岸桥抗震设计方法
【专利摘要】本发明公开一种岸桥抗震设计方法，该方法包含：求得地震下岸桥处于弹性阶段时的第一地震耗能需求和第一结构耗能能力；比较第一地震耗能需求和第一结构耗能能力的大小，若第一地震耗能需求小于第一结构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹性状态的抗震能力；求得地震下岸桥处于弹塑性阶段时的第二地震耗能需求和第二结构耗能能力；比较第二地震耗能需求和第二结构耗能能力的大小，若第二地震耗能需求小于第二结构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹塑性状态的抗震能力。本发明运用能量法进行集装箱起重机抗震设计，计算并比较岸桥处于弹性状态和弹塑性状态下的地震耗能需求和结构耗能能力，以获取岸桥抗震的设计参数，简单实用。
【专利说明】岸桥抗震设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及抗震理论方法研究的【技术领域】，具体涉及一种基于能量法的岸桥抗震 设计方法。
【背景技术】
[0002] 世界上主要港口绝大多数位于环太平洋地震带，这些港口不仅是各国的主要贸易 进出口基地，同时又是在紧急情况下各类物资装卸、运输的主要动脉。岸边集装箱起重机 (简称岸桥）是目前世界上大型港口用于整箱货物装卸效率最高，应用最为广泛的设备， 作为海洋运输的重要环节，承担着连接水陆运输的集装箱装卸作业的重任，而地震潜在地 威胁着码头的岸边集装箱起重机。迄今为止，建筑抗震设计理论的发展大致经历了静力理 论、反应谱理论、动力理论、基于性能的设计理论等四个阶段，国内外桥梁、建筑结构的抗震 研究理论已经有了比较深入的研究和了解，各国相应制定了桥梁和建筑结构的抗震设计规 范，使桥梁和建筑结构的抗震设计有迹可循。但是目前对于处于海岸沿线繁忙工作的集装 箱起重机抗震理论的研究却是极其微小的，不仅尚未形成规范化的抗震设计体系，甚至未 对抗震设计提出明确要求。例如在我国08年汶川地震后，桥梁、建筑结构抗震规范都有相 应改动，但是《起重机设计规范》在抗震方面却仍然没有针对性改变。目前岸桥抗震设计缺 少实用简单有效的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种岸桥抗震设计方法，运用能量法进行集装箱起重机抗震设计，简 单实用。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供一种岸桥抗震设计方法，其特点是，该方法包含：
[0005] 求得地震下岸桥处于弹性阶段时的第一地震耗能需求和第一结构耗能能力；
[0006] 比较第一地震耗能需求和第一结构耗能能力的大小，若第一地震耗能需求小于第 一结构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹性状态的抗震能力；
[0007] 求得地震下岸桥处于弹塑性阶段时的第二地震耗能需求和第二结构耗能能力；
[0008] 比较第二地震耗能需求和第二结构耗能能力的大小，若第二地震耗能需求小于第 二结构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹塑性状态的抗震能力。
[0009] 上述第一地震耗能需求以式（1)求得：
[0010]
【权利要求】
1. 一种岸桥抗震设计方法，其特征在于，该方法包含： 求得地震下岸桥处于弹性阶段时的第一地震耗能需求和第一结构耗能能力； 比较第一地震耗能需求和第一结构耗能能力的大小，若第一地震耗能需求小于第一结 构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹性状态的抗震能力； 求得地震下岸桥处于弹塑性阶段时的第二地震耗能需求和第二结构耗能能力； 比较第二地震耗能需求和第二结构耗能能力的大小，若第二地震耗能需求小于第二结 构耗能能力，则岸桥抗震结构满足弹塑性状态的抗震能力。
2. 如权利要求1所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述第一地震耗能需求以式 (1)求得：
其中，Ed为岸桥处于弹性阶段时地震耗能需求；M为岸桥结构的总质量除以重力加速 度；Vd为岸桥处于弹性阶段时地震作用于岸桥能量的速度换算值。
