1、第十二部分 施工期科研试验计划第一节 施工期索塔模板系统、塔吊、电梯等设备稳定分析研究1. 索塔模板系统、塔吊、电梯有限元模型建立上海崇明越江通道 B5 标段索塔模板系统、以及塔吊、电梯系统进行静载下的数模稳定分析，首先需要将这个施工过程进行分阶段考虑，即考虑几个不同的工况。最为主要的两个不利的工况即为最后一个钢锚箱吊装状态，以及最后一段斜塔柱施工状态。在建立有限元模型时，需要同时考虑桥塔、塔吊和电梯的相互作用，因此需要这三种模型并存。已建成的桥塔结构可以采用梁单元，模板系统以及正在施工的桥塔单元可以使用实体单元，而与正在施工的桥塔单元相连的已建成的桥塔单元采用适当的实体单元进行过渡。塔吊、电
2、梯单元采用桁架梁单元进行模拟。2. 索塔施工期索塔及附属施工机具静载稳定分析施工期间，需要对索塔以及相应的施工机具的安全性进行分析研究，首先需要分析的是这些结构或者附属设施在静载作用下的稳定性能。模板系统的最不利工况主要考虑两种情况下的稳定分析，一种是尚未浇注混凝土，另一种则是混凝土浇注完毕之后。另外再考虑两种不利的模板位置即塔顶和斜塔柱顶部。这样就可以用这四种情况来研究模板系统的稳定性。对于塔吊而言，最不利的情况莫过于塔吊处于最高位置，即位于塔顶这种情况，相应的荷载考虑吊装最重一件物件并组合静风荷载时塔吊结构的稳定性。对于电梯系统稳定性的研究，与模板系统比较一致，即载物和不载物，以及桥塔施工
3、至斜塔柱顶部和施工至塔顶，这几种情况相组合研究电梯系统在风荷载作用下的上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体5197稳定性。198第二节 上塔柱钢砼结合段工艺试验1 试验的目的及意义上海崇明越江通道 B5 标段主塔为“人”字形独柱钢筋混凝土索塔。塔柱高约212m。塔柱断面采用空心箱梁断面，斜拉索锚固区采用钢锚箱结构，斜拉索采用空间扇形双索面布置。斜拉索锚固区是将斜拉桥的上部结构自重和所承受的所有外荷载传递到索塔的重要结构，由于锚固区承受强大的集中力作用，其构造和受力状态均较为复杂，是索塔施工的关键部位，锚固区结构的施工质量好坏
4、，直接影响到整个大桥的安全。本试验的目的是，通过上塔柱钢砼结合段的节段模型工艺试验和数据分析，研究结合段的钢筋、劲性骨架、混凝土与钢锚箱相互间施工顺序，混凝土浇筑分层厚度、振捣方法、养护方法，以及钢砼结合段的最佳施工时机，为钢砼结合段施工阶段提供最佳施工方案，确保钢砼结合段的施工质量。2 试验的主要内容选取有代表性钢砼结合节段，进行节段模型试验。按施工实际条件进行劲性骨架安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑以及混凝土养护。根据试验进行数据记录和分析，对索塔锚固区钢砼结合段的施工工艺进行评定，提供分析和试验报告。3 试验方法及主要仪器设备3.1 试验方法索塔锚固区是关系到大桥整体结构安全的关键部位，锚固区
5、施工质量由索塔施工工艺来保证。因此，在钢砼结合段施工前，结合现场的具体条件，有必要进行钢砼结合段工艺试验。上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体51993.2 试验模型试验模型选取有代表性的节段模型，按结构施工图的设计要求制作，边界条件按施工阶段的实际条件。3.3 采用的主要仪器设备 本课题采用的主要仪器设备见下表。编号 仪器名称 型号 用途1 拖泵 HBT90CH-2122D 浇筑砼2 履带吊 600KN3 振捣器4 搅拌站 50m3/h 混凝土生产5 焊机4 研究时间本课题总体研究进度应配合施工进度进行，在研究期间应不定期
6、提交专题中间报告和相关研究成果，供施工、设计参考。5 成果按试验内容提供试验报告及相关成果，包括必要的图纸、说明、原始的相关资料及分析结果，提供电子文档形式。200第三节 钢锚箱制作工艺试验上海崇明越江通道 B5 标段索塔钢锚箱是索塔重要组成部分，钢锚箱承受较大的集中荷载，是重要的传力结构。钢锚箱结构复杂，钢板厚度大，箱内空间小，加工焊接难度大。为了保证钢锚箱的制造质量，在开工前应进行相关的试验。1 材料机械性能试验（材料复验）1.1 试验目的复查材料是否符合图纸要求及桥梁用结构钢 （GB/T714 2000）的有关规定。1.2 试验主要内容对钢锚箱原材料，进行拉伸、侧弯、冲击韧性等力学性能试
