(高清版)GBT 41680-2022 起重机 抗震设计通则

起重机抗震设计通则国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会GB/T41680—2022 I 1 3术语和定义、符号 1 2 35.1总则 35.2水平地震设计系数(Ka)的计算 35.3竖向地震设计系数(Kv)的计算 7 7 86.1通则 8 9 7.4整体稳定性验证 7.5起重机结构能力验证 附录A(资料性)抗震设计流程图 附录B(资料性)关于最大反应谱法的信息 附录C(资料性)时程分析法与不同抗震设计方法比较 附录D(资料性)基本加速度与麦式震级、里氏震级之间的关系 附录E(资料性)竖向地震烈度 I11范围本文件规定了起重机抗震设计的通用方法，适用于ISO8686(所有部分)定义的地震载荷的计算、ISO20332定义的金属结构能力验证和ISO4306(所有部分)定义的机械部件和结构的计算。本文件评估经受地震激励下的起重机动态反应行为——起重机动态特性本文件仅适用于应力在ISO20332规定的弹性范围内的正常使用极限状态(SLS)。本文件不适用于包括塑性变形在内的能力验证。若起重机供应商和用户下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不ISO8686(所有部分)起重机载荷与载荷组合的设计原则(Cranes—DesignprinciplesforloadsISO20332起重机金属结构能力验证(CranesProofofcompetenceofsteelstructures)3.1术语和定义主要符号见表1。C水平地震设计力2表1主要符号(续)竖向地震设计力作用在起升载荷上的地震力(水平和竖向)基本加速度反应系数；阻尼系数为0.025的起重7阻尼修正系数85阻尼比 3在时程分析法中，地震反应的计算是通过数值分步积分法即时求解起重机结5采用地震系数修正法进行抗震设计5.1总则算的。对于高风险起重机，给定一个高危险度系数(yn),该高危险度系数比单位值大，具体数值见第7章。水平地震设计系数(Kn)的计算公式见公式(1):Kh=Ang×β₂×β₃×fn=An×β₃×fon……………Abg——规准化基本加速度(见5.2.2β₂——地基放大系数(见5.2.3);β₃——加速度反应系数(见5.2.4);fcm——转换系数，当转换系数fon=0.16时，相当于475年的回归期(见5.2.2)转换为抗震起重机正常使用极限状态(SLS)工作72年。Ang=ag/g×fme (2)free——重现系数，取决于递归区间R;设计起重机时通常选择设计地震，该地震可在100年~475年间重现(R=100～475)。对于不同国家需要考虑区域地震损坏的历程和区域通常，加速度(Abg和As)是基于475年地基放大系数表示土壤表面对地震激励的烈度和频率的影响。这种影响的原理如图1所示。4表2给出了以函数v,,3来进行划分的地基分类，v,3o表示30m土层表面的平均剪切波速。起重机类别横波速度(v,3o)012中等硬度地面，不包括第1类和第3类35起重机最重要的振型是从自振周期和频率中选择的，该自振周期和频率可由公认的方法测量或计算确定。β₃=βi×η×8βi——基本加速度反应系数(见);η——阻尼修正系数(见);δ——反应放大系数(见)。βi是阻尼比为0.025的起重机结构的基本加速度反应系数。其值是通过与起重机自振频率/周期及起重机所在地基类别相关的函数而获得，如图2所示。YY1210.1X211——地基类别0和1;图2系数βi(关于起重机自振周期/频率和起重机所在位置的地基类别的函数)6表3阻尼修正系数阻尼比57通常，当构件的应力低于弹性极限的50%时，结构阻尼比(5)取值：对于焊接结构，5=0.025;对于螺栓结构，t=0.04;对于焊接和螺栓连接组合结构，5=0.03。当应力超过材料弹性极限的50%以上，相同类型的结构可采用更高的阻尼比值。