(高清版)GBT 41680-2022 起重機 抗震設計通則

起重機抗震設計通則國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會GB/T41680—2022 I 1 3術語和定義、符號 1 2 35.1總則 35.2水平地震設計系數(shù)(Ka)的計算 35.3豎向地震設計系數(shù)(Kv)的計算 7 7 86.1通則 8 9 7.4整體穩(wěn)定性驗證 7.5起重機結構能力驗證 附錄A(資料性)抗震設計流程圖 附錄B(資料性)關于最大反應譜法的信息 附錄C(資料性)時程分析法與不同抗震設計方法比較 附錄D(資料性)基本加速度與麥式震級、里氏震級之間的關系 附錄E(資料性)豎向地震烈度 I11范圍本文件規(guī)定了起重機抗震設計的通用方法，適用于ISO8686(所有部分)定義的地震載荷的計算、ISO20332定義的金屬結構能力驗證和ISO4306(所有部分)定義的機械部件和結構的計算。本文件評估經(jīng)受地震激勵下的起重機動態(tài)反應行為——起重機動態(tài)特性本文件僅適用于應力在ISO20332規(guī)定的彈性范圍內(nèi)的正常使用極限狀態(tài)(SLS)。本文件不適用于包括塑性變形在內(nèi)的能力驗證。若起重機供應商和用戶下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不ISO8686(所有部分)起重機載荷與載荷組合的設計原則(Cranes—DesignprinciplesforloadsISO20332起重機金屬結構能力驗證(CranesProofofcompetenceofsteelstructures)3.1術語和定義主要符號見表1。C水平地震設計力2表1主要符號(續(xù))豎向地震設計力作用在起升載荷上的地震力(水平和豎向)基本加速度反應系數(shù)；阻尼系數(shù)為0.025的起重7阻尼修正系數(shù)85阻尼比 3在時程分析法中，地震反應的計算是通過數(shù)值分步積分法即時求解起重機結5采用地震系數(shù)修正法進行抗震設計5.1總則算的。對于高風險起重機，給定一個高危險度系數(shù)(yn),該高危險度系數(shù)比單位值大，具體數(shù)值見第7章。水平地震設計系數(shù)(Kn)的計算公式見公式(1):Kh=Ang×β?×β?×fn=An×β?×fon……………Abg——規(guī)準化基本加速度(見5.2.2β?——地基放大系數(shù)(見5.2.3);β?——加速度反應系數(shù)(見5.2.4);fcm——轉換系數(shù)，當轉換系數(shù)fon=0.16時，相當于475年的回歸期(見5.2.2)轉換為抗震起重機正常使用極限狀態(tài)(SLS)工作72年。Ang=ag/g×fme (2)free——重現(xiàn)系數(shù)，取決于遞歸區(qū)間R;設計起重機時通常選擇設計地震，該地震可在100年~475年間重現(xiàn)(R=100～475)。對于不同國家需要考慮區(qū)域地震損壞的歷程和區(qū)域通常，加速度(Abg和As)是基于475年地基放大系數(shù)表示土壤表面對地震激勵的烈度和頻率的影響。這種影響的原理如圖1所示。4表2給出了以函數(shù)v,,3來進行劃分的地基分類，v,3o表示30m土層表面的平均剪切波速。起重機類別橫波速度(v,3o)012中等硬度地面，不包括第1類和第3類35起重機最重要的振型是從自振周期和頻率中選擇的，該自振周期和頻率可由公認的方法測量或計算確定。β?=βi×η×8βi——基本加速度反應系數(shù)(見);η——阻尼修正系數(shù)(見);δ——反應放大系數(shù)(見)。βi是阻尼比為0.025的起重機結構的基本加速度反應系數(shù)。其值是通過與起重機自振頻率/周期及起重機所在地基類別相關的函數(shù)而獲得，如圖2所示。YY1210.1X211——地基類別0和1;圖2系數(shù)βi(關于起重機自振周期/頻率和起重機所在位置的地基類別的函數(shù))6表3阻尼修正系數(shù)阻尼比57通常，當構件的應力低于彈性極限的50%時，結構阻尼比(5)取值：對于焊接結構，5=0.025;對于螺栓結構，t=0.04;對于焊接和螺栓連接組合結構，5=0.03。