7、验，确定材料的机械性能，提交试验及分析报告。1.3 试验方法在母材上沿钢材轧制方向割取试块，机加工成拉伸、侧弯、冲击等各类标准试件，并在相应的试验机上进行试验。钢材按同一厂家、同一材质、同一板厚、同一出厂状态每 10 个炉（批）抽验一组试件。1.4 试验时间钢锚箱开工之前。上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体52012 焊接工艺评定试验2.1 试验目的确定焊接材料及焊接电压、电流、速度等技术参数，为编制焊接工艺提供依据。2.2 试验主要内容1）焊接工艺评定条件与产品条件相对应，试验必须使用与产品相同的钢材及焊接材料，试件焊接
8、环境也应与产品焊接环境相同。2）焊接工艺评定均应进行对接接头试验和 T 型接头试验。3）对接接头进行接头拉伸试验，焊缝金属拉伸试验，接头侧弯试验，低温冲击试验，接头硬度试验，T 型接头进行焊缝金属拉伸试验，接头硬度试验。4）根据试验结果提交试验报告。2.3 试验方法试板焊接完成后进行外观检查，然后进行全长超声波探伤。对接焊缝还应在200300mm 的长度范围进行 X 射线照相。检查合格后，在试验的有效利用长度内截取样胚、机加工成各类标准试件。对接接头进行接头拉伸试验、焊缝金属拉伸试验、接头侧弯试验、低温冲击试验、接头硬度试验、T 型接头进行焊缝金属拉伸试验、接头硬度试验。2.4 试验时间钢锚箱
9、开工前。3 剪力钉焊接工艺评定试验3.1 试验目的确定焊接参数及方法，为制定剪力钉焊接工艺实施细则，以及质量标准提供依据。2023.2 试验内容剪力钉焊接工艺评定试验的内容包括：电流、电压、施焊时间、弯曲试验（30无裂纹） 、剪力钉根部全熔合。3.3 试验方法采用钢锚箱相同的母材及剪力钉，进行多组电弧螺柱焊，检验、分析、评定，提交剪力钉焊接工艺评定报告。3.4 试验时间在剪力钉焊接到钢锚箱之前，进行剪力钉焊接工艺评定试验。4 试验设备4.1 试验设备拉力试验机 1 台弯曲试验机 1 台冲击试验机 1 台4.2 试件加工设备交流电焊机 1 台直流电焊机 1 台埋弧自动焊机 1 台CO2 气体保护
10、焊机 1 台电弧螺柱焊机 1 台4.3 检测设备超声波探伤仪 1 台X 射线照相机 1 台上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体5203第四节 施工期斜拉索振动分析及减振措施研究根据对国内外大跨度斜拉桥拉索振动研究成果和实桥观测结果分析，斜拉索振动主要包括以下三种类型：（1）涡激振动：由涡流脱落引起，为圆形截面的拉索容易发生的振动。（2）风雨激振：在风雨共同作用下的拉索振动现象。拉索上形成的雨线改变了圆形断面的气动特性，从而引发了拉索的振动。（3）参数振动和线性内部共振：当桥面或索塔的振动频率和拉索的横向振动频率成整倍数关系时
11、，微小的桥面振动产生的拉索张力变化能激起较大振幅的拉索横向振动，拉索的振动频率与拉索张力有关，张力周期性改变会引起频率的周期性改变，而频率是振动系统的参数之一，所以称为参数振动。另外，当桥梁整体的某一振型的固有振动频率与某一拉索的自振频率相近时，也会引起拉索的共振，称为线性内部共振。1. 研究目的斜拉桥的拉索在施工阶段易于在风的直接或间接激励的作用下发生振动。为了减小拉索在施工阶段的振动，保证施工安全性，需要研究上海崇明越江通道长江大桥在最大双悬臂状态和最大单悬臂状态拉索动力特性和结构动力特性，以及拉索的线性内部共振和参数共振发生的可能性，及提出施工阶段的拉索振动的控制措施建议。2. 施工阶段
12、拉索及结构动力特性的计算模型计算模型以中跨设临时墩为前提，施工状态时，塔架按固结处理，临时墩仅提供竖向支承，拟采用通用程序 ANSYS 对斜拉桥动力特性进行计算。主梁、桥塔可采用三维梁单元（BEAM4）模拟，斜拉索可采用只承受拉力的三维索单元（ LINK10）模拟，主梁横隔板可用集中质量单元（MASS21 ）将其质量和转动惯量加于主梁的相应位置，204压重可采用集中质量单元（MASS21 ）模拟,，承台可采用 SOLID45 来模拟，桩基础可采用 BEAM188 三维空间梁单元来模拟。通过以上离散处理，可建立施工阶段最大双悬臂状态计算模型，以及最大单悬臂状态计算模型。3. 线性内部共振与参数共
