考虑重力二阶效应的岸边集装箱装卸桥结构抗震研究
发布时间：2021-04-18 05:52
伴随着世界经济快速地发展,近年来在我国“一带一路”政策的推动下,国际港口和航运业迎来了新的发展机遇。为满足港口发展需求,岸边集装箱装卸桥（简称岸桥）智能化、大型化的发展趋势日益显著。结构的大型化使岸桥门腿高度增加,重心升高,致使岸桥结构更易遭受强震的破坏,因而对岸桥结构的抗震设计有了更高的要求。另外,由于岸桥结构高度的增加以及结构本身的高柔特性,结构的重力二阶效应日益成为抗震分析中必须考虑的因素。本文着重对重力二阶效应对大型岸桥结构抗震性能的影响展开分析和研究,完成的主要工作内容如下:（1）建立岸桥结构有限元模型,进行抗震危险工况分析。综合岸桥结构自身特性和地震载荷核算准则对岸桥进行7度和8度抗震设防烈度地震载荷下的静力学分析,找出最易受地震破坏的危险工况和结构易损部位,为动力学分析提供对比数据。（2）采用理论和仿真两种分析方法分析重力二阶效应对大型岸桥结构抗震响应的影响。首先,建立单自由度数学模型从理论上分析重力二阶效应对岸桥的地震响应产生的影响;建立考虑重力二阶效应的岸桥结构跳轨数学模型并进行分析,得出近似描述岸桥跳轨过程的运动方程。其次,对岸桥结构进行模态分析和动力学时程分析,评...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
岸边集装箱装卸桥全球的大多数港口均位于沿海地区，这些地区大多处于地震带附近，属于
4描述的是结构动态响应的过程，可以更加真实的描绘出结构的地震响应，能够较准确的确定出结构的薄弱部位，但时程分析结果的准确度取决于地震记录的选取是否合适以及计算分析人员是否有较高的专业知识和水平[13]。4）随机振动理论阶段：随着时代的发展和科技的进步，学术和工程界的专家学者们日益重视和应用多点输入的随机振动法的研究。随机振动法与其它方法相比一个较为突出的优点是它不受限于输入地震波的波形，但此方法的计算量很大、数学模型处理起来也十分复杂。1.3重力二阶效应的原理及其研究现状1.3.1重力二阶效应的原理传统的结构分析采用的都是一阶分析方法，这种方法简单、易于操作。但当结构因外力而产生大的侧向变形时，竖向载荷会对结构产生一个附加弯矩，使结构内力增加，这时一阶分析方法就不能准确地计算出结构的受力特性。在此基础上，经过研究提出了二阶分析方法。ΔδPΔδHP图1-2结构在水平载荷作用下发生侧移时的二阶效应结构的二阶效应由两部分组成，其原理如图1-2所示[14]。第一部分指的是结构中的细长杆件，因自身的挠曲造成轴向压力増大致使其发生屈曲，是因结构自身重力而引起的附加效应，即P-δ效应。另一部分二阶效应称为重力二阶效应（P-Δ效应），在大型高耸结构整体分析中，当遭受外部荷载产生水平向的侧移时，结构竖向荷载会对结构整体产生附加内力进一步增大结构的变形。P-Δ效应会降低整个结构的安全性和稳定性，对于较为高耸或高宽比较大的钢框架结构或是结构构件细长的结构来说，P-Δ效应造成的影响会更加显著。
