岸邊集裝箱起重機地震動態(tài)行為與抗震設(shè)計分析方法研究.pdf

1、隨著國際航運業(yè)的蓬勃發(fā)展，承擔(dān)集裝箱船裝卸作業(yè)的岸邊集裝箱橋式起重機（簡稱岸橋）不斷朝著大型化發(fā)展。由于現(xiàn)代化岸橋結(jié)構(gòu)重心高、側(cè)向剛度分布不均以及輪軌約束的特殊固定形式，當(dāng)遭遇強震時整機結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生大幅度晃動，造成車輪脫軌以及門腿、橫梁、前后大梁等結(jié)構(gòu)件塑性變形甚至破壞，嚴(yán)重時可導(dǎo)致整機坍塌報廢。由于地震動的隨機性、岸橋結(jié)構(gòu)型式的復(fù)雜性及輪軌約束的特殊性等困難，目前對于岸橋在地震中的動態(tài)響應(yīng)行為及相應(yīng)抗震設(shè)計方法上還沒有系統(tǒng)可靠的研究結(jié)論

2、，有些問題還未觸及。
　　基于大型岸橋在地震動態(tài)行為特性及抗震設(shè)計分析方法中存在的問題及盲點，本文以全面分析掌握岸橋地震動態(tài)響應(yīng)特征并研究其抗震設(shè)計計算與分析方法為目標(biāo)，采用理論分析、數(shù)值模擬及試驗驗證相結(jié)合的研究方法，主要完成了以下研究工作和成果：
　　1）建立了基于塑性鉸理論的岸橋結(jié)構(gòu)有限元彈塑性模型，利用非線性動力時程分析方法研究了岸橋不同狀態(tài)型式及系列地震波激勵下，結(jié)構(gòu)從彈性響應(yīng)到塑性屈服直至強度破壞下的地震響應(yīng)特征

3、與規(guī)律。獲得了岸橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平、各向動力系數(shù)分布、結(jié)構(gòu)最大變形及輪壓穩(wěn)定性等抗震設(shè)計關(guān)鍵參量，分析發(fā)現(xiàn)了岸橋結(jié)構(gòu)抗震薄弱環(huán)節(jié)及兩類破壞倒塌模式，提出了岸橋強震中搖擺跳軌及扭轉(zhuǎn)跳軌兩類跳軌行為模式；同時也統(tǒng)計評估了材料非線性和幾何非線性對岸橋地震響應(yīng)特性的影響。
　　2）在起重機車輪與軌道發(fā)生跳軌的臨界條件動力學(xué)分析基礎(chǔ)上，發(fā)展了適用于有限元法的輪軌接觸摩擦支座模型，由此對強震中岸橋兩類跳軌行為的發(fā)生機理、響應(yīng)規(guī)律以及對結(jié)構(gòu)安全的影

4、響等方面開展了數(shù)值模擬研究；并進一步建立了搖擺跳軌的數(shù)學(xué)模型，提供了跳軌運動響應(yīng)分析的簡化方法。研究結(jié)果表明，搖擺跳軌會帶來門腿、聯(lián)系橫梁部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力的大幅度提高，趨向于對結(jié)構(gòu)造成破壞，而扭轉(zhuǎn)跳軌的發(fā)生降低了結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，起到一定地震保護作用。
　　3）完成了考慮樁土作用的典型高樁碼頭與岸橋聯(lián)合有限元模型以及岸橋-碼頭耦合振動兩自由度簡化數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，利用對聯(lián)合模型及組成個體的固有振動特性及地震響應(yīng)的對比分析策略，得到了岸橋與碼

5、頭動力耦合特征影響因素以及地震中岸橋結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)行為的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，岸橋耦合振動中響應(yīng)特征主要受到其與碼頭的自振周期比、質(zhì)量比、地震動激勵周期以及是否發(fā)生跳軌的影響。典型工況分析結(jié)果顯示，耦合振動使得岸橋結(jié)構(gòu)動力系數(shù)相比剛性基礎(chǔ)時增大約12％-13%。
　　4）利用1:20岸橋結(jié)構(gòu)相似模型多工況下的地震模擬振動臺試驗，驗證了理論與仿真分析主要結(jié)論的正確性，同時進一步試驗分析了強震中岸橋跳軌的影響因素及響應(yīng)規(guī)律。仿真與試驗結(jié)果

6、的對比證明，本文發(fā)展的相關(guān)建模技術(shù)及分析方法能夠較全面和可靠地反映岸橋地震響應(yīng)特性。
　　5）根據(jù)地震反應(yīng)分析的振型分解反應(yīng)譜法基本原理，研究了岸橋結(jié)構(gòu)設(shè)計反應(yīng)譜構(gòu)建中關(guān)鍵參數(shù)的確定方法，結(jié)合岸橋結(jié)構(gòu)型式及工作特點，提出了岸橋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計驗算反應(yīng)譜法的實施辦法，進而完成了岸橋雙水準(zhǔn)抗震設(shè)防烈度下的反應(yīng)譜分析。對分析結(jié)果的驗證表明，將該反應(yīng)譜法應(yīng)用于岸橋結(jié)構(gòu)抗震驗算具有較高的可行性和可靠性。最后，總括全文，提出了基于岸橋地震動態(tài)行為