若结构破坏以失稳模式为主，设计时不应使用较高的阻尼比值。此外，阻尼比可以通过以下得到认可的方法获得，例如： ——评估非线性结构件的力-位移迟滞现象的图表。该非线性表现为结构件的非线性行为或节点具有干摩擦特性。对于沿轨道运行起重机，当轨道直接铺设在地面上时，应取δ=1。当轨道铺设在支撑结构(例如建筑物、桥墩、码头)上时，8的值可根据公式(4)确定。λ——与起重机结构和支撑结构耦合程度相关的系数。如表4所示。k——与耦合结构的等效阻尼相关的系数，该耦合结构存在于起重机结构与支撑结构之间。如图3所示，其中5是起重机结构的阻尼比(见)。表4系数λ自振周期比λ—起重机结构与支撑结构的质量比；———整个起重机的质量；——整个支撑结构的质量；——起重机结构最大自振周期(假设支撑结构为刚性时);7K5.3竖向地震设计系数(Ky)的计算竖向地震设计系数(Kv)应按公式(5)计算：Kv=c×KH………c——竖向影响系数，在本文件中应设为0.5(见附录E);KH——水平地震设计系数，见5.2.1中的公式(1)。5.4地震设计载荷的计算5.4.1地震加速度的计算最大水平和竖向地震加速度(an和av)应根据水平和竖向地震设计系数(Ka和Kv),按公式(6)和公式(7)计算：an=KH×g (6)ay=Ky×g (7)5.4.2计算地震力水平地震设计力(Fa)和竖向地震设计力(Fv)应作用于起重机结构每个部件或构件，应使用公式(8)和公式(9)计算： (8)Fv=Kv×Wc或Fv=ay×mc (9)Wc——所考虑的起重机构件或部件的自重；8mc——所考虑的起重机构件或部件的质量。起升载荷所受的地震力由Fev和FRa给出，分别用于竖向和水平方向。当水平地震力可忽略不计时，只需要考虑竖向方向地震力。FRH和Fkv分别按公式(10)和公式(11)计算：FRH=Kn×X×WR或Fkn=an×X×mr Fy=Kv×X×Wr或FRv=ay×X×mr 式中：x——起升载荷的地震影响系数；Wr——起重机总载荷；mr——总载荷的质量。表5起升载荷的地震影响系数(X)起重机工作级别X6基于最大反应谱法的抗震设计该方法计算了起重机在频域内的地震反应，并考虑多种振型的参与程度。通常需要计算三个正交方向上的反应(两个水平方向和一个垂直方向)。每个方向的地震反应都是由所选振型的反应组合而成。每一种振型的反应都是通过最大反应加速度或位移来计算的，并且考虑了振型的频率/周期和阻尼比值以及振型的有效质量，最大反应加速度或位移是通过最大反应谱而获取。在本文件中，竖向反应谱值为水平谱值的50%。在两个水平谱值不同的情况下，应取两者中最大值计算竖向谱值。作为各自重要振型的组合，每个方向的总地震反应采用如下公认的方法计算得到：——平方和的平方根法(SRSS); 完全二次型组合法(CQC)。将三个方向上的总反应组合以表征起重机的总地震反应，所产生的效应可以与起重机常规载荷组合考虑。起重机结构(实际上具有无限的自由度)可以简化为有限的多自由度集中质量-弹簧的动态系统模型，通过有限元(FEA)或其他公认的工具进行分析，并能保存振型明显的模态。所建立的模型用于计算自振周期/自振频率、振型及其参与系数。基于最大反应谱法的地震反应分析的主要步骤如表B.1所示(所示的示例仅考虑了x方向的地震激励)。计算方法中假设起重机结构为线弹性，则此计算方法的精度将随方法中所用到的模态阶数的增高而增高。9●转换系数值等于0.16[见公式(1)]; TSRsess=√resp₂(X)²+resp.(Y) TSR100-40-40=1.0×|resp.(X)|+0.4×|resp₂(Y)|+0.4TSR100-40-40=0.4×|resp.(X)|+1.0×|resp₂(Y)|+0.4或TSR1004040=0.4×|resp.(X)|+0.4×|resp₂(Y)|+1.0TSR=1.0×|resp:(X)|+1.0×|resp,(Y|或TSR,,=1.0×|resp₂(Z)|+1.0×|resp.