13、振可能发生内部线性共振的拉索假定为自振频率分布在桥梁自振频率5%范围内的拉索；可能发生参数振动的拉索为自振频率分布在 1/2 桥梁自振频率的5% 范围内的拉索。根据以上建立的最大双悬臂状态和最大单悬臂状态的结构计算模型，计算出结构的模态频率和振型，以及对应状态拉索的频率及振型，从而计算出可能发生线性内部共振和参数共振的拉索，并在此基础上研究相应的减振措施。.4. 施工期斜拉索减振措施1）一般情况下，大跨度斜拉桥在施工阶段的最大双悬臂状态和最大单悬臂状态，拉索频率分布较广，具备发生线性内部共振和参数振动的条件。但经验表明，内部共振和参数振动的发生条件是较为苛刻的，因此，对于上海崇明越江通道长江大
14、桥是否需要采取减振措施，应视拉索振动的实际情况而定。由于拉索的线性内部共振和参数振动是由于桥塔和主梁的振动引起，因此可通过限制桥塔和主梁振动的措施来抑制拉索的线性内部共振和参数振动。本项目拟首先考虑采取增大拉索阻尼的临时减振措施，如达不到效果则应进一步采用 TMD 或 TLD 来减小桥塔和主梁的振幅。对于最大双悬臂状态，要求 TMD 或 TLD 控制的频率范围为 0.4Hz1.6Hz，对于最大单悬臂状态，要求 TMD 或 TLD 控制的频率范围为 0.15Hz1.0Hz 。2）对于涡振和风雨激振，本项目拟采用经过气动措施处理（如螺旋线、凹坑等）的拉索以增加拉索在振动过程中的气动阻尼，同时在施工
15、方法上，考虑尽早将索端阻尼器安装到位。如果由于施工过程或施工工艺的限制而不能安装阻尼器，项目拟考虑采取临时减振措施，如在套管口填塞高阻尼材料（图 4-1）或拉临时减振缆绳（图 4-2）。上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体52053）根据以往的大跨桥梁的施工经验，施工阶段采用临时缆绳控制拉索的振动具有较好的效果，且该方法经济，实施简易。如欲采用该措施，应考虑设置预埋件以固定临时缆绳。 主 梁高 阻 尼 材 料斜 拉 索 套 管图 4-1 套管口填塞高阻尼材料的措施临 时 缆 绳 主 梁 斜 拉 索 套 管 锚 板索 长图 4
16、-2 临时缆绳的措施4）如需对临时套管口填塞高阻尼材料和临时缆绳的减振措施进行进一步的定量研究，如阻尼材料材质、缆绳安装位置和张力等，可考虑在整个项目中增加有关的实验研究内容。5）建议对填塞高阻尼材料或临时缆绳等减振措施的效果通过相关的实索减振试验206研究进行确认。对钢箱梁 TMD，TLD 减振措施应进行专题研究。上海崇明越江通道长江大桥 B5 标段工程 第五章 施工专项方案中港第二航务工程局上海城建（集团）公司联合体5207第五节 塔梁临时固结技术研究上海崇明越江通道 B5 标段工程索塔无下横梁，给塔梁临时固结带来了一定的难度，根据对国内外大跨度斜拉桥塔梁临时固结进行分析，临时固结受力主要
17、包括以下二种类型：（1）侧向抗扭：由侧向风引起，钢箱梁容易发生的水平扭转。（2）纵向抗剪：在江、岸侧因斜拉索索力不同或温度影响，形成纵向推力。设置临时固结后，来抵抗这种推力差，从而避免钢箱梁纵向偏移。（3）竖向抗拉压：由于风荷载的影响，会造成塔端钢箱梁的受力不均，形成“扁担”效应。1 研究目的上海崇明越江通道 B5 标段主塔为“人”字形独柱钢筋混凝土索塔，塔柱断面采用空心箱梁断面，塔柱高约 212m。主梁为钢箱梁，斜拉索采用空间扇形双索面布置。塔梁临时固结是在主梁施工时，将 0块梁段与塔柱和临时支架进行约束，避免相对位移。其结构和受力状态较为复杂，影响因素多；且地理位置处于长江口，受季风影响大等特点，是钢箱梁施工的关键部位，其直接会影响钢箱梁整体线形。本课题研究的目的是，通过对目前世界大跨度斜拉桥主梁施工临时塔梁固结资料的收集、分析，设计出适合本桥的最佳临时固结方案，确保钢箱梁成桥后线形质量。2 研究主要内容对世界大跨度斜拉桥塔梁临时固结进行资料收集和分析，进行塔梁临时固结设计，并通过数学模型进行理论分析，最后提交分析报告和设计成果。3 研究时间索塔施工开始，0段钢箱梁安装前完成。2084 研究成果按研究内容提供相关资料和研究成果，包括必要的图纸、说明、相关调研资料以及数模分析报告和设计成果。
