能夠不損壞現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu),另一方面在頂升過程中能盡可能的減少中斷交通的時間。
橋梁頂升的重點在于保持橋梁上部結(jié)構(gòu)的完整性,要保證橋梁上部結(jié)構(gòu)完整,方法就是保持橋梁上部結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有狀況下同步頂升。這就要求我們采用先進的技術(shù)方法----PLC控制液壓千斤頂同步頂升系統(tǒng)。
一、PLC系統(tǒng)工作原理
PLC壓控制液壓同步系統(tǒng)由液系統(tǒng)(油泵、油缸等)、監(jiān)測傳感器、計算機控制系統(tǒng)等幾個部分組成。
(一)液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)由計算機控制,可以全自動完成同步位移,實現(xiàn)力和位移的控制、位移誤差的控制、行程的控制、負載壓力的控制;誤操作自動保護、過程顯示、故障報警、緊急停止功能;油缸液控單向閥可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓,從而保證負載有效支撐等多種功能。該系統(tǒng)已在上海音樂廳整體頂升與平移工程中成功運用。
A2F型高壓柱塞泵,單向閥、蓄能器、壓力傳感器及電磁溢流閥組成電子卸荷節(jié)能供油回路,穩(wěn)定地為系統(tǒng)提供30.00-31.5 MPa的油壓(尖峰壓力值35Mpa)。在每一個頂升缸的下腔接有減壓閥,根據(jù)實測到的各頂荷重壓力,將減壓閥的零背壓出口壓力調(diào)至比實際荷重壓力低2.0MPa;即減壓閥的零背壓出口壓力=實測到的各頂荷重壓力-2.0MPa。減壓閥共有三個油口;進油口、出油口、回油口,如果減壓閥的調(diào)定壓力為P0,而回油口的壓力為Pc,則出油口的壓力為Po+Pc,從圖一可知回油口壓力受比例伺服閥控制,當比例伺服閥的出口壓力Pc為2.0 Mpa時,頂升缸的總推力與頂升物的自重平衡,當Pc>2.0 MPa時頂升物將起升,而當Pc<2.0 MPa時頂升物將回落。于是由若干個減壓閥、一個比例伺服閥、一個壓力傳感器組成的力閉環(huán)回路與若干個頂升缸一起,組成了一個比例受控組件,這個組件與外部的位移傳感器構(gòu)成位置閉環(huán)系統(tǒng),依靠位置閉環(huán)系統(tǒng)可實現(xiàn)精確的位置控制。
為了避免Pc變化范圍過大,造成舉升過快,比例伺服閥的進油口油壓降至8.0-10.0 MPa,它由減壓閥將主回路的油壓降壓后供給。為了提高比例伺服閥的閉環(huán)穩(wěn)定性在比例伺服閥的供油回路接有蓄能器。
在每一個頂升缸的下腔,另接有液控單向閥和測壓接頭,只要電磁閥一斷電,液控單向閥立即關(guān)閉,確保頂升缸不至帶載下滑。通過測壓接頭可向頂升缸內(nèi)少量補油。
正常工作時,電磁閥的電磁鐵A始終通電。電磁閥的中位,用于頂升油缸完成一步頂升時進行支墊,當電磁閥處于中位時,頂升缸上下腔油壓均為零,關(guān)閉液控單向閥后,可以拆裝油管。當電磁鐵B通電時,頂升缸處于空載快速回縮狀態(tài)。為避免舉升或回縮時速度過快,在電磁閥的進油口接有調(diào)速閥,它可控制頂升缸的最大運動速度。
除單向閥、壓力傳感器、壓力表、測壓接頭裝在千斤頂以外,其他的元件包括控制電器組裝在一個液壓泵站內(nèi),液壓站與千斤頂之間用3根軟管相連接,分別是進油管、回油管、控制油管,這樣就組成了一個完整的液壓系統(tǒng)。
