岸边集装箱起重机抗震性能分析计算

    0 前言

    我国是一个多地震的国家，历史上曾发生过多次强地震，1976 年的唐山地震使天津港码头及相关设备都遭受了不同程度的震害。在地震中，港口装卸设备不可避免的遭受地震灾害。研究如何使港口装卸设备在地震发生中避免结构破坏，使其在震后的社区重建和经济中能够继续正常工作并发挥作用，具有重要的现实意义和实用技术价值。本文以四川宜宾港的 40 t － 22 m 岸边集装箱起重机 ( 以下简称岸桥) 为研究对象，对其抗震性能进行研究计算分析。

    1 码头设备地震载荷计算方法

    在交通运输部西部交通建设科技项目 “地震对内河港口的影响和抗震技术研究”中，对码头设备地震载荷的计算方法进行详细的研究分析，并对日本、美国、俄罗斯、欧洲国家和中国的地震载荷计算方法进行了比较研究。对比结果可知，其他国家在码头装卸设备地震载荷设计方法更加完善，有 3 种不同地震载荷设计方法: 一级地震动的修正烈度法、一级地震动反应谱法或时程分析法及二级地震动的非线性时程分析法。而美国则分别针对 2 种地震级别 ( EQO 和 EQC) 提出基于力值设计规范和基于位移设计规范。我国和俄罗斯均采用码头装卸设备自重与地震烈度的乘积作为地震载荷，与其他载荷相组合进行应力评价，此方法相对于日本和美国则较为简单和实用。欧洲国家则一般不进行地震载荷影响的核算。

    日本 《JCAS1101 － 2008 起重机耐震设计规范》［1］中一级地震动的修正烈度法考虑了基本水平烈度、地域类型修正系数、地面类别修正系数、速度倍率及起重机类别修正系数等多种因素的影响，分析全面且计算简单可行，亦容易实现，故参照日本起重机耐震设计规范中的地震载荷计算方法，得出适合我国的起重机地震载荷计算方法如下: 地震载荷 F 由 Fh和 Fv组成; 水平方向Fh= Ks× 起重机自重; 垂直方向 Fv= Kv× 起重机自重。其中，KV、Ks根据地震烈度确定。

    地震基本烈度值由标准 GB 18306—2001［2］查取地震动峰值加速度，并按照表 1 数据确定。

    本设备处于宜宾港，故依标准 GB 18306—2001 确定宜宾港地震动峰值加速度为 0. 1，确定其地震烈度级别为Ⅶ。

    垂直烈度 Kv= Ks/2，故取 Ks= 0. 25。

    地震载荷通过给定水平方向和垂直方向的加速度因子的方式作用于整机结构。

    2 岸桥地震载荷分析

    目前，对地震载荷的计算方法主要有静力法和动力分析法。静力法是考虑地震产生的各种影响，其等效为作用在起重机上的一个水平力和垂直力。动力分析法是输入一组随时间变化的地震反应谱，研究起重机的变形和应力变化情况。由于每次地震产生的地震波并不相同，所以输入的设计反应谱不是单一的某个地震记录的谱曲线，而是综合各个地震记录，这种方法广泛应用于建筑、桥梁等行业。由于大面积涉及公民人身安全，地震方法的计算较为严格保守，而且这种方法计算复杂，不适用于起重机行业。如果起重机按这—42—种方法进行抗震计算，则设计出的起重机会比较笨重; 如果按动力法进行抗震设计，则需找出一种专门针对起重机行业的设计反应谱，这是今后的设计方向。图1 为岸桥的有限元模型。如图1 所示，坐标轴竖直向上为 Y 轴正向，大车轨道方向为 Z 轴，小车运动方向为 X 轴正向。