(高清版)GBT 41680-2022 起重機 抗震設(shè)計通則

起重機抗震設(shè)計通則國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T41680—2022 I 1 3術(shù)語和定義、符號 1 2 35.1總則 35.2水平地震設(shè)計系數(shù)(Ka)的計算 35.3豎向地震設(shè)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(jié)構(gòu)能力驗證 附錄A(資料性)抗震設(shè)計流程圖 附錄B(資料性)關(guān)于最大反應(yīng)譜法的信息 附錄C(資料性)時程分析法與不同抗震設(shè)計方法比較 附錄D(資料性)基本加速度與麥?zhǔn)秸鸺?、里氏震級之間的關(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)能力驗證和ISO4306(所有部分)定義的機械部件和結(jié)構(gòu)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(yīng)行為——起重機動態(tài)特性本文件僅適用于應(yīng)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(yīng)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(gòu)成本文件必不ISO8686(所有部分)起重機載荷與載荷組合的設(shè)計原則(Cranes—DesignprinciplesforloadsISO20332起重機金屬結(jié)構(gòu)能力驗證(CranesProofofcompetenceofsteelstructures)3.1術(shù)語和定義主要符號見表1。C水平地震設(shè)計力2表1主要符號(續(xù))豎向地震設(shè)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(yīng)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(yīng)的計算是通過數(shù)值分步積分法即時求解起重機結(jié)5采用地震系數(shù)修正法進行抗震設(shè)計5.1總則算的。對于高風(fēng)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(shè)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(zhǔn)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(yīng)系數(shù)(見5.2.4);fcm——轉(zhuǎn)換系數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)換系數(shù)fon=0.16時，相當(dāng)于475年的回歸期(見5.2.2)轉(zhuǎn)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(shè)計起重機時通常選擇設(shè)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(rèn)的方法測量或計算確定。β?=βi×η×8βi——基本加速度反應(yīng)系數(shù)(見);η——阻尼修正系數(shù)(見);δ——反應(yīng)放大系數(shù)(見)。βi是阻尼比為0.025的起重機結(jié)構(gòu)的基本加速度反應(yīng)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(guān)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(guān)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(dāng)構(gòu)件的應(yīng)力低于彈性極限的50%時，結(jié)構(gòu)阻尼比(5)取值：對于焊接結(jié)構(gòu)，5=0.025;對于螺栓結(jié)構(gòu)，t=0.04;對于焊接和螺栓連接組合結(jié)構(gòu)，5=0.03。當(dāng)應(yīng)力超過材料彈性極限的50%以上，相同類型的結(jié)構(gòu)可采用更高的阻尼比值。若結(jié)構(gòu)破壞以失穩(wěn)模式為主，設(shè)計時不應(yīng)使用較高的阻尼比值。此外，阻尼比可以通過以下得到認(rèn)可的方法獲得，例如： ——評估非線性結(jié)構(gòu)件的力-位移遲滯現(xiàn)象的圖表。該非線性表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)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(dāng)軌道直接鋪設(shè)在地面上時，應(yīng)取δ=1。當(dāng)軌道鋪設(shè)在支撐結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)耦合程度相關(guān)的系數(shù)。如表4所示。k——與耦合結(jié)構(gòu)的等效阻尼相關(guān)的系數(shù)，該耦合結(jié)構(gòu)存在于起重機結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)之間。如圖3所示，其中5是起重機結(jié)構(gòu)的阻尼比(見)。表4系數(shù)λ自振周期比λ—起重機結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比；———整個起重機的質(zhì)量；——整個支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；——起重機結(jié)構(gòu)最大自振周期(假設(shè)支撐結(jié)構(gòu)為剛性時);7K5.3豎向地震設(shè)計系數(shù)(Ky)的計算豎向地震設(shè)計系數(shù)(Kv)應(yīng)按公式(5)計算：Kv=c×KH………c——豎向影響系數(shù)，在本文件中應(yīng)設(shè)為0.5(見附錄E);KH——水平地震設(shè)計系數(shù)，見5.2.1中的公式(1)。5.4地震設(shè)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(yīng)根據(jù)水平和豎向地震設(shè)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(shè)計力(Fa)和豎向地震設(shè)計力(Fv)應(yīng)作用于起重機結(jié)構(gòu)每個部件或構(gòu)件，應(yīng)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(gòu)件或部件的自重；8mc——所考慮的起重機構(gòu)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(dāng)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(yīng)譜法的抗震設(shè)計該方法計算了起重機在頻域內(nèi)的地震反應(yīng)，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(yīng)(兩個水平方向和一個垂直方向)。每個方向的地震反應(yīng)都是由所選振型的反應(yīng)組合而成。每一種振型的反應(yīng)都是通過最大反應(yīng)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(yīng)加速度或位移是通過最大反應(yīng)譜而獲取。在本文件中，豎向反應(yīng)譜值為水平譜值的50%。在兩個水平譜值不同的情況下，應(yīng)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(yīng)采用如下公認(rèn)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(yīng)組合以表征起重機的總地震反應(yīng)，所產(chǎn)生的效應(yīng)可以與起重機常規(guī)載荷組合考慮。起重機結(jié)構(gòu)(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(rèn)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?yīng)譜法的地震反應(yīng)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(shè)起重機結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(shè)計載荷作用應(yīng)根據(jù)ISO8686-1的原則與其他載荷作用結(jié)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(yīng)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(yīng)時的載荷工況，還應(yīng)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(shè)計載荷應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)增加(“不利”),或減少由此產(chǎn)生的載荷效應(yīng)(“有利”)。(資料性)抗震設(shè)計流程圖基于地震系數(shù)修正法的起重機抗震設(shè)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(shè)計程序的典型流程圖(資料性)表B.1中描述了反應(yīng)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(yīng)加速度譜計算所有節(jié)點的地震載荷。使用反應(yīng)譜分析法計算單一激勵方向地震反應(yīng)的步驟(續(xù))彎矩(地震激勵為x方向)j處關(guān)于局部坐標(biāo)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(yīng)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(biāo)Z軸彎矩引起的截面點1的正應(yīng)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(yīng)力和/或位移),該振型分量地震反應(yīng)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(biāo)ZL軸彎矩引起的截面點1的正應(yīng)力(地震激勵為x方向)地震反應(yīng)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(biāo)Z.軸彎矩引起的截面點1的正應(yīng)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(yīng)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(yīng)力06,2,i.由各個彎曲正應(yīng)力組成。這些彎曲正應(yīng)力對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)分析方法的特征復(fù)雜性和難度涵蓋的結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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(yīng)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(shè)計系數(shù)(Ky)和水平地震設(shè)計系數(shù)(Ka)有關(guān)。反應(yīng)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(yīng)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(shè)置為0.5。圖E.1反應(yīng)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(guān)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