比例閥、壓力傳感器和電子放大器組成壓力閉環(huán),根據(jù)每個頂升缸承載的不同,調(diào)定減壓閥的壓力,若干個千斤頂組成一個頂升組,托舉起橋梁上部結(jié)構(gòu),但是如果僅有力平衡,則橋梁的舉升位置是不穩(wěn)定的,為了穩(wěn)定位置,在每組中間安裝監(jiān)測傳感系統(tǒng)進行位置反饋,組成位置閉環(huán),一旦測量位置與指令位置存在偏差,便會產(chǎn)生誤差信號,該信號經(jīng)放大后疊加到指令信號上,使該組總的舉升力增加或減小,于是各油缸的位置發(fā)生變化,直至位置誤差消除為止。由于各組頂升系統(tǒng)的位置信號由同一個數(shù)字積分器給出,因此可保持各個頂升組同步頂升,只要改變數(shù)字積分器的時間常數(shù),便可方便地改變頂升或回落的速度。
技 術(shù) 指 標
液壓系統(tǒng)工作壓力 31.5Mpa
頂升缸推力 200T
頂升缸行程 140mm
偏載能力 5。
最大頂升速度 10mm/min
組內(nèi)頂升缸控制形 壓力閉環(huán)控制、控制精度≤5%
組與組間控制形式 位置閉環(huán)控制、同步精度 ±5.0 mm
(二)監(jiān)測傳感系統(tǒng)
監(jiān)測傳感系統(tǒng)在整個頂升平移系統(tǒng)中非常重要,是我們獲得數(shù)據(jù)信息的主要來源。它的靈敏度將直接影響到頂升的同步精度。監(jiān)測傳感系統(tǒng)主要是由光柵尺、信號放大器、傳感線路及計算機組成,其中最重要的就是光柵尺,它的分辨率能達到0.005 mm。
光柵尺的主要作用是監(jiān)測頂升的相對位移,然后將測得的位移數(shù)據(jù)通過信號放大器的處理,把經(jīng)過放大后的信號通過傳感線路傳送到計算機,由計算機進一步處理所收集到的數(shù)據(jù)信息。光柵尺的布設(shè)直接影響到監(jiān)測的準確性,合理的布設(shè)光柵尺能客觀地反映出整體的位移姿態(tài)。所以在劃分控制區(qū)域時,要考慮到光柵尺的架設(shè)的位置是否能客觀地反映該控制區(qū)域的整體位移。當然,光柵尺架設(shè)時應(yīng)保證它的垂直度,盡量減少人為造成誤差,保證光柵尺的精度。
(三)計算機系統(tǒng)
核心控制裝置是西門子S7-200系列的CPUS7-224,采用按鈕方式操作,并通過觸摸屏顯示各個頂升油缸的受力參數(shù),還可連接打印機,記錄頂升過程數(shù)據(jù)。系統(tǒng)安裝了UPS電源,即使意外斷電,也可確保數(shù)據(jù)和工程的安全。
計算機系統(tǒng)是整個PLC系統(tǒng)的核心,他把由監(jiān)測傳感系統(tǒng)所收集到的數(shù)據(jù)進行分析處理,并把處理后的數(shù)據(jù)反饋給液壓系統(tǒng),由液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)各千斤頂油壓,從而保證整個頂升系統(tǒng)同步性。

二、頂升系統(tǒng)控制原理
(一)控制區(qū)域劃分
首先我們對橋梁結(jié)構(gòu)作初步的受力分析,通過對橋梁結(jié)構(gòu)的分析計算橋梁各支座的支座反力,初步估算出橋梁的重量,根據(jù)各支座的支座反力來確定千斤頂?shù)姆植,以及選用相應(yīng)級別的千斤頂,并確定光柵尺的布設(shè)。例如獅子林橋抬升工程:
首先分析橋梁的結(jié)構(gòu)形式老橋為簡支懸臂中間掛孔形式,在只有4個光柵尺和4臺泵站,只能組成4個閉環(huán)回路的情況下,如果采用每墩布設(shè)一個光柵尺和由一臺泵站控制的閉環(huán)回路,容易產(chǎn)生橫向傾覆.這就要求我們對橋梁的荷載分布進行分析。根據(jù)老橋的設(shè)計施工圖紙的分析,初步確定出各支座的荷載分布(見下表)
獅子林橋老橋(1974年)支座反力表
支座位置 一期恒載 (kN) 二期恒載(kN) 活載 合計(kN)
汽—15(kN) 掛車100 4列汽車 1*掛
邊墩 2737.5 180 354 943 1090.32 1037.3 4007.82