(Y)|…(14)第5章中计算的抗震设计载荷作用应根据ISO8686-1的原则与其他载荷作用结合使用，如表6111111·水平地震力(Fn和Frn)可以作用在任何水平方向上，但应选取对起重机部件最不利的水平方向。采用6.2中SRSS方法计算总地震反应时的载荷工况，还应与表7列出的其他载荷作用进行组合。111110101000107.4整体稳定性验证对于每个正交水平方向，根据ISO8686-1的原则，地震设计载荷应与其他载荷组合使用，如表8所示。载荷组合C1起重机的质量，不利起重机的质量，有利载荷组合C1总载荷总地震载荷·在计算给定载荷组合和起重机结构的重力载荷时，在所考虑的临界点上，起重机不同部位的质量应增加(“不利”),或减少由此产生的载荷效应(“有利”)。(资料性)抗震设计流程图基于地震系数修正法的起重机抗震设计程序的典型流程图如图A.1所示。否是图A.1基于地震系数修正法的起重机抗震设计程序的典型流程图(资料性)表B.1中描述了反应谱分析法[用“resp(dir)”表示]的步骤。悬臂梁的理想化集中振型1F振型1中节点j处的地震力F,振型2中节点j处的地震力F,振型3中节点j处的地震力F,₃注：对于选定的振型，使用参与系数和地震反应加速度谱计算所有节点的地震载荷。使用反应谱分析法计算单一激励方向地震反应的步骤(续)弯矩(地震激励为x方向)j处关于局部坐标Z轴的截面弯矩(地震激励为x方向)剪切力)和M;(弯矩)Mzj₂.3为振型3下、机身底部节点j(地震激励为x方向)由步骤4计算所得的轴向力N、剪切力地震反应resp₁(x)=0%.z₁x表示在振型1下、机身底部节点j处、由局部坐标Z轴弯矩引起的截面点1的正应力(地震激励为x方向)V和弯矩M产生。力分量ob.z_j₁..,即在机身底部节点j振型为1、2、3)。(dir)(即应力和/或位移),该振型分量地震反应resp₃(x)=0b,zL,J,.3,表示在振型3下、机身底部节点j处、由局部坐标ZL轴弯矩引起的截面点1的正应力(地震激励为x方向)地震反应resp₂(x)=0b.z_J..2,表示在振型2下、机身底部节点j处、由局部坐标Z.轴弯矩引起的截面点1的正应力(地震激励为x方向)步骤6——使用SRSS方法(所有重要节点处的总应力或重要位移),计算所考虑的地示例：在节点j(在塔底部)截面的点1处，x方向上的地震激励，总弯曲正应力06,2,i.由各个弯曲正应力组成。这些弯曲正应力对应振型1、2和3,是对局部轴ZL的弯矩所产生的，由步骤5计算，其计算公式如(资料性)时程分析法是计算地震载荷的另外一种方法，用于在应用于需要非常精确地评估地震载荷和/或由于各时程曲线对起重机的影响大小不等，因此一个反应谱往往由多组时程曲线表C.1比较了3种方法的特征。表C.13种地震反应分析方法的特征复杂性和难度涵盖的结构和计算地震加估算地震载荷的简单易用，可用近似，谱和对起重机自振周期/频率的(见第6章和附录B)更复杂，需要用到计算机用极限状态下的取决于所使用的时程分析法(见C.2)复杂且对计算弹性、塑性、以实际地震加速的精确仿真 YY0Y——加速度。图C.1地震反应时程分析步骤(单一方向)(资料性)里氏震级IⅡⅢVV1MV5XX(资料性)竖向地震烈度竖向影响系数与竖向地震设计系数(Ky)和水平地震设计系数(Ka)有关。反应谱的竖向加速度与水平加速度比值可以通过基于经验的衰减公式获得，此比值范围在0.4~0.7,对应的周期范围为0.1s～5s(见图E.1和参考文献[3]、[4]和[5])。宜将竖向影响系数c设置为0.5。图E.1反应谱的竖向加速度与水平加速度比值(V/H),源自基于经验的、关于地震周期的衰减公式[2]ISO4306(allparts)Liftingappliances—Vocabulary[3]OHNOS.,TAKAHASHIK.,MOTOSAKAJournalofStructuralandConstructionEngineering.TransactionsofAIJ,2001No.544,39-46[4]ABRAHAMSONN.A.,&SIL