近断层地震动激励下的门机结构地震响应分析及易损性研究

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全球大震频发,地球活动进入到大震活跃期,人类对结构抗震需求日趋紧迫。门式起重机(简称“门机”)作为大宗物料转运的关键设备,结构日益大型化,而大型结构受地震的影响明显,因此有必要对门机结构展开更为深入的抗震研究。近断层地震动是一种典型的强震地震动,因其对结构的显著影响,已成为结构抗震研究中不能忽视的因素。地震易损性研究对于评估结构的抗震性能有良好效果。因此为更深入研究门机结构的抗震性能,本文开展近断层地震动激励下门机结构的地震响应分析及易损性研究。论文的研究内容包含以下几个方面:1、近断层地震动特性研究。在深入研究近断层地震动的基本特性的表现形式和形成机理的基础上,建立地震动选取原则,选取地震动,并从幅值特性和频谱特性两个角度研究近断层地震动的基本动力特性。结果表明:近断层地震动会对结构造成更严重的破坏,在结构抗震研究中需重视近断层地震动的影响。2、门机结构建模及基础研究。在合理简化门机结构的基础上,采用ANSYS软件建立某门机结构的有限元模型,并通过静力学分析和模态分析对门机结构进行基础研究,校核门机结构的强度、刚度以及动刚度,初步分析门机结构的动力学特性。3、采用时程分析法进行近断层地震动激励下的门机结构地震响应分析,分别研究近断层地震动的速度脉冲效应、方向性效应、滑冲效应、竖向效应以及频谱特性参数PGV/PGA对门机结构地震响应的影响,结果表明:近断层地震动的各特性对门机结构的地震响应有不同的增幅效果。对比分析近断层地震动、中场地震动以及远场地震动激励下门机结构的地震响应表明:不同断层距的地震动激励下,门机结构的地震响应存在较大的差异,门机结构的相关抗震研究有必要以断层距区分地震动独立进行。4、门机结构地震易损性研究。基于变形破坏准则和首次超越破坏准则建立门机结构的损伤指标,在此基础上采用基于增量动力分析法的易损性计算方法,得到了近断层地震动、中场地震动以及远场地震动激励下门机结构的地震易损性函数和易损性曲线,可用于预测潜在地震对门机结构的威胁和评估震后门机结构的损伤状况。根据地震易损性分析结果,分别计算门机结构在不同抗震设防烈度区域的损伤概率,评估结构的抗震性能,在6度、7度、8度抗震设防区域门机结构的抗震性能满足我国结构抗震设防“三水准”的要求,在9度罕遇地震作用下,门机结构有较大概率出现完全损毁,必要时需增加抗震设计。
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