港口起重机地震载荷计算方法研究

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2008年汶川地震造成大量房屋倒塌和损毁 ，汶川以及周边地区的公路、桥梁、隧道等交通基础设施遭到严重破坏 ，临近地区比如，重庆、四川 、贵州等地的内河港口也受到-定的影响.我国是-个多地震 的国家，历史上 曾发生过多次强地震.1976年唐山地震 ，天津港遭到了严重破坏，建造在海河沿岸的 20个河岸码头和建造在塘 沽新港的 26个海港码头及相关设备都遭受 了不同程度的震害。

近年来 ，地震频发 ，2010年 的智 利大地震 和2O11年的 3l1日本地震 ，震级很大，破坏力很强 ，对港 口码头设施都造成了严重 的破坏.1995年发生的日本阪神大地震使神户港码头等设施损坏十分严重 ，约有 1l6 km 的岸线大部分受灾 ，集装箱吊装机 械脱轨 ，行走装置损 坏 ，严重影响港 口的生产运营。

港口起重机属于大型装卸设备，设计、制造复杂，功能独特 ，如果要更换 ，则需要耗费很 长的时间.所 以，地震后能继续使用对港 口的运行十分重要.预防地震对码头设备破坏最根本 的措施是提高设备结构的抗震设计能力，以保证港口装卸设备在小震中可继续使用，大震中尽量减少损失.而收稿 日期 ：2013-02-05丁 敏(1978-)：女，硕士，主要研究领域为港口机械设计西部交通建设科技项目资助(批准号 ：2009328222101)至今为止，我国仍没有-套关于港口起重机地震载荷计算的行之有效的方法，本文将对码头设备地震载荷计算方法进行着重论述。

1 国内外地震载荷计算方法比较码头装卸设备机型种类繁多 ，有岸边起重机、门式起重机 、门座起重机 、正面 吊运机 、跨运车等等，技术成熟，但对码头装卸设备的抗震设计研究较少，国外大部分 国家 的起重机设计规范 中-般都不考虑地震引起 的载荷 ，只有 多地震 国家的 日本 。制定了专门的起重机抗震设计规 范，对地震载荷的计算方法做了较为详细的规定].我国的《起重机设计规范 》(GB/T 381l-2008)指 出对 于多地震区域使用的起重机应考虑地震载荷的作用进行设计，但对于地震载倚的计算，没有给出明确的计算方法。

总结国内外起重机地震载荷计算方法，主要包括静力分析法 、动力分析法.动力分析法包括反应谱法 、时程分析法等.日本、美国、俄罗斯和我国起重机地震载荷计算方法见表 1。

日本《jCAS1101-2008起重机抗震设 计规池 中-级地震动的修正烈度法考虑了基本水平· 818 · 武 汉理 T大学学 报(交通科学与T程版 ) 20l 3年 第 37卷表 l 国内外地震载荷计算方法 表 3 与中国地震 烈度对应 的地域类别修 正系数罔家 地震载荷计算方法FE 重- 般来说不核算 机械设计规范》 ～ ”- 级地震动的修正烈度法F1本 -级地 震动的时程分析法二级地震动的非线性时程分析法 . EQ基于力值分 析法～ 。 EQC基于位移分 析法俄罗斯 设备白重与地震载荷系数的乘积中闭 设备白重与地震载荷系数的乘积ll1烈度，地域类型修正系数，地面类别修正系数，加速度倍率，起重机类别修正系数等多种因素的影响，分析全面，而且计算简单可行 ，容易实现.本文参考 日本地震载荷计算方法 ，研究适用于我国起重机的没计地震载荷 的关 键参数 ，得 出了我 国起重机的设计地震载荷计算方法。

2 起重机的地震载荷关键参数地震载荷 F由F 和 F 2部分组成。

水平方向：Ft -K ×起重机 自重垂直方向：F -/t： ×起重机 自重式中：K 为设计水平烈度 ，K -K。× × ×× ；K 为基本水 平烈度，K。-0.15；I8 为地域类型修正系数； 为地面类别修正系数； 为加速度倍率； 为起重机类别修正系数；K 为设计垂直烈度，K -K /2。