3. 如权利要求2所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述岸桥处于弹性阶段时地 震作用于岸桥能量的速度换算值Vd由以下关系式获得： 当Td〈0. 16,则G=1(().64 + 67;,)·(：;、. 9 当 0· 16 彡Td〈0. 64,则Ki=^：丨.6*(;、· 当 0· 64 彡Td，则厂d= ^:1 ·〇24 · i 其中，Td为岸桥固有周期，Gs为场地影响系数。
4. 如权利要求1所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述第一结构耗能能力Wel为 岸桥处于弹性阶段的损伤界线时的结构耗能能力，第一结构耗能能力Wel以式（2)求得： Wel =ΣWfi (2) 其中，Wfi为第i层岸桥主结构的弹性变形能，以式（3)求得：
其中，Qfi为结构第i层达到损伤界限时地震水平作用力；Sfi为第i层达到损伤界限时 岸桥的层间位移。
5. 如权利要求1所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述第二地震耗能需求以式 (5)求得：
其中，Es为岸桥处于弹塑性阶段时地震耗能需求;M为岸桥结构的总质量除以重力加速 度；vs为岸桥处于弹塑性阶段时地震作用于岸桥能量的速度换算值。
6. 如权利要求5所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述岸桥处于弹塑性阶段时 地震作用于岸桥能量的速度换算值Vs由以下关系式获得： 当Ts〈0. 16,则K=吾：(3.2 + 30O*G'v T 当 0· 16 <Ts〈0. 64,则K 9 当 0· 64 彡Ts，贝U匕=4 5·12 ·(;·ν ， 其中，Gs为场地影响系数；TS为岸桥结构弹塑性阶段的有效周期，由岸桥的固有周期Td 乘以折减系数k确定，即Ts =kTd。
7. 如权利要求6所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述岸桥为有支撑的钢结 构，k= 1. 4。
8. 如权利要求1所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述第二结构耗能能力We2为 岸桥主结构达到最大允许位移时的弹塑性变形能，第二结构耗能能力We2以式（6)求得： We2 =ΣWfi+ΣWfj (6) 当第i层主结构没有超过弹性阶段时，该层的弹性变形能Wfi按式（3)求得：
其中，Qfi为结构第i层达到损伤界限时地震水平作用力；Sfi为第i层达到损伤界限时 岸桥的层间位移； 当第j层主结构超过弹性阶段进入弹塑性阶段时，该层的弹塑性变形能W&.按式（7)计 算：
其中，Q"_为结构第j层达到损伤界限时地震水平作用力；S为第j层达到损伤界限 时岸桥的层间位移；Qq为结构第j层达到安全界限时地震水平作用力；S&.为第j层达到 安全界限时岸桥的层间位移。
9. 如权利要求3或6所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，所述场地影响系数Gs由 以下关系式获得： 当Td〈0.64jljGs= 1.5; T 当 0· 64〈Td〈0. 864,则Gs =U77^7 ; U.64 当 0· 864 彡Td，则Gs = 2. 025 ; 其中Td为岸桥的固有周期。
10. 如权利要求4或8所述的岸桥抗震设计方法，其特征在于，求取第i层岸桥主结构 的弹性变形能Wfi的方法包含： 建立岸桥的结构模型； 在岸桥结构的相应节点处施加地震作用力； 该地震作用力基于Ai分布，从小到大逐渐增加，直到岸桥结构中任意部位达到弹性阶 段地震作用下的允许应力值时，停止增加； 提取岸桥层间位移并按照式（3)求取岸桥结构所能吸收的第i层岸桥主结构的弹性变 形能Wfi ; 其中AiS地震层间剪力系数比，如式（4):
Vm; 其中'N为岸桥模型简化层数叫为岸桥各个简化质点的质量;M为岸桥的 总质量；Td为岸桥的固有周期。
【文档编号】G06F19/00GK104239671SQ201410165025
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】滕媛媛, 董达善, 梅潇, 李锦 , 黄婉娟, 俞翔栋 申请人:上海海事大学