基于耐震时程法的门式起重机抗震分析与减震研究

摘要

地震灾害的频繁发生，严重威胁着人类的生存和经济发展。被广泛运用在地震灾害多发的港口、码头以及货运站场上的门式起重机一旦在地震载荷下发生破坏甚至倒塌将会给人们带来巨大的生命和财产损失。目前，针对结构的抗震及减震研究在土木工程方面已经得到了较大的发展。但是针对起重机的抗震及减震研究基本处于滞后状态。因此，本文针对传统结构抗震设计方法中存在计算精度低和计算量大的缺陷以及提高结构整体抗震性能为目标，对某大跨度门式起重机(简称门机)金属结构展开研究工作，主要得到以下结论：　　(1)通过ANSYS有限元分析软件建立某大型门机金属结构三维模型，由静载分析结果可知：不同工况下结构的应力和变形均能够达到许用要求，说明该门机能够满足常规载荷下的工作要求。另外，通过模态分析提取了门机的模态响应数据，为后文进行时程分析和减震研究提供数据支持。　　(2)基于耐震时程法的基本理论，合成3条符合我国规范反应谱的耐震时程曲线。对比分析门机金属结构在耐震时程法与IDA方法下的地震响应结果可知：这两种方法分别得到的结构地震动响应结果能够较好的吻合，证明了耐震时程法作为一种新的简化抗震分析方法能够很好的预测结构在不同地震强度下的地震响应。　　(3)基于工程结构减震控制理论，设计出了符合本文门机结构的减震装置。在对门机有无减震装置下的动态特性进行系统分析发现：与无减震装置的门机(简称无减震门机)相比，有减震装置的门机(简称减震门机)各节点的应力响应和对应的自振周期地震加速度反应谱值整体上都降低了75%左右，证明了该减震装置能够有效的降低结构地震响应。　　(4)以分析减震门机极限抗震能力的核心思想为指导。首先输入峰值加速度为2G的耐震时程曲线，使该减震门机地震响应基本上达到最大许用应力。然后建立减震门机地震载荷下峰值加速度与应力和变形的评价体系。在满足门机使用环境和安全等级要求下，相比无减震门机可以抵御0.4G的地震动，减震门机可以抵御0.7G的地震动，较大的提高了门机的抗震性能。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1课题研究背景

（1）地震灾害概况

（2）地震对起重机的破坏

1.2结构抗震设计及理论

1.2.1静力理论阶段

1.2.2反应谱理论阶段

1.2.3动力理论阶段

1.3耐震时程法及减震研究现状

1.3.1耐震时程法研究现状

1.3.2减震研究现状

1.4本文主要研究内容及意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

第 2 章 门式起重机结构静力学分析

2.1门式起重机参数简介

2.2 门式起重机模型处理

2.2.1模型简化

2.2.2材料选择

2.2.3单位制选择

2.2.4边界约束

2.3门式起重机静力学分析

2.3.1载荷及工况

2.3.2结构分析

2.3.3结果讨论

2.4门式起重机模态分析

2.4.1模态分析理论

2.4.2模态提取

2.4.3结果讨论

2.5本章小结

第 3 章 门式起重机基于耐震时程法的结构响应有效性分析

3.1耐震时程法的提出及理论介绍

3.2合成基于我国抗震规范反应谱的耐震时程曲线

3.3门式起重机结构节点的选择及地震波输入模式分析

3.3.1门式起重机结构节点的选择

3.3.2地震动的输入模式

3.4门机结构耐震时程响应有效性验证

3.4.1 IDA 方法地震波的选择

3.4.2耐震时程法和IDA法强度结果对比分析

3.4.3耐震时程法和IDA法变形结果对比分析

3.5本章小结

第 4 章 门式起重机结构减震技术研究

4.1结构减震技术概论

4.2门式起重机减震技术及其应用

4.2.1减震技术工作原理

4.2.2适用于门机的减震装置

4.3门机减震参数设计

4.3.1门机减震系统参数设计流程

4.3.2门式起重机减震系统力学模型

4.3.3门式起重机减震周期的确定

4.3.4门式起重机减震系统水平刚度和阻尼的确定

4.4减震门机有限元建模及模态分析

4.4.1减震门机有限元建模

4.4.2减震门机模态分析

4.5减震门机在地震输入下有效性分析

4.5.1减震门机在地震输入下应力响应分析

4.5.2减震门机在地震输入下位移响应分析

4.6本章小结

第 5 章 运用耐震时程法检验减震门机极限抗震能力

5.1耐震时程法下减震门机参数设计

5.1.1地震工况下门机金属结构许用应力计算

5.1.2调整耐震时程曲线的峰值加速度

5.2减震门机极限抗震能力分析

5.2.1减震门机应力变化曲线

5.2.2减震门机变形变化曲线

5.3建立地震载荷下减震门机评价体系

5.3.1地震载荷下减震门机跨中工况评价体系

5.3.2地震载荷下减震门机悬臂工况评价体系

5.4本章小结

结论与展望

1.研究内容及总结

2.论文创新点

3.研究展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果