大型集装箱起重机地震实验关键技术及方法研究

摘要

岸边集装箱起重机（简称岸桥）是港口码头的重要装卸设备，随着集装箱运输船舶的大型化，使得岸桥结构也不断向大型化发展。地震作为一种破坏性极大的自然灾害经常发生在港口地区，其对大型岸桥结构造成的破坏已引起国内外专家学者的高度重视，研究地震动力学是探索岸桥结构破坏机理的重要途径。自从地震动力学研究开展以来，通常都采取地震实验的方法，由于不同的实验方法和实验关键技术问题处理的差异，导致实验结果有较大的不确定性，从而给岸桥结构的抗震设计带来影响。 本文以地震工程理论为基础，采用数值仿真实验、振动台模型试验等方法对岸桥地震实验关键技术和方法进行了研究，主要研究工作和成果如下： （1）以工程实际中常用的四种瑞利阻尼系数计算方法为基础，结合岸桥结构自身的地震响应特征，提出了一种改进的阻尼系数计算方法。确定了岸桥结构阻尼系数计算中的频率选取原则，并以两种不同型号的岸桥结构为对象，分别进行了不同阻尼系数下的仿真实验和模型试验，其结果表明改进的阻尼系数计算方法更适用于岸桥结构的地震仿真实验。 （2）以结构动力学及相似畸变理论为基础，采用梁弯曲刚度相似方法建立了岸桥结构的刚度畸变模型并使用预测系数法对其进行修正。通过仿真计算建立了刚度畸变系数与预测系数的关系曲线，采用相应的仿真实验对该曲线的正确性进行了验证，实现了畸变模型对原型地震响应的预测，较好地解决了试验模型与原型不能完全相似的难题。 （3）通过对各种地震灾害现场岸桥结构破坏形态的调查及岸桥主要构件对整体结构地震响应的影响仿真分析，提出了岸桥结构地震模型的简化方案。针对边界模拟、地震输入模式、试验模型制作，提出了岸桥地震实验的改进方法，最后采用仿真实验对改进的方法与原方法进行了对比验证，结果表明改进的方法使得模型制作具有可行性。 （4）设计了地震振动台模拟试验方案，并开展了相关的研究试验。对岸桥实体模型进行了振动台地震模拟试验，将结构关键测点的地震响应数据与仿真实验结果进行对比分析，表明试验数据与仿真计算结果具有一致性，说明采用畸变模型解决岸桥试验模型与原型相似的问题是可行的。 本文针对岸桥实验中关于仿真模型与试验模型存在的关键技术难题，所提出的解决方法和取得的研究成果为岸桥地震仿真实验和振动台模型试验的顺利实施提供了理论支撑和方法。提出的关键技术解决方法以及对实验方法的改进，为岸桥地震实验研究提供了新的思路。

目录

第1章 绪论

1.1课题的研究背景、意义及来源

1.2结构地震实验的研究与发展

1.3岸桥地震实验国内外研究现状

1.4论文的主要研究内容

第2章 岸桥地震仿真实验阻尼设置研究

2.1仿真实验中结构阻尼的设置

2.2岸桥地震响应特征分析

2.3 改进的阻尼系数计算方法与验证

2.4本章小结

第3章 岸桥地震模型实验畸变模型研究

3.1结构动力学相似理论与相似律

3.2岸桥结构动力学相似模型研究

3.3岸桥畸变模型研究

3.4本章小结

第4章 岸桥地震实验方法研究

4.1岸桥地震灾害分析

4.2岸桥主要构件对整机地震响应的影响分析

4.3岸桥地震实验方法的改进及验证

4.4本章小结

第5章 岸桥模型振动台地震模拟试验

5.1试验内容与目的

5.2岸桥结构振动台地震模型试验研究

5.3岸桥地震实验研究体系

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2主要创新点

6.3研究工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

附录A：岸桥结构地震时程响应图