港口起重机抗震设计与加固

港口起重机抗震设计与加固

陶闯

身份证号：429001198606216930

摘要：近些年，随着社会经济快速发展，港口起重机是码头正常运营必不可少的重要作业设备，作为一种钢结构，近年来的震害表明，港口起重机在地震作用下也同码头结构一样易于遭受破坏．作为大型装卸设备，港口起重机遭受损坏后会丧失使用功能，对其进行维修和更换需耗费大量时间，影响码头震后迅速恢复运营。因而，对于新造起重机有必要进行合理的抗震设计，而对已有的起重机应进行抗震性能评估和抗震加固。目前，我国仍缺乏专门的港口起重机抗震设计规范，故文中在总结港口起重机的震害和破坏形式的基础上，介绍国内外起重机的抗震设计和抗震加固方法。通过一实际案例分析码头结构对起重机地震反应的影响。

关键词：港口；起重机；抗震设计；加固

引言

目前，随着社会经济飞速发展，作为严重的自然灾害，地震具有毁灭性，对港口起重机结构造成巨大威胁。起重机属于大型设备，无论是安装还是运行，都需要进行合理设计与维护。为提高起重机的抗震效果，设计过程要积极分析，结合具体区域与实践，尽可能将预料到的问题考虑周全，提高起重机对于抗震评估与抗震加固的效率。

1港口起重机械提高管理质量的措施所在

1.1 精心打造优秀的企业质量文化

文化是一个集体或者企业的血脉与灵魂。优秀的企业文化不仅为企业的成长助力，提高企业的软实力，以及提高企业的市场竞争力，为企业不断地输送正能量，也为社会主流文化的成长缔造新的文化元素。而企业质量文化是企业文化中重要组成，也是企业文化的根本点，是企业文化的核心所在；质量文化是企业经济增长的润滑剂，是企业所有项目成功主要因素。企业的成功尤其能长期的立于不败之地，靠的不是偶尔的机遇，靠的是自己独特的文化滋养。成功的企业必须懂得涵养自己的文化壮大自己的文化、发展自己的文化事业。首先，提高企业员工的素养，提高员工的质量意识和质量文化热爱，质量文化，可以优化企业的工作环境，培育新的创造力，提升设备的生产力，培育新的人力资源库等。质量文化的关键是质量管理活动、教育活动。它是打造质量制度文化，约束员工质量行为，培育员工的质量文化理念、质量观点、质量行为准则，是提升企业核心竞争力的主要环节。因此，港口起重机械要想提高管理质量，就必须将企业员工的质量意识培育好，引导员工树立质量理念，遵循质量管理规范、传播质量意识。

1.2 建立健全质量文化的发展制度

健全质量文化的发展制度是企业赢得质量优秀，赢得客户信赖的基础。质量文化在市场经济活动中体现在诚实守信，履行承诺、公平竞争，履行承诺也是最重要的。由于市场经济活动的本质就是一种信用经济。优秀的企业中管理上一视同仁企业高层管理者与员工都必须接受诚信教育、履行承诺企业全体参与履行承诺，是建立健全质量文化的底线要求是建立高效率的管理的前提。港口起重机械制造企业面对特殊定制的产品最重要的是确保其质量优秀性能卓越，品质优良。企业要建立健全质量文化的发展制度，需要做到以下几点：

（1）港口起重机械制造企业面对特殊定制的产品。需要按照客户的质量要求，对客户的质量负责，无论是任何产品项目都应该循规蹈矩依照定制的产品质量要求、功能规定进行设计生产规行矩步，严格践行国家与企业质量管理制度的各种约束规定，特殊的定制产品特殊对待循序渐进的实施。紧事紧办，特殊处理，港口起重机械制造企业要成立专门的质量文化宣传发动小组，才能高效率地完成健全质量文化的发展的目标。

（2）港口起重机械制造企业面对特殊定制的产品需要成立专门的产品质量管理项目组，并赋予项目组相应的权力，同时也给予同样的责任与担当，明确他们应受到的制约与监督，防止项目生产中出现的谋私与舞弊。

2起重机械常见的故障类型

2.1　电气故障

电气故障是起重机械内部故障常见的类型之一。通常来说，起重机械主要是由电气进行控制。由于起重机械控制系统内的电气位置复杂多样，导致不能准确的判断出故障位置。

2.2机械故障

卷筒组。起重机械在吊物过程中，通常是由卷筒进行发力。当一些物件的质量较大时，对卷筒内部会产生一定的磨损，如果长时间使用这种被磨损的卷筒，则卷筒的内壁则会出现孔洞，导致起重机械发生故障。起重机吊钩。起重机吊钩是起重机重要组成部分，通常在起吊时都需要吊钩来提吊重物。当使用时间过长时，吊钩会出现开裂、变形，从而使得起重机械发生故障。钢丝绳。钢丝绳主要是连接起重机与吊物的绳索，在起重机在提吊重物过程中，由于不同位置的钢丝绳所承受的重力不同，当重力较大时，钢丝绳会出现断裂现象，或者钢丝绳磨损程度较大时，也会出现断裂现象，从而使得起重机无法正常工作。主梁腹板。主梁腹板也是起重机关键组成部分，当起重机械受力较大时，主梁腹板会出现相应的磨损现象，导致其产生局部变形，从而使得起重机械发生故障。

