大型港口起重機械的紊流風載荷及抗風設計方法研究

《大型港口起重機械的紊流風載荷及抗風設計方法研究》是依託同濟大學，由秦仙蓉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大型港口起重機械的紊流風載荷及抗風設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：秦仙蓉
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

大型港口起重機械工作於碼頭前沿或近岸海域，其結構整體外形大，兼具大跨度與大高度的特點，且與一般土木結構或輸電塔結構相比局部桿件長細比更大，有著明顯特殊性。港機的大型化發展態勢使得結構基頻已降低至風載荷的卓越頻段，由風場紊流成分引起的結構風振已經不容忽視。本項目在脈動風速現場監測、風洞模型試驗和計算機數值模擬的基礎上，深入研究大型港口起重機械的紊流風載荷特性（統計特性、譜特性、空間相關性）及其數值模擬方法（至少同時考慮跨度和高度兩個方向的空間相關性），研究此類機械結構考慮風振效應的基於分層思想的抗風設計方法，建立結構風振理論簡化模型，結合現場關鍵部件性態監測對模型進行修正最佳化，研究討論紊流風載荷對結構承載能力、動力可靠性、整體穩定性及輪壓的影響。研究結果既可以套用於大型港口起重機械的研究與設計，又可以對相關國家規範未加規定的內容提供有益參考，為提高我國此類機械的研發水平發揮積極作用。

結題摘要

世界經濟的迅猛發展與全球化態勢使得貨櫃海上運輸成為一種非常重要的貨物運輸形式，而貨櫃運輸船噸位的逐步攀升使得與之配套工作的貨櫃碼頭裝卸機械設備的體形亦隨之攀升，其結構高大、輕柔，動態特徵明顯。有別於一般海岸地貌，貨櫃碼頭的碼頭前沿往往是一系列貨櫃岸邊起重機在集群工作，停靠於碼頭的貨櫃船迎風面積大，而碼頭後方的大量貨櫃堆垛高低不齊、面積龐大，以上種種因素都極大複雜化了貨櫃碼頭的局部風環境，使得其局部風場呈現出重要的紊流特徵，風對碼頭起重機械設備的紊流效應不容忽視。項目研究過程中，以大型岸邊貨櫃橋式起重機為基本研究對象（簡稱橋吊、岸橋），主要從紊流風載荷數值模擬方法、結構動力學建模、局部風環境CFD模擬、紊流風對結構承載能力的影響分析、紊流風對結構承載能力影響的現場實測、結構的輕量化與抗風設計等方面對紊流風載荷對大型港口起重機械的影響進行了系統研究。項目研究過程中，首先通過諧波疊加原理，根據理論風速譜模擬脈動風速的時間歷程，並進一步根據相關規範轉化為風載荷的時間歷程。建立了實腹式主梁與桁架式主梁兩大類岸邊貨櫃起重機的結構有限元分析模型，將模擬的風載荷時間歷程施加於有限元模型，從而預測了結構特徵位置上的回響時間歷程以及回響譜。以上海洋山深水港某貨櫃碼頭為工程實例，基於CFD技術模擬了貨櫃運輸船及碼頭後方貨櫃堆垛對貨櫃碼頭局部風環境的影響。結合上述三部分內容研究詳細系統分析了紊流風對大型港口起重機械的承載能力的影響，並進一步分別在廈門港、上海外高橋和上海洋山港進行了其承載能力的現場實測與實時監測。探討了大型港口起重機械的抗風設計方法及其以抗風為目標的輕量化設計方法。