當應力超過材料彈性極限的50%以上，相同類型的結構可采用更高的阻尼比值。若結構破壞以失穩(wěn)模式為主，設計時不應使用較高的阻尼比值。此外，阻尼比可以通過以下得到認可的方法獲得，例如： ——評估非線性結構件的力-位移遲滯現(xiàn)象的圖表。該非線性表現(xiàn)為結構件的非線性行為或節(jié)點具有干摩擦特性。對于沿軌道運行起重機，當軌道直接鋪設在地面上時，應取δ=1。當軌道鋪設在支撐結構(例如建筑物、橋墩、碼頭)上時，8的值可根據(jù)公式(4)確定。λ——與起重機結構和支撐結構耦合程度相關的系數(shù)。如表4所示。k——與耦合結構的等效阻尼相關的系數(shù)，該耦合結構存在于起重機結構與支撐結構之間。如圖3所示，其中5是起重機結構的阻尼比(見)。表4系數(shù)λ自振周期比λ—起重機結構與支撐結構的質(zhì)量比；———整個起重機的質(zhì)量；——整個支撐結構的質(zhì)量；——起重機結構最大自振周期(假設支撐結構為剛性時);7K5.3豎向地震設計系數(shù)(Ky)的計算豎向地震設計系數(shù)(Kv)應按公式(5)計算：Kv=c×KH………c——豎向影響系數(shù)，在本文件中應設為0.5(見附錄E);KH——水平地震設計系數(shù)，見5.2.1中的公式(1)。5.4地震設計載荷的計算5.4.1地震加速度的計算最大水平和豎向地震加速度(an和av)應根據(jù)水平和豎向地震設計系數(shù)(Ka和Kv),按公式(6)和公式(7)計算：an=KH×g (6)ay=Ky×g (7)5.4.2計算地震力水平地震設計力(Fa)和豎向地震設計力(Fv)應作用于起重機結構每個部件或構件，應使用公式(8)和公式(9)計算： (8)Fv=Kv×Wc或Fv=ay×mc (9)Wc——所考慮的起重機構件或部件的自重；8mc——所考慮的起重機構件或部件的質(zhì)量。起升載荷所受的地震力由Fev和FRa給出，分別用于豎向和水平方向。當水平地震力可忽略不計時，只需要考慮豎向方向地震力。FRH和Fkv分別按公式(10)和公式(11)計算：FRH=Kn×X×WR或Fkn=an×X×mr Fy=Kv×X×Wr或FRv=ay×X×mr 式中：x——起升載荷的地震影響系數(shù)；Wr——起重機總載荷；mr——總載荷的質(zhì)量。表5起升載荷的地震影響系數(shù)(X)起重機工作級別X6基于最大反應譜法的抗震設計該方法計算了起重機在頻域內(nèi)的地震反應，并考慮多種振型的參與程度。通常需要計算三個正交方向上的反應(兩個水平方向和一個垂直方向)。每個方向的地震反應都是由所選振型的反應組合而成。每一種振型的反應都是通過最大反應加速度或位移來計算的，并且考慮了振型的頻率/周期和阻尼比值以及振型的有效質(zhì)量，最大反應加速度或位移是通過最大反應譜而獲取。在本文件中，豎向反應譜值為水平譜值的50%。在兩個水平譜值不同的情況下，應取兩者中最大值計算豎向譜值。作為各自重要振型的組合，每個方向的總地震反應采用如下公認的方法計算得到：——平方和的平方根法(SRSS); 完全二次型組合法(CQC)。將三個方向上的總反應組合以表征起重機的總地震反應，所產(chǎn)生的效應可以與起重機常規(guī)載荷組合考慮。起重機結構(實際上具有無限的自由度)可以簡化為有限的多自由度集中質(zhì)量-彈簧的動態(tài)系統(tǒng)模型，通過有限元(FEA)或其他公認的工具進行分析，并能保存振型明顯的模態(tài)。所建立的模型用于計算自振周期/自振頻率、振型及其參與系數(shù)?；谧畲蠓磻V法的地震反應分析的主要步驟如表B.1所示(所示的示例僅考慮了x方向的地震激勵)。計算方法中假設起重機結構為線彈性，則此計算方法的精度將隨方法中所用到的模態(tài)階數(shù)的增高而增高。9●轉換系數(shù)值等于0.16[見公式(1)]; TSRsess=√resp?(X)2+resp.(Y) TSR100-40-40=1.0×|resp.(X)|+0.4×|resp?(Y)|+0.4TSR100-40-40=0.4×|resp.(X)|+1.0×|resp?(Y)|+0.4或TSR1004040=0.4×|resp.(X)|+0.4×|resp?(Y)|+1.0TSR=1.0×|resp:(X)|+1.0×|resp,(Y|或TSR,,=1.0×|resp?(Z)|+1.0×|resp.