3模型和原型时程分析

3.1模型时程分析

在Abaqus中，模型总体坐标系Y方向是竖直方向，X为沿主梁方向的水平方向，Z为垂直于主梁方向的水平方向。单元主要有梁单元、Mass单元。模型单元总数为115，配重用Mass点代替，并用MPC-Beam刚性梁单元与车架连接，其余全部用Beam单元，小车支腿和主梁用Couple-Kin耦合连接；底端约束方式模型时程分析的输入波为地震模拟实验测得的最终输入波。同时加载X方向和Y方向的地震波时，等效模型底部约束处水平方向的加速度响应峰值为859mm/s2，最大值为2943.37mm/s2，放大3.4倍。实验和模型仿真分析求得的结构响应放大倍数基本一致，误差主要来源于实验模型和有限元模型振型频率不完全一致，以及实验模型的加工误差。实验和仿真所得结构对输入地震波的加速度响应，在水平方向上放大近4倍，可认为发生了共振，在竖直方向上，加速度响应放大倍数较小，结构与地震波未发生共振。

3.2原型时程分析

在原型中，小车支腿和轨道、端梁和主梁用MPC-Beam刚性梁单元连接，车轮和台车、各级平衡梁之间用Couple-Kin耦合连接。模型时程分析的输入波为地震模拟实验测得的最终输入波。同时加载X方向和Y方向的地震波时，主梁跨中加速度响应时程曲线。通过对环行起重机原型进行地震时程分析，得到了原型在输入地震波作用下的动力特性。当地震波沿水平、竖直方向同时加载时，环行起重机底端约束点的水平加速度响应峰值为867.55mm/s2，竖直方向加速度响应峰值为690mm/s2；主梁跨中水平加速度响应峰值为3300.1mm/s2，竖直加速度响应峰值为1469.98mm/s2。水平方向放大倍数为3.8倍，竖直方向放大倍数为2.1倍。

4抗震加固

弹性倾覆。如果可以缩短起重机门架的净距离并安装支撑，以规定的倾覆对现有起重机进行加固，是比较理想的选择。提高延性。地震加固最便捷的方法是提高起重机的延性，主要是通过增加起重机的刚度实现屈服。此法适用于起重机不能增加支架或起重机有净距离要求的情况。安装隔震装置。该法费用较大，需要综合比较在起重机上的抗震优缺点，以选择最佳方案。

5起重机与码头抗震设计的区别

5.1与地面的接触方式不同

码头上部结构直接坐落在基床上（重力式码头）或通过桩基础固接在地基中（板桩码头和高桩码头），永久固定在一个位置；起重机放置在轨道上，如果水平地震方向与起重机大车运行方向一致，则起重机沿轨道滑动不受约束或受比较小的约束；如果水平地震方向与起重机大车运行方向垂直，则起重机因受到地震作用而摆动，一侧立柱可能会与大车脱离。

5.2不满足平面和立面尽量规则要求

从保持良好的抗震性能考虑，港口码头力求保持平面和立面上规则；而由于使用功能的需要，起重机难以做到平面和立面上规则。例如，岸桥沿着小车行走方向是不对称结构，海侧前大梁的长度大于陆侧后大梁的长度，同时当小车运行到海侧最大外伸距作业时，整机的重心就更加偏向海侧，这不利于起重机自身的整体稳定。

5.3结构几何构型不同

港口码头形状是固定的，几何不可变；出于吊装的需要，起重机上部结构的几何形式是可变的，如上部小车的移动，集装箱起重机前大梁的转动等．在不同的几何构型下起重机的地震反应是不同的，抗震设计中需要考虑小车不利位置、吊臂水平和竖向不利角度。

5.4码头上起重机的振动属于二次反应

在地震作用下，码头受到地震波的激励发生振动，码头上的起重机又受到码头的激励发生振动。起重机与码头之间存在相互作用，码头结构的振动可能放大了地震对起重机的影响，也可能减小了对起重机的影响，与码头的自振周期有关，这与直接放置在地面上的起重机是不同的。

结语

随着港口运输量增加，起重机的运用更加广泛。随着起重机种类的不断增加，相关设计人员应，重视自然条件对于起重机的影响。分析地震自然灾害对起重机设计的影响，希望为港口各项事业开展提供科学保证，推动国家经济发展。

参考文献

[1]国家技术监督局．起重机设计规范：ＧＢ／Ｔ　3811—2008［Ｓ］．北京：中国标准出版社，2008．

[2]国家技术监督局．起重机耐震设计规范：ＪＣＡＳ1101—2008［Ｓ］．北京：中国标准出版社，2008．

[3]李永亮.核电站环行起重机抗震分析研究[D].大连：大连理工大学，2018.