中墩 10313.5 2202 791 1641 2436.28 1805.1 14951.78
從而確定橋梁的荷載主要分布在中墩,這就要求光柵尺的布設(shè)要準確地反映整個橋梁的整體姿態(tài),從而保證中間掛孔的安全性。在這種情況下我們只能把光柵尺架設(shè)在中墩保證中墩的位移姿態(tài),這就要求在劃分控制區(qū)域時保證中墩的姿態(tài),即將中墩和邊墩從縱向一分為二,來劃分區(qū)域邊讀采取人工監(jiān)測,起到人工校核的作用,并通知總控人員及時調(diào)整液壓系統(tǒng),具體劃分見圖
根據(jù)初步的受力分析,可以確定千斤頂?shù)姆植,是否可以滿足該頂升點荷載壓力.在確定千斤頂?shù)姆植紳M足頂升要求后,通過稱重來確定各頂升點的實際荷載,從而確定各千斤頂?shù)脑O(shè)定荷載值。
(二)稱重
根據(jù)對設(shè)計施工圖紙初步受力分析,確定荷載的大致分布,按荷載的分布計算各千斤頂?shù)睦碚撠撦d油壓設(shè)定千斤頂?shù)某跏加蛪海捎弥鸺壖虞d的方式進行稱重。初始值按50%和在加壓,按10%的荷載逐級加壓,根據(jù)各頂升點產(chǎn)生的實際位移量,來確定出各頂升點的荷載是否分布均勻,從而有主控人員來確定對各千斤頂油壓的調(diào)節(jié)使各頂升點位移量相對平均,從而保證頂升過程的同步進行。當整個橋梁的頂升高度在5~10mm時,即整個橋梁處于懸浮狀態(tài),就證明各頂升點處的荷載與該千斤頂?shù)呢撦d值相一致。在此基礎(chǔ)上是頂升1-2cm以確定是否可以以改廁定制進行頂升,該千斤頂?shù)挠蛪褐担褪俏覀冏罱K的稱重結(jié)果。根據(jù)所測得的油壓值可以計算出橋梁的實際重量:
G橋=Σσ*S/9.8
σ----千斤頂油壓值(Mpa)
S----千斤頂油缸的截面面積(mm2)
(三)頂升
根據(jù)稱重結(jié)果設(shè)定好千斤頂?shù)某跏脊ぷ髦岛螅此鶞y得的油壓值-2Mpa,開始由PLC系統(tǒng)進行自動控制,即控制壓力>2Mpa時系統(tǒng)進行頂升工作,控制壓力<2Mpa時進行落梁工作,當控制壓力=2Mpa時橋梁處于懸浮狀態(tài)。
當然,PLC系統(tǒng)是根據(jù)光柵尺反映的位移量來調(diào)節(jié)組與組之間頂升速度,通過速度的調(diào)節(jié)來保證位移的一直,從而保證整個橋梁的同步頂升。
光由PLC系統(tǒng)自行控制是遠遠不夠的。因為在頂升過程中意想不到的事情有很多,這就要由主控人員根據(jù)實際情況來決定是否調(diào)整各千斤頂?shù)挠蛪褐,以便輔助PLC系統(tǒng)達到同步頂升。
因為光柵尺反映的位移是點位移,并不能反映多點位移,所以還要有人工布設(shè)多點進行位移監(jiān)測,并及時報告主控人員,以便主控人員可以更全面地掌握頂升的位移及姿態(tài)。
當然權(quán)威的橋梁檢測部門,在頂升過程中對橋梁的應(yīng)力、應(yīng)變情況的全程檢測的監(jiān)測數(shù)據(jù),也是主控人員要掌握的數(shù)據(jù)信息之一。以便對頂升過程是否對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,并合理評價結(jié)構(gòu)受外力作用的影響,以便及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響,確保結(jié)構(gòu)的安全。
三、結(jié)束語
橋梁同步頂升技術(shù)的應(yīng)用對于在保持橋梁上部結(jié)構(gòu)的完整性的同時,抬升橋梁來滿足通航要求,有著非常重要的意義。它既節(jié)省了投資的成本,又縮短了施工工期,對交通的壓力影響較小。

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