(Y)|…(14)第5章中計算的抗震設計載荷作用應根據(jù)ISO8686-1的原則與其他載荷作用結合使用，如表6111111·水平地震力(Fn和Frn)可以作用在任何水平方向上，但應選取對起重機部件最不利的水平方向。采用6.2中SRSS方法計算總地震反應時的載荷工況，還應與表7列出的其他載荷作用進行組合。111110101000107.4整體穩(wěn)定性驗證對于每個正交水平方向，根據(jù)ISO8686-1的原則，地震設計載荷應與其他載荷組合使用，如表8所示。載荷組合C1起重機的質(zhì)量，不利起重機的質(zhì)量，有利載荷組合C1總載荷總地震載荷·在計算給定載荷組合和起重機結構的重力載荷時，在所考慮的臨界點上，起重機不同部位的質(zhì)量應增加(“不利”),或減少由此產(chǎn)生的載荷效應(“有利”)。(資料性)抗震設計流程圖基于地震系數(shù)修正法的起重機抗震設計程序的典型流程圖如圖A.1所示。否是圖A.1基于地震系數(shù)修正法的起重機抗震設計程序的典型流程圖(資料性)表B.1中描述了反應譜分析法[用“resp(dir)”表示]的步驟。懸臂梁的理想化集中振型1F振型1中節(jié)點j處的地震力F,振型2中節(jié)點j處的地震力F,振型3中節(jié)點j處的地震力F,?注：對于選定的振型，使用參與系數(shù)和地震反應加速度譜計算所有節(jié)點的地震載荷。使用反應譜分析法計算單一激勵方向地震反應的步驟(續(xù))彎矩(地震激勵為x方向)j處關于局部坐標Z軸的截面彎矩(地震激勵為x方向)剪切力)和M;(彎矩)Mzj?.3為振型3下、機身底部節(jié)點j(地震激勵為x方向)由步驟4計算所得的軸向力N、剪切力地震反應resp?(x)=0%.z?x表示在振型1下、機身底部節(jié)點j處、由局部坐標Z軸彎矩引起的截面點1的正應力(地震激勵為x方向)V和彎矩M產(chǎn)生。力分量ob.z_j?..,即在機身底部節(jié)點j振型為1、2、3)。(dir)(即應力和/或位移),該振型分量地震反應resp?(x)=0b,zL,J,.3,表示在振型3下、機身底部節(jié)點j處、由局部坐標ZL軸彎矩引起的截面點1的正應力(地震激勵為x方向)地震反應resp?(x)=0b.z_J..2,表示在振型2下、機身底部節(jié)點j處、由局部坐標Z.軸彎矩引起的截面點1的正應力(地震激勵為x方向)步驟6——使用SRSS方法(所有重要節(jié)點處的總應力或重要位移),計算所考慮的地示例：在節(jié)點j(在塔底部)截面的點1處，x方向上的地震激勵，總彎曲正應力06,2,i.由各個彎曲正應力組成。這些彎曲正應力對應振型1、2和3,是對局部軸ZL的彎矩所產(chǎn)生的，由步驟5計算，其計算公式如(資料性)時程分析法是計算地震載荷的另外一種方法，用于在應用于需要非常精確地評估地震載荷和/或由于各時程曲線對起重機的影響大小不等，因此一個反應譜往往由多組時程曲線表C.1比較了3種方法的特征。表C.13種地震反應分析方法的特征復雜性和難度涵蓋的結構和計算地震加估算地震載荷的簡單易用，可用近似，譜和對起重機自振周期/頻率的(見第6章和附錄B)更復雜，需要用到計算機用極限狀態(tài)下的取決于所使用的時程分析法(見C.2)復雜且對計算彈性、塑性、以實際地震加速的精確仿真 YY0Y——加速度。圖C.1地震反應時程分析步驟(單一方向)(資料性)里氏震級IⅡⅢVV1MV5XX(資料性)豎向地震烈度豎向影響系數(shù)與豎向地震設計系數(shù)(Ky)和水平地震設計系數(shù)(Ka)有關。反應譜的豎向加速度與水平加速度比值可以通過基于經(jīng)驗的衰減公式獲得，此比值范圍在0.4~0.7,對應的周期范圍為0.1s～5s(見圖E.1和參考文獻[3]、[4]和[5])。宜將豎向影響系數(shù)c設置為0.5。圖E.1反應譜的豎向加速度與水平加速度比值(V/H),源自基于經(jīng)驗的、關于地震周期的衰減公式[2]ISO4306(allparts)Liftingappliances—Vocabulary[3]OHNOS.,TAKAHASHIK.,MOTOSAKAJournalofStructuralandConstructionEngineering.TransactionsofAIJ,2001No.544,39-46[4]ABRAHAMSONN.A.,&SIL