8所以起吊小车、吊具及集装箱、机器房、滑轮和托架等非结构件的重量可以通过在指定的位置加质量点来考虑；2)没有对箱型截面梁和柱内部板件以及整个结构的外挂扶梯等部件进行建模，这部分质量通过调节设置密度的参数来均布到相对应的构件中，使模型的质量与实际质量尽可能一致；3)岸桥上通过销轴进行铰接的部位均可通过软件中的耦合命令进行模拟；4)岸桥的大车机构用刚度很大的假单元来进行模拟；在分析中螺栓连接视为刚接。2.2.2模型的建立及轮轨接触模拟由于岸桥结构大多是箱型梁和箱型柱，所以决定采用ANSYS中的BEAM188单元对框架梁柱进行仿真模拟。另外，岸桥根据工作情况有前大梁水平和仰起两种状态，而且结构的动力特性与结构型式状态有很大关系，因此需要分别建立两种状态下的有限元模型进行分析，如图2-2所示。（a）前大梁水平状态（b）前大梁仰起状态图2-2岸桥结构前大梁水平和仰起状态下的有限元模型根据岸桥实际的轮轨接触可知，正常工作时轨道对车轮只提供向上的支撑力，非工作时整机由于防风装置的作用，竖向被完全约束；在沿长悬臂方向，车轮由于两侧轮缘的作用会受到轨道的双向约束作用；在沿轨道方向，结构主要承受车轮与轨道之间摩擦力的作用；另外，由于多个车轮沿轨道分布且各车轮轮缘均受到轨道的约束，因此整个结构不会产生绕x轴和y轴的转动，而车轮可以卡着轨道绕z轴旋转，该方向的转动可视为铰接[21]。综上所述，岸桥模
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡轮叶片模态实测阻尼比的有限元应用[J]. 王春健,陈官峰,卿华. 航空动力学报. 2012(02)
[2]汶川地震中西安市塔式起重机的损毁分析[J]. 谢瑞,田太明,田奇. 起重运输机械. 2009(04)
[3]水平地震力作用下框架结构二阶效应影响分析[J]. 童申家,童岳生. 工业建筑. 2000(08)
博士论文
[1]大型集装箱起重机地震实验关键技术及方法研究[D]. 李哲.武汉理工大学 2017
[2]集装箱岸桥结构的抗震分析与隔震研究[D]. 金玉龙.上海交通大学 2012
[3]考虑二阶效应的钢框架抗震设计研究[D]. 薛强.西安建筑科技大学 2012
硕士论文
[1]强风作用下轨行式起重机的动力学行为及防护研究[D]. 季宦玉.武汉理工大学 2018
[2]底部大空间高层结构的P-△效应研究[D]. 周丹.西安工业大学 2015
[3]大型集装箱起重机地震激励方法研究[D]. 成旭金.武汉理工大学 2012
[4]大跨度自锚式悬索桥空间地震反映分析[D]. 王猛.大连理工大学 2009
[5]P-△效应对抗震框架非弹性动力反应影响的初步分析[D]. 彭玉斌.重庆大学 2008
[6]钢框架结构考虑P-△效应的稳定系数研究[D]. 周晶晶.湖南大学 2006
本文编号：3144935
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
岸边集装箱装卸桥全球的大多数港口均位于沿海地区，这些地区大多处于地震带附近，属于
4描述的是结构动态响应的过程，可以更加真实的描绘出结构的地震响应，能够较准确的确定出结构的薄弱部位，但时程分析结果的准确度取决于地震记录的选取是否合适以及计算分析人员是否有较高的专业知识和水平[13]。4）随机振动理论阶段：随着时代的发展和科技的进步，学术和工程界的专家学者们日益重视和应用多点输入的随机振动法的研究。随机振动法与其它方法相比一个较为突出的优点是它不受限于输入地震波的波形，但此方法的计算量很大、数学模型处理起来也十分复杂。1.3重力二阶效应的原理及其研究现状1.3.1重力二阶效应的原理传统的结构分析采用的都是一阶分析方法，这种方法简单、易于操作。但当结构因外力而产生大的侧向变形时，竖向载荷会对结构产生一个附加弯矩，使结构内力增加，这时一阶分析方法就不能准确地计算出结构的受力特性。在此基础上，经过研究提出了二阶分析方法。ΔδPΔδHP图1-2结构在水平载荷作用下发生侧移时的二阶效应结构的二阶效应由两部分组成，其原理如图1-2所示[14]。