岸邊集裝箱起重機(jī)地震動(dòng)態(tài)行為與抗震設(shè)計(jì)分析方法研究.pdf

1、隨著國(guó)際航運(yùn)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(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)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(qiáng)震時(shí)整機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大幅度晃動(dòng)，造成車(chē)輪脫軌以及門(mén)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(shí)可導(dǎo)致整機(jī)坍塌報(bào)廢。由于地震動(dòng)的隨機(jī)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(duì)于岸橋在地震中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為及相應(yīng)抗震設(shè)計(jì)方法上還沒(méi)有系統(tǒng)可靠的研究結(jié)論

2、，有些問(wèn)題還未觸及。
　　基于大型岸橋在地震動(dòng)態(tài)行為特性及抗震設(shè)計(jì)分析方法中存在的問(wèn)題及盲點(diǎn)，本文以全面分析掌握岸橋地震動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征并研究其抗震設(shè)計(jì)計(jì)算與分析方法為目標(biāo)，采用理論分析、數(shù)值模擬及試驗(yàn)驗(yàn)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(xiàn)性動(dòng)力時(shí)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(lì)下，結(jié)構(gòu)從彈性響應(yīng)到塑性屈服直至強(qiáng)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(dòng)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(jì)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(lèi)破壞倒塌模式，提出了岸橋強(qiáng)震中搖擺跳軌及扭轉(zhuǎn)跳軌兩類(lèi)跳軌行為模式；同時(shí)也統(tǒng)計(jì)評(píng)估了材料非線(xiàn)性和幾何非線(xiàn)性對(duì)岸橋地震響應(yīng)特性的影響。
　　2）在起重機(jī)車(chē)輪與軌道發(fā)生跳軌的臨界條件動(dòng)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(duì)強(qiáng)震中岸橋兩類(lèi)跳軌行為的發(fā)生機(jī)理、響應(yīng)規(guī)律以及對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影

4、響等方面開(kāi)展了數(shù)值模擬研究；并進(jìn)一步建立了搖擺跳軌的數(shù)學(xué)模型，提供了跳軌運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析的簡(jiǎn)化方法。研究結(jié)果表明，搖擺跳軌會(huì)帶來(lái)門(mén)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(duì)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(hù)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(dòng)兩自由度簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，利用對(duì)聯(lián)合模型及組成個(gè)體的固有振動(dòng)特性及地震響應(yīng)的對(duì)比分析策略，得到了岸橋與碼

5、頭動(dòng)力耦合特征影響因素以及地震中岸橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)行為的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，岸橋耦合振動(dòng)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(dòng)激勵(lì)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(dòng)使得岸橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)相比剛性基礎(chǔ)時(shí)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證了理論與仿真分析主要結(jié)論的正確性，同時(shí)進(jìn)一步試驗(yàn)分析了強(qiáng)震中岸橋跳軌的影響因素及響應(yīng)規(guī)律。仿真與試驗(yàn)結(jié)果

6、的對(duì)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(jì)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(diǎn)，提出了岸橋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算反應(yīng)譜法的實(shí)施辦法，進(jìn)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(duì)分析結(jié)果的驗(yàn)證表明，將該反應(yīng)譜法應(yīng)用于岸橋結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)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(dòng)態(tài)行為