2.1 我国地域类别修正 系数不同的地区将来-定期限内可能发生地震的概率和烈度是不同的，因此 ，需考虑不同的地域类别修正系数.地域类别修正系数的地域划分是根据地震烈度区划得出的，我国地震烈度划分为 12级 ，而 日本则划分为 l0级 ，根据地震峰值加速度的划分范围可对比得出中 日地震烈度对应关系，结合地震烈度区划图，可得中国地震烈度与地域类别 划分之间的关系 ，见表 2。

表 2 地震 烈度和地域类别关 系根据文献[6]，可得与中国地震动峰值加速度对应的地域类别修正系数口 ，见表 3。

2.2 我国地面类别修正系数由文献[6]可以得出，我国西部和华北大部均属于 2区和 3区(特征周期大于 0.45 s)，其他属于 1区 ，而中国地震反应谱特征周期调整表(见表4)中只有 2区和 3区场地类型为软弱时特征周期为大于 0.75.根据 JCAS1101-2008起重机耐震设计规范》地面类别修正系数表，结合我国港 口分布情况 ，对我国而言，地面类型修正系数 取1.6表 4 我 国地震反应谱特征周期调整表2.3 加速度倍率按照起重机 的固有周期 (丁)和地面类别 ，首先从 图 l求 衰减 常数 2.5 左右 的加速度倍 率，通过起重机的衰减 常数值 与修正系数 ”的乘积 ，计算 。

- <2 j )× " (1)l l l3 75' I I I l l ；5- -3 2： 2 2 5 I ll l // r。 -- - 、 1 -、 弟3种，、、 、 第2种第1科1 面面面崮有 期/s冈 1 加速 度倍 率 c。

当衰减常数不 明确时，对于-般起重机可 以认为是 2.5 ，此时对应的 为 1.0。

关于起重机的固有周期，可通过测定 目标起重机和同型号起重机的T作情况求其固有周期 ，或通过主结构的固有值解析求其固有周期。

桥式起重机或集装 箱 门式起重机 的 固有 周期，通过下述公式可以替换估算结果。

小车行走方向固有周期T -2 ，/m · (2)大车行走方向固有周期 丁 - - - - - - T 2 7 /，2 . (3) 1- a式中： 为起重机钢结构的重量 Il 为起重机大车第 4期 丁 敏 ，等 ：港 口起重机地 震载荷计算方法研究行走方向桥架结构的水平挠度系数；n 为起重机小车行走方 向大海侧架构的水平挠度系数 ；n 为起重机小车行走方向陆侧结构的水平挠度系数。

a .n 及a 为图 2所示位置上施加单位水平力 P-1 N 时该点的水平位移。

/ 1N图 2 起重机 的小车运行方 向和大车运行方 向的水平位移通过对多种类型的不同参数的多个起重机按式(2)，(3)计算其固有周期，查图 1得出小车运行方向加速度倍率 岛 -般为 3.5(第二种地面 )，大车运行方向加速度倍率相对较小，基于安全设计原则 ，取 2个水平方 向的加速度倍率 均为 3.5(第二种地面)，因此 ，加速度倍率 取为 3.5l7 j。

2.4 起重机类别修正系数不同类别 的起重机抗震性能不 同，考虑到起重机操作人员的安全性问题，参考 日本起重机分类及等级划分，结合我国港口起重机分类等实际情况，得出港I：1起重机类别修正系数 ，见表 5。

表 5 我国港 口起重机类别修正 系数起 重机类别1.00.70.60.5装卸桥、门式起重机、桥式起重机港口门座起重机 、港口台架起重机、固定式起重机、桅杆起重机、港口高塔柱式起重机跨运车、正面吊运起重机、集装箱叉车、空箱堆高机港 口缆车起重机2.5 设计烈度1)没计水平烈度水平烈度 K 见表 6。

· 8l9 ·2)设计垂直烈度- 3 结 束 语码头设备在港口物流方面承担着非常重要的角色 ，也是重要 的起重运输机械.我国处于亚欧地震板块上，地震对于港口码头上的起重运输设备影响显著 ，因此对起重机的地震载荷设计 的研究意义重大.文中分析研究得出了-种适用于我国起重机 的地震载荷设计计算方法，此方法充分地借鉴了日本的-级地震动的修正烈度法，考虑我国的地域类别修正系数 、地面类别修正系数 、加速度倍率、起重机类别等因素，考虑因素较为全面 ，计算简单易行，对我国港口码头起重设备抗震设计具有-定的指导意义。