第一部分指的是结构中的细长杆件，因自身的挠曲造成轴向压力増大致使其发生屈曲，是因结构自身重力而引起的附加效应，即P-δ效应。另一部分二阶效应称为重力二阶效应（P-Δ效应），在大型高耸结构整体分析中，当遭受外部荷载产生水平向的侧移时，结构竖向荷载会对结构整体产生附加内力进一步增大结构的变形。P-Δ效应会降低整个结构的安全性和稳定性，对于较为高耸或高宽比较大的钢框架结构或是结构构件细长的结构来说，P-Δ效应造成的影响会更加显著。
8所以起吊小车、吊具及集装箱、机器房、滑轮和托架等非结构件的重量可以通过在指定的位置加质量点来考虑；2)没有对箱型截面梁和柱内部板件以及整个结构的外挂扶梯等部件进行建模，这部分质量通过调节设置密度的参数来均布到相对应的构件中，使模型的质量与实际质量尽可能一致；3)岸桥上通过销轴进行铰接的部位均可通过软件中的耦合命令进行模拟；4)岸桥的大车机构用刚度很大的假单元来进行模拟；在分析中螺栓连接视为刚接。2.2.2模型的建立及轮轨接触模拟由于岸桥结构大多是箱型梁和箱型柱，所以决定采用ANSYS中的BEAM188单元对框架梁柱进行仿真模拟。另外，岸桥根据工作情况有前大梁水平和仰起两种状态，而且结构的动力特性与结构型式状态有很大关系，因此需要分别建立两种状态下的有限元模型进行分析，如图2-2所示。（a）前大梁水平状态（b）前大梁仰起状态图2-2岸桥结构前大梁水平和仰起状态下的有限元模型根据岸桥实际的轮轨接触可知，正常工作时轨道对车轮只提供向上的支撑力，非工作时整机由于防风装置的作用，竖向被完全约束；在沿长悬臂方向，车轮由于两侧轮缘的作用会受到轨道的双向约束作用；在沿轨道方向，结构主要承受车轮与轨道之间摩擦力的作用；另外，由于多个车轮沿轨道分布且各车轮轮缘均受到轨道的约束，因此整个结构不会产生绕x轴和y轴的转动，而车轮可以卡着轨道绕z轴旋转，该方向的转动可视为铰接[21]。综上所述，岸桥模
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡轮叶片模态实测阻尼比的有限元应用[J]. 王春健,陈官峰,卿华. 航空动力学报. 2012(02)
[2]汶川地震中西安市塔式起重机的损毁分析[J]. 谢瑞,田太明,田奇. 起重运输机械. 2009(04)
[3]水平地震力作用下框架结构二阶效应影响分析[J]. 童申家,童岳生. 工业建筑. 2000(08)
博士论文
[1]大型集装箱起重机地震实验关键技术及方法研究[D]. 李哲.武汉理工大学 2017
[2]集装箱岸桥结构的抗震分析与隔震研究[D]. 金玉龙.上海交通大学 2012
[3]考虑二阶效应的钢框架抗震设计研究[D]. 薛强.西安建筑科技大学 2012
硕士论文
[1]强风作用下轨行式起重机的动力学行为及防护研究[D]. 季宦玉.武汉理工大学 2018
[2]底部大空间高层结构的P-△效应研究[D]. 周丹.西安工业大学 2015
[3]大型集装箱起重机地震激励方法研究[D]. 成旭金.武汉理工大学 2012
[4]大跨度自锚式悬索桥空间地震反映分析[D]. 王猛.大连理工大学 2009
[5]P-△效应对抗震框架非弹性动力反应影响的初步分析[D]. 彭玉斌.重庆大学 2008
[6]钢框架结构考虑P-△效应的稳定系数研究[D]. 周晶晶.湖南大学 2006
本文编号：3144935
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